蛋白质工程 高中生物课件

第三节蛋白质工程第一章基因工程学习导航1.结合教材P35，概述蛋白质工程的概念和基本原理。2.结合教材P35～37，说出蛋白质工程的基本过程。3.结合教材P38～39，举例描述蛋白质工程的应用和发展。重难点击蛋白质工程的概念和基本原理。课堂导入方式一人类可以创造出自然界不存在的蛋白质吗？答案是肯定的。例如：科学家已生产出一种以前必须从南极鱼类身体中提取的抗冻蛋白质。这一技术可用于储存大量新鲜的动植物和人类的组织细胞，防止形成冰晶，破坏脆弱的细胞膜和细胞的内部结构。你想了解这方面的知识吗？请跟着我一起学习：蛋白质工程。方式二基因工程的诞生，为克服远缘杂交的障碍问题，带来了新的希望，并取得了丰硕成果：大肠杆菌为人类生产出了胰岛素，牛的乳腺生物反应器为人类制造出了蛋白质类药物，烟草植物体内含有了某种药物蛋白……至此，人们也只是实现了自然界现有基因在转基因生物中的表达。但一个新问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中形成的，它的结构、性能不能完全满足人类生产和生活的需要。于是要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。一、蛋白质工程概述内容索引当堂检测二、蛋白质工程的应用一、蛋白质工程概述基础梳理1.蛋白质工程的概念(1)基础：

的结构和功能之间的关系。(2)手段：借助计算机辅助设计、

和重组DNA技术改造

。(3)目的：

天然蛋白质，甚至创造自然界

的蛋白质。(4)关键技术：基因工程。2.蛋白质工程的流程预期功能―→蛋白质

。3.蛋白质工程的关键技术蛋白质工程的关键技术是

。蛋白质工程又被称为

。

基因定点诱变蛋白质基因不存在定向改造氨基酸序列基因基因工程第二代基因工程改造类型操作程序大改根据

，设计并制造出自然界中

的全新蛋白质，使之具有特定的

、空间结构和_________中改改变

中某一个

或一个特定的结构小改通过

中的定点诱变技术，有目的地改造__________中某活性部位的一个或几个

，以改善蛋白质的性质和功能4.对蛋白质改进的三种类型氨基酸的性质和特点不存在氨基酸序列功能预期蛋白质分子多肽链片段基因工程蛋白质分子氨基酸残基5.两种改变蛋白质结构的技术(1)

：适用于已知空间结构的蛋白质。(2)

：适用于不能预先确定诱变位点的蛋白质。定点诱变技术非定点诱变技术答案(1)中心法则如下：(2)获取目的基因的方法是人工合成法。

问题探究对照右面蛋白质工程的基本过程，分析回答问题：1.请写出中心法则，并说明蛋白质工程中获取目的基因的方法。

答案2.基因工程合成的蛋白质有哪些不足？答案答案在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。3.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？

答案答案应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造，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能会遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，但被改造过的蛋白质分子也是无法遗传的。(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。项目内容条件原料_____________酶_______________________引物含

的DNA分子片段操作方法__________结果后代中半数为诱变的DNA分子适用范围

，进行“小改”特点有________________4.基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一，试从以下各项分析此技术。脱氧核苷酸DNA聚合酶和DNA连接酶突变位点PCR技术空间结构完全清楚的蛋白质目的性和针对性5.非定点诱变技术的适用对象和特点是什么？答案答案(1)适用对象：对于不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变技术来进行蛋白质的改造。(2)特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生意想不到的改造效果。有关蛋白质工程的三点提醒(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，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。(2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。(3)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序列，而蛋白质工程中的新基因则没有。归纳总结

拓展应用1.科学家将β-­干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素分子上的半胱氨酸变成丝氨酸，结果大大提高了β-­干扰素的抗病毒活性，并且提高了储存稳定性。该生物技术为A.蛋白质工程

B.基因工程C.基因突变

D.细胞工程解析题干中的操作涉及的基因显然不再是原来的基因，其合成的β­-干扰素也不是天然β­-干扰素，而是经过改造的，是具有人类所需优点的蛋白质，因而整个过程利用的生物技术为蛋白质工程。解析答案解析富含赖氨酸的蛋白质是自然界中已有的蛋白质，基因工程只是把该蛋白质基因转入玉米细胞，并使之合成该蛋白质，属于基因工程；更换赖氨酸合成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，是对自然界中已有的蛋白质进行改造，属于蛋白质工程。2.将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中的赖氨酸含量；更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。以上两种技术分别属于A.基因工程、基因工程

