高中生物新人教版选择性必修3蛋白质工程的原理和应用课件（19张）

第3章基因工程探究一蛋白质工程的基本原理

1.蛋白质工程的概念。阅读教科书第93页相关内容,阐明蛋白质工程的概念,并说出蛋白质工程能够取得很大进展的原因。概念基础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操作改造或合成基因目的对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求2.蛋白质工程崛起的缘由。阅读教科书第93页最后一段内容,结合具体实例说明进行蛋白质工程研究的原因,并对基因工程和蛋白质工程进行比较。(1)基因工程的实质是什么?在生产符合人们生产、生活所需要的蛋白质时,基因工程存在的不足是什么?提示: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,后者可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。基因工程存在的不足有基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。这些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。(2)提高玉米中赖氨酸含量的途径。①玉米中赖氨酸含量低的原因②如何通过对酶的改造,进而提高玉米中赖氨酸的含量?提示:将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸,将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸,就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。3.蛋白质工程的基本原理。观察教科书第94页的图3-17,并阅读相关内容,认真分析蛋白质工程的基本思路,找出中心法则与蛋白质工程基本思路的联系。(1)根据人们对

的特定需求,对蛋白质的

进行设计改造。蛋白质功能结构(2)基本思路。从

出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的

→找到并改变相对应的

(基因)或合成

→获得所需要的蛋白质。(3)流程图。预期的蛋白质功能氨基酸序列脱氧核苷酸序列新的基因探究二蛋白质工程的应用

阅读教科书第95页内容,分析、总结蛋白质工程在医药、工业、农业等方面的具体应用,并认同蛋白质工程是一项难度很大的工程。下列有关表述,属于蛋白质工程的是

。①通过对胰岛素基因的改造,有效抑制了胰岛素的聚合②将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,延长干扰素的保存时间③利用大肠杆菌来生产人的胰岛素④将小鼠抗体上结合抗原的区域与人的抗体进行“嫁接”⑤利用植物细胞来生产药物⑥通过改造参与调控光合作用的酶,来提高植物光合作用的效率⑦生产单克隆抗体①②④⑥探究一蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的基本原理(1)下面是某多肽链的一段氨基酸序列,思考并回答下列问题。①怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?提示:首先找出相应氨基酸所对应的密码子(即mRNA)中的核苷酸序列,然后根据碱基互补配对原则得出对应的基因中的脱氧核苷酸序列。②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?提示:根据目的基因的碱基序列或改造后的目的基因的碱基序列,利用四种脱氧核苷酸进行人工合成。(2)天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体,皮下注射后需要经历较长时间解离为单体,见效慢。科学研究发现,胰岛素B链第20~29位的氨基酸是胰岛素分子相互作用形成多聚体的关键区域,若将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸,可以有效抑制胰岛素的聚合。①结合蛋白质工程的基本原理,讨论改造胰岛素分子的思路。提示:可以通过改造胰岛素的特定基因来实现对第28位脯氨酸的替换。②基因工程中的目的基因与蛋白质工程中的目的基因有何区别?提示:基因工程中的目的基因一般是天然存在的,而蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的。③在速效胰岛素类似物合成过程中,为什么要通过改造基因来完成,而不是直接对蛋白质进行改造?提示:a.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通过改造过的基因遗传下去。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。b.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。

基因工程与蛋白质工程的比较

项目基因工程蛋白质工程操作环境(场所)生物体外生物体外操作核心基因基因操作起点目的基因预期的蛋白质功能基本过程目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质实质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(基因的异体表达)定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产自然界已存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质联系蛋白质工程最终还是要回到基因工程上来,因为蛋白质的合成由基因控制,所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程【例1】胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,并且要经过较长时间才能进入血液中,而进入血液的胰岛素又容易被分解,因此,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计速效胰岛素类似物的生产过程示意图,请据图回答下列问题。(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)人工合成的DNA与

结合后,被导入

中才能得以表达。

(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素类似物,需用到的生物工程有

、

和发酵工程。

(4)图中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的基本思路是什么?解析:(1)蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质结构进行分子设计。因此,题图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能,即速效胰岛素类似物的功能。(2)人工合成的目的基因与载体结合后,被导入受体细胞中才能得以表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素类似物,需对原有的胰岛素进行改造,根据新的胰岛素中氨基酸的序列推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,人工合成新的胰岛素基因,即目的基因,需通过基因工程将其导入受体细胞,再利用发酵工程,从而获取大量产品,因此该过程涉及蛋白质工程、基因工程和发酵工程。(4)由新的胰岛素模型到构建新的胰岛素基因,其基本设计思路是根据新的胰岛素模型中的氨基酸序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪合成新的胰岛素基因。答案:(1)胰岛素的预期功能(2)载体受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素模型中的氨基酸序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪合成新的胰岛素基因。【例2】人的T细胞可以产生某种具有临床价值的蛋白质(Y),该蛋白质由一条多肽链组成。目前可以利用现代生物技术生产Y。请思考回答下列问题。(1)若要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取

作为模板,在

的催化下合成cDNA,再利用

(技术)在体外扩增获得大量Y的基因。

(2)将目的基因导入植物细胞常用的方法是农杆菌转化法。若将上述所得Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的

中,得到含目的基因的重组Ti质粒,则可用农杆菌转化法将该基因导入某种植物的叶肉细胞中。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经

。

(3)天然的Y通常需要在低温条件下保存。假设将Y的第6位氨基酸甲改变为氨基酸乙可提高其热稳定性,若要根据蛋白质工程的原理对Y进行改造以提高其热稳定性,具体思路是

。解析:(1)由于人的T细胞可以产生Y,要获得Y的基因,可从人的T细胞中提取mRNA作为模板,在逆转录酶的催化下,利用四种游离的脱氧核苷酸合成cDNA,再利用PCR在体外扩增获得大量Y的基因。(2)农杆菌转化法中,T-DNA可以携带目的基因转移至受体细胞,并整合到受体细胞的染色体DNA上,故需要将Y的基因插入农杆菌Ti质粒上的T-DNA中,得到含目的基因的重组Ti质粒。把含目的基因的重组Ti质粒导入农杆菌中,再让含目的基因的农杆菌侵染植物的叶肉细胞。若该叶肉细胞经培养、筛选等得到了能稳定表达Y的愈伤组织,则说明Y的基因已经整合到叶肉细胞的染色体DNA上。(3)蛋白质工程需要从预期的蛋白质功能出发,设计预期的蛋白质结构,推测相应的氨基酸序列,找到