选修三1.4《蛋白质工程的崛起》课件

1、1.能举例说出蛋白质工程崛起的缘由。能举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.掌握蛋白质工程的基本原理和操作流程掌握蛋白质工程的基本原理和操作流程(重、难点重、难点) 3.明确蛋白质工程的含义，区分蛋白质工程和基因工明确蛋白质工程的含义，区分蛋白质工程和基因工 程的不同之处。程的不同之处。 4.了解蛋白质工程的发展情况，大致了解人类蛋白质了解蛋白质工程的发展情况，大致了解人类蛋白质 组计划、酶工程等与其相关的前沿科学研究。组计划、酶工程等与其相关的前沿科学研究。 思考：如果想让某一个生物的性状在另思考：如果想让某一个生物的性状在另 外一个生物的身上表达，常用的方法有外一个生物的身上表达，常用的方法

2、有 哪些？哪些？ 杂交育种杂交育种 基因工程育种基因工程育种 基因工程的实质基因工程的实质： 将一种生物的将一种生物的 转移转移 到另一种生物体内，后者产生到另一种生物体内，后者产生 它本不能产生的它本不能产生的 ，进而，进而 表现出表现出 。 基因基因 蛋白质蛋白质 新的性状新的性状 优点：优点： 育种周期短；育种周期短； 目的性强，可定向改变生物性状；目的性强，可定向改变生物性状； 克服远缘杂交不亲和的障碍。克服远缘杂交不亲和的障碍。 （重点记忆重点记忆） 试回顾总结基因工程的丰硕成果试回顾总结基因工程的丰硕成果 基因工程在基因工程在原则上只能生产自然界原则上只能生产自然界 已存在的蛋白质

3、已存在的蛋白质。 生物产生的天然蛋白质是生物在长生物产生的天然蛋白质是生物在长 期进化过程中形成的，这些蛋白质的期进化过程中形成的，这些蛋白质的 结构和功能符合结构和功能符合特定物种特定物种生存的需要，生存的需要， 却不一定完全符合人类却不一定完全符合人类生产和生活生产和生活的的 需要。需要。 基因工程的局限性：基因工程的局限性： 于是，于是，要对现有蛋白质进行要对现有蛋白质进行 改造改造，制造出目前从天然蛋，制造出目前从天然蛋 白质中找不到的蛋白质，成白质中找不到的蛋白质，成 为必然。为必然。 蛋白质工程应运而生了。蛋白质工程应运而生了。 满足人类生产满足人类生产 和生活的需要和生活的需要

4、例如：例如： 改造改造 干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸） 体外很难保存体外很难保存 干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （352352位的苏氨酸）位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（二氢吡啶二羧酸合成酶（ 104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （异亮氨酸（异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（二氢吡啶二羧酸合成酶（ 异亮氨酸）异亮氨酸） 玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍 改造改造 改造改造 1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋、你知道人类蛋白

5、质组计划吗？它与蛋 白质工程有什么关系？我国科学家承担了白质工程有什么关系？我国科学家承担了 什么任务？什么任务？ （了解了解） 旁栏思考题旁栏思考题 人类蛋白质组计划人类蛋白质组计划是继人类基因组计是继人类基因组计 划之后，生命科学乃至自然科学领域一项划之后，生命科学乃至自然科学领域一项 重大的科学命题。重大的科学命题。20012001年年，国际人类蛋白，国际人类蛋白 质组组织宣告质组组织宣告成立成立。20032003年年该组织正式提该组织正式提 出出启动启动了两项重大国际合作行动：一项是了两项重大国际合作行动：一项是 由由中国科学家牵头执行的中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白人类肝脏蛋白

6、质组计划质组计划”；另一项是以；另一项是以美国科学家牵头美国科学家牵头 执行的执行的“人类血浆蛋白质组计划人类血浆蛋白质组计划” ” ， 人类蛋白质组计划的深入研究将是人类蛋白质组计划的深入研究将是: :对蛋白对蛋白 质工程的有力推动和理论支持质工程的有力推动和理论支持。 天然蛋白质是怎样合成的？天然蛋白质是怎样合成的？ 结论结论： 蛋白质的功能是由蛋白质的蛋白质的功能是由蛋白质的_决定的，决定的， 蛋白质的结构是由蛋白质的结构是由_决定的。决定的。 结构结构 DNA（基因）（基因） 理由有：理由有： 任何一种天然任何一种天然蛋白质都是基因编码蛋白质都是基因编码的，的，改造了基因，改造了基因，

7、 即对蛋白质进行了改造即对蛋白质进行了改造，经这样，经这样改造过的蛋白质可改造过的蛋白质可 以遗传下去以遗传下去；若直接改造蛋白质，即使成功，被改；若直接改造蛋白质，即使成功，被改 造过的蛋白质还是不能遗传的；造过的蛋白质还是不能遗传的； 对基因进行改造对基因进行改造比对蛋白质进行改造要比对蛋白质进行改造要容易操作，容易操作， 难度要小得多难度要小得多。 1 1、蛋白质工程的目标：、蛋白质工程的目标： 根据人们对蛋白质根据人们对蛋白质功能功能的特定需求，的特定需求， 对蛋白质的对蛋白质的结构结构进行进行分子设计分子设计。 3、天然蛋白质合成过程、天然蛋白质合成过程遵循中心法则遵循中心法则 基因

