專題蛋白質工程的崛起

1、114蛋白質工程的崛起蛋白質工程的崛起2課標領航課標領航1舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。舉例說出蛋白質工程崛起的緣由。2理解蛋白質工程的原理。理解蛋白質工程的原理。3了解蛋白質工程的應用。了解蛋白質工程的應用?！局攸c重點】蛋白質工程的原理。蛋白質工程的原理。【難點難點】蛋白質工程的應用。蛋白質工程的應用。3情景導航情景導航 快速起效的胰島素快速起效的胰島素實驗證明：胰島素在低濃度時主要以實驗證明：胰島素在低濃度時主要以單體形式存在，在高濃度時多以二聚單體形式存在，在高濃度時多以二聚體形式存在，這是胰島素體形式存在，這是胰島素2328氨氨基酸殘基結構所致。這樣就會延緩胰基酸殘基結構所致。這樣就會

2、延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩島素從注射部位進入血液，從而延緩4了其降血糖的作用，也增加了抗原性?？茖W家根了其降血糖的作用，也增加了抗原性?？茖W家根據(jù)胰島素的結構和其功能間的關系，設計了對胰據(jù)胰島素的結構和其功能間的關系，設計了對胰島素基因的改造方案。通過堿基替換的方法，改島素基因的改造方案。通過堿基替換的方法，改變基因序列，將變基因序列，將鏈第鏈第28位改為賴氨酸、位改為賴氨酸、29位改位改為脯氨酸，從而改變了胰島素的結構。這種改變?yōu)楦彼?，從而改變了胰島素的結構。這種改變了結構的胰島素不會形成二聚體，從而使胰島素了結構的胰島素不會形成二聚體，從而使胰島素快速起作用。由此，速效型胰島

3、素制劑誕生，這快速起作用。由此，速效型胰島素制劑誕生，這種制劑的形成正是利用的蛋白質工程技術，也就種制劑的形成正是利用的蛋白質工程技術，也就是本節(jié)我們將要探討的內容。是本節(jié)我們將要探討的內容。5核心要點突破核心要點突破基礎自主梳理基礎自主梳理知能過關演練知能過關演練14蛋蛋白白質質工工程程的的崛崛起起6基礎自主梳理基礎自主梳理一、蛋白質工程的崛起一、蛋白質工程的崛起1基因工程的實質：將一種生物的基因工程的實質：將一種生物的_轉移轉移到另一種生物體內，后者產生它本不能產生的到另一種生物體內，后者產生它本不能產生的_，從而產生新性狀。，從而產生新性狀。2蛋白質工程的目的：生產符合人們生活需要蛋白質

4、工程的目的：生產符合人們生活需要的、并非自然界已存在的的、并非自然界已存在的_?；蚧虻鞍踪|蛋白質蛋白質蛋白質73實例：實例：_和二氫吡啶二羧酸合和二氫吡啶二羧酸合成酶的活性受細胞內成酶的活性受細胞內_的影響，當賴的影響，當賴氨酸濃度達到一定量時會抑制這兩種酶的活性，氨酸濃度達到一定量時會抑制這兩種酶的活性，改變兩種酶的特性后改變兩種酶的特性后,玉米游離賴氨酸含量提高。玉米游離賴氨酸含量提高。天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶賴氨酸濃度賴氨酸濃度8思考感悟思考感悟對天然蛋白質進行改造，是直接對蛋白質分子進對天然蛋白質進行改造，是直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？行操作，還是通過對基

5、因的操作來實現(xiàn)？【提示提示】對基因的操作。對基因的操作。9二、蛋白質工程的原理與進展二、蛋白質工程的原理與進展1目標：根據(jù)人們對目標：根據(jù)人們對_的特定需求的特定需求對對_進行分子設計。進行分子設計。2原理：原理：_。3過程：預期蛋白質功能過程：預期蛋白質功能設計預期的蛋白質設計預期的蛋白質結構結構推測應有的推測應有的_序列序列找到對應的找到對應的_序列序列(基因基因)。4蛋白質工程的進展：前景廣闊，但目前成功蛋白質工程的進展：前景廣闊，但目前成功的例子不多。的例子不多。蛋白質功能蛋白質功能蛋白質的結構蛋白質的結構中心法則的逆推中心法則的逆推氨基酸氨基酸脫氧核苷酸脫氧核苷酸10核心要點突破核心

