高中生物 蛋白质工程的原理和应用 蛋白质工程 课件

1、广东省教育科学规划课题“基于深度学习的高中生物学情境教学实践研究”（立项编号2021YQJK598）研究成果第3章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用生物学选择性必修3年 级：高二年级 学 科：生物学（人教版）主讲人：姚舒 学 校：深圳市新安中学（集团）高中部糖尿病和胰岛素从重组人胰岛素到胰岛素类似物蛋白质工程的原理蛋白质工程的其他应用CONTENTS糖尿病和胰岛素“闭目逾十旬，大江不止渴。”杜甫 /01糖尿病与胰岛素糖尿病是以血糖升高为特征、以胰岛素缺乏或利用障碍（胰岛素抵抗）引起的糖代谢异常性疾病；长期血糖升高引起的并发症高达100多种，是目前已知并发症最多的一种疾病。胰岛素的发现和

2、用于临床治疗，不仅能很好的控制高血糖，也使糖尿病患者恢复原有的寿命，得到与正常人相同的享受生活的权利。胰岛素的来源胰岛素制备的两种方法以动物胰脏为原料提取胰岛素传统胰岛素-猪、牛胰脏提取重组DNA技术生产人胰岛素AB链合成：分别表达AB链，化学方法连接Ins A链Ins B链转化大肠杆菌发酵A链B链纯化二硫键活性胰岛素 需要导入大肠杆菌细胞的质粒上需要重组什么基因呢？基因来源是什么呢？能否将人胰岛素基因直接导入大肠杆菌细胞内？重组人胰岛素的诞生和局限性1982年第一个基因工程药物：重组人胰岛素重组人胰岛素存在问题： 能不能改造胰岛素的结构，使其不易聚合，且仍然具有胰岛素的功能特性呢？如何克服？

3、 容易形成二聚体或六聚体，延缓了疗效。从重组人胰岛素到胰岛素类似物为了改善糖尿病人的生活质量/02怎样解决分子聚合的问题？ 研究发现，改变胰岛素B链末端两个氨基酸导致羧基端构型改变，比如将B28和29位的氨基酸调换位置，该转换可降低分子自聚力，显著抑制单聚体聚集，可以大大增加吸收速率。怎样合成特定氨基酸序列的多肽链呢？如何对天然胰岛素的B链进行改造并大规模生产呢？ 可否直接改造蛋白质分子呢？ 可以通过对基因的操作来实现对胰岛素改造，原因是：（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

4、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改造要容易操作，难度要小得多。能否让大肠杆菌直接表达所需氨基酸序列的胰岛素产品吗？可以通过什么途径呢？ 难度大，成本高昂。如何找到蛋白质的氨基酸序列呢？通过在Genbank数据库（）中搜索更改B28和29位后的蛋白质序列为：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT正常人胰岛素B链的蛋白质序列为：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT中文名称单字母符号中文名称单字母符号甘氨酸G苏氨酸T丙氨酸A半胱氨酸C缬氨酸V蛋氨酸M亮氨酸L天冬酰胺N异亮氨酸I谷氨酰胺Q脯氨酸P天冬氨酸D苯丙氨酸F谷氨酸E酪氨酸Y

5、赖氨酸K色氨酸W精氨酸R丝氨酸S组氨酸H怎样得到基因序列？更改B28和29位后的蛋白质序列为：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTKPT正常人胰岛素B链的蛋白质序列为：FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKT 怎样得出替换氨基酸后的胰岛素B链基因序列？ 得到改造的胰岛素B链基因序列是唯一的吗？ 根据密码子推出对应mRNA序列，再根据碱基互补配对原则推出基因序列。 不是，密码子具有简并性。怎样获得目的基因？ 确定目的基因的碱基序列之后，怎样才能合成或改造目的基因？ 确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成或者从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因

6、定点突变技术来进行碱基的替换、增添。 PCR介导的定点突变 在最初所建立的PCR方法中就可看出只要引物带有错配碱基便可使PCR产物的末端引入突变。胰岛素类似物速效胰岛素类似物蛋白质工程的原理蛋白质工程的原理、过程以及和基因工程的区别/03蛋白质工程的原理按照人类需要依据蛋白结构与功能的关系蛋白质改造或制造新蛋白质通过基因修饰或基因合成1、蛋白质工程的目标2、蛋白质工程的实质 通过基因修饰或基因合成，改造基因。 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计，生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。蛋白质工程的原理3、蛋白质工程流程图生物性状基因DNAmRNA转录氨基酸序列多肽链翻译蛋

7、白质三维结构折叠分子设计DNA合成预期功能生物性状4、蛋白质工程的原理正向和逆向中心法则蛋白质工程与基因工程的区别项目蛋白质工程基因工程过程预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测相对应脱氧核苷酸序列合成预期蛋白基因DNA构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定原理定向改造或生产人类所需蛋白质（逆向和正向的中心法则）定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的生物类型或生物产品（正向中心法则）结果生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质蛋白质工程的其他应用让我们脑洞大开/04医药方面干扰素

8、：体外不易保存若将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70的条件下，可以保存半年，而活性不发生改变。农业生产方面玉米中赖氨酸（必需氨基酸）含量比较低。赖氨酸含量低天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶赖氨酸合成增多抑制这两种酶活性赖氨酸含量很难提高农业生产方面玉米中赖氨酸含量可提高5倍改造352位的苏氨酸104位的天冬酰胺天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶异亮氨酸改造异亮氨酸玉米中赖氨酸含量可提高2倍讨论：蛋白质工程改善我们的生活，你还能举出其他例子吗？蛋白质功能高级结构依赖十分复杂，目前对大多数蛋白的高级结构了解有限蛋白质工程的局限性课后作业2、T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。为了提高T4溶菌酶的耐热性，科学家首先对影响T4溶菌酶耐热性的一些重要结构进行了研究。然后以此为依据对相关基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