B.蛋白质工程、蛋白质工程C.基因工程、蛋白质工程

D.蛋白质工程、基因工程解析答案答案不相同。蛋白质工程的实质是定向改造或生产人类所需的蛋白质，基因工程的实质是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，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。一题多变上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质相同吗？为什么？答案二、蛋白质工程的应用1.改造酶的结构，提高酶的热稳定性。2.生物工程制药(1)实例1：鼠源杂交瘤抗体的改造。①改造方法：在

上对抗体进行重组，产生人恒定区和鼠可变区嵌合抗体。②结果：对人体的不良反应减少。(2)实例2：对t-PA的改造。①t-PA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。②改造方法：将t-PA分子中的天冬酰胺替换为

。③结果：t-PA在血液循环中停留时间延长，疗效更加显著。基础梳理基因水平谷氨酰胺3.疾病诊断(1)方法：

法。(2)原理：

的特异性结合。(3)实例：SARS病毒的检测与诊断。4.基因工程和蛋白质工程的优缺点(1)基因工程：原则上只能生产自然界中

的蛋白质。(2)蛋白质工程①能更充分地利用自然界中存在的蛋白质。②能在

上对蛋白质进行再设计和改造，进而创造出________

的蛋白质。蛋白质芯片抗原—抗体已经存在分子水平自然界中不存在答案依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和改造，进而创造出自然界中不存在的蛋白质。问题探究1.从理论上分析，蛋白质工程的最基本原理就是中心法则的逆推，但是由某一氨基酸序列推导出的目的基因为什么有多种？2.为什么说蛋白质工程是第二代基因工程？

3.蛋白质工程的目标是什么？

答案一种氨基酸可以由一种或几种不同的密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。答案蛋白质工程离不开基因工程，改造基因后，要通过基因工程生产人类需要的蛋白质。答案基因工程和蛋白质工程的对比比较项目基因工程蛋白质工程操作对象天然基因改造基因操作水平DNA分子水平基本过程获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→检测和鉴定目的基因预期的蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测蛋白质应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质结果生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质)可以生产自然界没有的、不存在的新蛋白质联系蛋白质工程是以基因工程为基础的归纳总结

拓展应用3.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_______；代表中心法则内容的是_______(填写数字)。(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：①_____；②_____；③_____；④__________；⑤__________。(3)蛋白质工程的目的是___________________________________________________________，通过_______________实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是_____的。

答案④⑤①②③转录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基因合成或改造翻译折叠分子设计DNA合成相反4.科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品，阅读教材，结合资料完成下述分析。如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过程，请据图回答有关问题：(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建新的胰岛素模型的主要依据是_________________。(2)通过人工合成DNA形成的新基因应与_____结合后转移到___________________中才能得到准确表达。

答案蛋白质的预期功能载体受体细胞大肠杆菌等(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素，需用到的生物工程有__________、________和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是____________________________________________________________________________________________________________。答案基因工程蛋白质工程根据新的胰岛素模型中氨基酸的序列，推测出其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因课堂小结结构预测与设计医药生产当堂检测1.蛋白质工程的基本流程正确的是①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A.①→②→③→④

B.④→②→①→③C.③→①→④→②

D.③→④→①→②√23451解析蛋白质工程是根据人们的需要首先要预期相应功能，然后对其空间结构进行设计，目前这一步是科学家们仍未完全掌握的，根据相应的氨基酸序列推导出基因中的碱基序列，再利用人工合成法合成相应的目的基因。答案解析2.蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是A.蛋白质工程能生产人类需要的基因产物B.蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质C.蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D.蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第三代基因工程√答案23415解析蛋白质工程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，是延伸出来的第二代基因工程。解析234153.以下蛋白质工程中，目前已成功的是A.对胰岛素进行改造，生产速效型药品B.蛋白质工程应用于微电子方面C.生产体外耐储存的干扰素D.用蛋白质工程生产血红蛋白√答案解析解析A已经实现，B、C、D三项目前尚未实现，只是蛋白质工程的发展前景，有待于进一步研究和设计。4.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过基因修饰或基因合成来完成，而不直接改造蛋白质的原因是A.缺乏改造蛋白质所必需的工具酶B.