北师大版选修3 4.4 蛋白质工程的崛起 课件（19张）.ppt

第4节蛋白质工程的崛起 思考 如果想让某一个生物的性状在另外一个生物的身上表达 常用的方法有哪些 1 在种内可以用什么方法 杂交育种 2 在种间可以用什么方法 基因工程育种 一 蛋白质工程崛起的缘由 1 基因工程的局限性 a 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 b 天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 2 蛋白质工程的目的 生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质 例如 玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶 352位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 104位的天冬酰胺 天冬氨酸激酶 异亮氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 异亮氨酸 玉米中赖氨酸含量可提高数倍 二 蛋白质工程的基本原理 1 蛋白质工程的目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质的分子结构进行分子设计 对天然蛋白质进行改造 你认为应该直接对蛋白质分子进行操作 还是通过对基因的操作来实现 为什么 答案 蛋白质的功能是dna决定的 那么要制造出新的蛋白质 就要改造dna 需要通过对基因的操作来实现 2 蛋白质工程的概念 3 前提 实质 目的 了解蛋白质的结构和功能 改造基因 基因修饰或基因合成 定向改造或制造蛋白质 以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础 通过基因修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 或制造一种新的蛋白质 以满足人类的生产和生活的需求 4 蛋白质工程流程 蛋白质的功能是dna决定的 那么要制造出新的蛋白质 就要改造dna 所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推 从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列 基因 三 蛋白质工程的进展与前景 1 蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的 它是随着分子生物学 晶体学以及计算机技术的发展而诞生的 与基因组学 蛋白质组学 生物信息学的发展等因素有关2 现状 成功的例子不多 主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构 而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少 你知道酶工程吗 绝大多数酶都是蛋白质 酶工程与蛋白质工程有什么区别 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用 借助工程学的手段 应用于生产 生活 医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术 概括地说 酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的 酶工程的应用主要集中于食品工业 轻工业以及医药工业中 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂 而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构 然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤 因此 酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用 而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造 当然 随着蛋白质工程的发展 其成果也会应用到酶工程中 使酶工程成为蛋白质工程的一部分 1 蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 氨基酸结构b 蛋白质空间结构c 肽链结构d 基因结构 练习 2 下列关于蛋白质工程的说法错误的是 a 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构 使之更加符合人类的需要b 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 定向改变分子的结构c 蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子d 蛋白质工程与基因工程密不可分 又被称为第二代基因工程 3 以下关于蛋白质工程的说法正确的是 a 蛋白质工程以基因工程为基础b 蛋白质工程就是酶工程的延伸c 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造d 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 4 蛋白质工程的基本流程正确的是 蛋白质分子结构设计 dna合成 预期蛋白质功能 根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列a b c d 5 蛋白质工程是在基因工程基础上 延伸出来的第二代基因工程 其结果产生的蛋白质是 a 氨基酸种类增多b 氨基酸种类减少c 仍为天然存在蛋白质d 可合成天然不存在蛋白质 1 你知道人类蛋白质组计划吗 它与蛋白质工程有什么关系 我国科学家承担了什么任务 旁栏思考题 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后 生命科学乃至自然领域一项重大的科学命题 2001年 国际人类蛋白质组组织宣告成立 2003年 该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动 一项是由中国科学家牵头执行的 人类肝脏蛋白质组计划 另一项是以美国科学家牵头的 人类血将蛋白质组计划 由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕 人类肝脏蛋白质组计划 是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划 由我国贺福初院士牵头 这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划 总部设在北京 它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质 为重大肝病预防 诊断 治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础 随后 相继启动了由德国 瑞士 英国 加拿大和日本等国牵头的各类蛋白质组计划 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持 2 对天然蛋白质进行改造 你认为应该直接对蛋白质分子进行操作 还是通过对基因的操作来实现 毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造 主要原因如下 1 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的 改造了基因即对蛋白质进行了改造 而且改造过的蛋白质可以遗传下去 如果对蛋白质直接改造 即使改造成功 被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的 2 对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作 难度要小得多 确定目的基因的碱基序列后 怎样才能合成或改造目的基因 dna 可以通过人工合成的方法获取或从基因文库中获取 讨论 异想天开 能不能根据人类需要的蛋白质的结构 设计相应的基因 导入合适的细菌中 让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢 理论讲可以 但目前还没有真正成功的例子 一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质 并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质 主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂 人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少 很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质 而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的 蛋白质工程与基因工程的关系 目的基因 预期的蛋白质功能 实现基因的异体表达 定向改造或生产人类所需要的蛋白质