8、基因表达（转录和翻译）表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成氨基酸序列的多肽链 形成具有高级结构的蛋白质形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能行使生物功能 DNA（基因）（基因）mRNA蛋白质蛋白质 转录翻译 2 2、原理：、原理： 改造基因改造基因（基因修饰或基因合成）（基因修饰或基因合成） 4 4. .蛋白质工程的蛋白质工程的途径途径: : 预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列 找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因） 蛋白质蛋白质 三维结构三维结构 氨基酸序氨基酸序 列多肽链列

9、多肽链 基因基因 DNADNA 预期预期 功能功能 DNADNA合成合成 分子分子 设计设计 mRNAmRNA 生物生物 功能功能 转录转录翻译翻译折叠折叠 图图1-291-29蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图 （P27P27） 某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸丙氨酸色氨色氨 酸酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸, 丙氨酸：丙氨酸：GCU（或（或C或或A或或G），色氨酸：），色氨酸：UGG， 赖氨酸：赖氨酸：AAA（或（或G），甲硫氨酸：），甲硫氨酸：AUG； 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU（或（或C） （2 2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才）确定目的

10、基因的碱基序列后，怎样才 能合成或改造目的基因（能合成或改造目的基因（DNADNA）？）？ 确定目的基因的碱基序列后，就确定目的基因的碱基序列后，就 可以根据人类的需要改造它，通过可以根据人类的需要改造它，通过人人 工合成的方法工合成的方法或从或从基因文库中获取后基因文库中获取后 进行改造进行改造。 5 5、蛋白质工程的概念、蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子 的_及其与_的 关系作为基础，通过_或 _，对现有蛋白质进行 _，或制造一种_， 以满足生产和生活的需求。 结构规律生物功能 基因修饰 基因合成 改造新的蛋白质 蛋白质工程蛋白质工程是是第二代基因工程第二代基因工程 5 5、蛋

11、白质工程和基因工程的区别、蛋白质工程和基因工程的区别 1、对胰岛素改造，使其成为速效型药品对胰岛素改造，使其成为速效型药品 2 2、微电子方面的应用、微电子方面的应用 生物和材料科学家正积极探索将蛋生物和材料科学家正积极探索将蛋 白质工程应用于微电子方面。用蛋白质白质工程应用于微电子方面。用蛋白质 工程方法制成的工程方法制成的电子元件电子元件，具有，具有体积小体积小、 耗电少耗电少和和效率高效率高的特点，因此有极为广的特点，因此有极为广 阔的发展前景。阔的发展前景。 3 3、蛋白质工程目前、蛋白质工程目前难度很大、成功不多难度很大、成功不多， 主要是因为蛋白质主要是因为蛋白质发挥其功能发挥其功

12、能需要依赖于需要依赖于 正确的正确的高级结构高级结构，而科学家目前对大多数，而科学家目前对大多数 蛋白质的蛋白质的高级结构高级结构了解很少，了解很少，在生物体内在生物体内 如何行使功能也知之甚少，如何行使功能也知之甚少，要设计出更加要设计出更加 符合人类需要的蛋白质还需要经过艰辛的符合人类需要的蛋白质还需要经过艰辛的 探索。探索。 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计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？类所需要的蛋白质食品呢？ u理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。理论上讲

13、可以，但目前还没有真正成功的例子。 一些报道的利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都一些报道的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。出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的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生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个很难设计出一个 崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭一个崭 新的蛋白质会带来什么危害也

14、是人们所担心的新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。 你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，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？酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 概括地说，酶工程是由概括地说，酶工程是由酶制剂的生产酶制剂的生产和和应用应用两两 方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工方面组成的。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。业、轻工业以及医药工业中。加酶洗衣粉、嫩加酶洗衣粉、嫩 肉粉肉粉等，就是酶工程最直接的体现。等，就是酶工程最直接的体现。 通常所说的通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂酶工程是用工程菌生产酶制剂， 而没有经过由酶

15、的功能来设计酶的分子结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，的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点酶工程的重点 在于在于对已存在酶的合理充分利用对已存在酶的合理充分利用，而，而蛋白蛋白 质工程的重点质工程的重点则在于则在于对已存在的蛋白质分对已存在的蛋白质分 子的改造子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，。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。为蛋白质工程的一部分。 1 1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说关

16、于生物体内存在的天然蛋白质，下列说 法不正确的是法不正确的是 A A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的 B B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 C C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有2020种种 D D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要 反馈练习反馈练习 D 2 2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 氨基酸结构氨基酸结构 B B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C C肽链结构肽链结构 D D基因结构基因结构 3 3下列关于蛋白质工

17、程的说法错误的是下列关于蛋白质工程的说法错误的是 A A蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使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之更加符合人类的需要 B B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接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进行操作，定向改变分子的结构 C C蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新 型蛋白质分子型蛋白质分子 D D蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第 二代基因工程二代基因工程 4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是、以下

18、关于蛋白质工程的说法正确的是 A A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础 B B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改 造造 D D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（） 蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计 DNADNA合成合成 预期蛋白质功能预期蛋白质功能 根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A A B B C C D D 6 6、蛋白质工

19、程是在基因工程基础上，延伸出、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来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质 是（）是（） A A氨基酸种类增多氨基酸种类增多 B B氨基酸种类减少氨基酸种类减少 C C仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 D D可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质 7 7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 不正确的是（不正确的是（ ） A A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 速效药品速效药品 B B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工生物和材料科学家正积极探索将蛋白