蛋白质工程的原理和应用课-高二下学期生物人教版选择性必修3

1、3.4蛋白质工程的原理和应用你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画”的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？从社会中来用细菌“画”的画干扰素是动物体内的一种蛋由质，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。科学家将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么，在-70条件下可以保存半年。这种对现有的蛋白质分子进行设计和改造是通过蛋白质工程实现的。蛋

2、白质工程概念：是指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。操作：对已有蛋白的基因进行修饰形成新的蛋白质。直接根据人的意愿合成符合我们需要的基因，再合成相关蛋白质。手段：通过改造或合成基因。蛋白质工程第二代基因工程实质：对编码蛋白质的基因进行改造。缘由：基因工程的局限性：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要举例：通过蛋白质工程提高玉米中赖氨酸的含量：蛋白质工程崛起的缘由苏氨酸异亮氨酸天冬氨酸异亮氨酸 思考：对天然的蛋白质进行改造，为什么不

3、对蛋白质直接进行改造，而要通过基因工程呢？基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质；改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传；改造基因比改造蛋白质更容易操作。蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的、自然界中没有的蛋白质蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链基因DNA预期功能DNA合成分子设计mRNA生物功能转录翻译折叠蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的流程：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思考讨论： 蛋白质工程基本思路的应用某多肽链的一段氨基酸序列是：讨论：怎样得出决这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基

4、序列写出来。蛋白质工程的基本原理丙色赖谷苯丙蛋白质工程的基本原理丙色赖谷苯丙思考讨论：每种氨基酸都有对应的密码子，只要查一下密码子表，就可以将题中的氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于题中的氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码的，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出32种，可以让学生根据学过的排列组合的知识自己排列一下。首先应该根据密码子推出mRNA序列为GCU（或C，或A，或G）-UGG-AAA（或G）-GAA（或G)-UUU（或C），再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列为： CGA（或G，或T，或C）ACCTTT（或C）CTT（或C）AAA（或G）蛋白质工程的基本原理

5、思考讨论：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？确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或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定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。蛋白质工程的基本原理基因工程蛋白质工程相同点都要改造基因，都属于分子水平产生新的基因型，无新基因基因（型）产生的蛋白质原有的新的联系蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸比较基因工程和蛋白质工程：蛋白质工程的基本原理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？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。200

6、1年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，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执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 蛋白质工程的应用实例一：速效胰岛素天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐解离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗效。因此，科学家希望对胰岛素进行改造，从而降低它的聚合作用。研究人员通过解析人胰岛素的晶体结构发现，人胰岛素由A链和B链构成，其中B链的第2029位氨基酸是胰岛素分子相互作用形成多聚体的关键区域，改变这个区域氨基酸的组成就有

7、可能降低胰岛素分子间的作用力。改造方法：蛋白质工程的应用B28位脯氨酸B29 位赖氨酸 交换位置天冬氨酸医药工业：实例二：干扰素实例三：小鼠单克隆抗体：小鼠单克隆抗体会使人产生免疫反应，从而导致它的治疗效果大大降低，科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。其他工业：枯草杆菌蛋白酶蛋白质工程的应用异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的构,设计相应的基因，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？蛋白质工程的应用酶制剂在食品工业、医药工业等方面都有广泛的应用。现在，酶制剂的生产已经形成一个市场可观的新兴产业。蛋白质工

8、程的应用又为酶制剂产业的发展提供了强大助力。请查阅资料，了解我国酶制剂产业发展的现状和趋势，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用。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。从社会中来一、概念检测1.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸。判断下列相关表述是否正确。（1）基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作。 ( )（2）蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。 ( )（3）蛋白质工程可以改

9、造酶，提高酶的热稳定性。 ( )练习与应用2.蛋白质工程是在深人了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是（ ）A.分析蛋白质的三维结构B.研究蛋白质的氨基酸组成C.获取编码蛋白质的基因序列信息D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求练习与应用D3.水蜓素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这项替换研究中，目前可行的直接操作对象是（ ）A.基因 B.氨基酸 C.多肽链 D.蛋白质练习与应用A二、拓展应用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位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。这项工作属于什么工程的范畴？在该实例中引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是什么？如果要将该研究成果应用到生产实践，还需要做哪些方面的工作？练习与应用这项工作属于蛋白质工程的范畴。引起T4溶菌酶