6、要點突破對蛋白質工程的理解對蛋白質工程的理解要點一要點一1蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產蛋白質工程崛起的緣由：基因工程只能生產出天然蛋白質，蛋白質工程是為了生產出符合人出天然蛋白質，蛋白質工程是為了生產出符合人類生產和生活需要的蛋白質。類生產和生活需要的蛋白質。112基本原理和途徑基本原理和途徑 它可以根據(jù)人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為它可以根據(jù)人的需求來設計蛋白質的結構，又稱為第二代基因工程。其原理是：根據(jù)中心法則逆向推第二代基因工程。其原理是：根據(jù)中心法則逆向推理。圖示如下：理。圖示如下：123設計中的困難：如何推測非編碼區(qū)以及內含設計中的困難：如何推測非編碼區(qū)以及內含子的脫氧

7、核苷酸序列。子的脫氧核苷酸序列。4蛋白質工程的步驟蛋白質工程的步驟13 某多肽鏈的一段氨基酸序列是：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：甲硫氨甲硫氨酸酸色氨酸色氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸(氨基酸及對氨基酸及對應的密碼子為：甲硫氨酸應的密碼子為：甲硫氨酸AUG，色氨酸，色氨酸UGG，苯，苯丙氨酸丙氨酸UUU、UUC)(1)怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。請把相應的堿基序列寫出來。(2)確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因改造目的基因(DNA)?14【思路點撥思路點撥】本

8、題考查蛋白質工程的原理及實本題考查蛋白質工程的原理及實例，解答本題應突破以下幾點：例，解答本題應突破以下幾點：首先設計蛋白質氨基酸序列。首先設計蛋白質氨基酸序列。找到對應的脫氧核苷酸序列。找到對應的脫氧核苷酸序列。根據(jù)根據(jù)DNA(基因基因)脫氧核苷酸序列進行人工合成脫氧核苷酸序列進行人工合成或進行基因改造?；蜻M行基因改造。15【嘗試解答嘗試解答】(1)根據(jù)氨基酸序列反推根據(jù)氨基酸序列反推mRNA上密上密碼子序列，再反推碼子序列，再反推DNA上脫氧核苷酸序列。其上脫氧核苷酸序列。其DNA堿基序列為：堿基序列為：(2)確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人

9、類的需要改造它，通過人工合成的方法，或從基因庫中需要改造它，通過人工合成的方法，或從基因庫中獲取。獲取。16【互動探究互動探究】由上述氨基酸序列推導出的目的由上述氨基酸序列推導出的目的基因為什么有多種？基因為什么有多種？【提示提示】一種氨基酸可以由一種或幾種不同的一種氨基酸可以由一種或幾種不同的密碼子決定，這樣推導出的基因也就有多種。密碼子決定，這樣推導出的基因也就有多種。17【易誤警示易誤警示】(1)盡管蛋白質工程是從預期蛋白質盡管蛋白質工程是從預期蛋白質功能入手改造蛋白質結構，但不能直接改造蛋白質功能入手改造蛋白質結構，但不能直接改造蛋白質,而應從改造基因入手，所以其本質和基礎應為基因而應

10、從改造基因入手，所以其本質和基礎應為基因工程。工程。(2)判斷蛋白質工程方法的關鍵是：通過基因修飾或判斷蛋白質工程方法的關鍵是：通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質。的蛋白質。18比較基因工程和蛋白質工程比較基因工程和蛋白質工程要點二要點二比較項目比較項目基因工程基因工程蛋白質工程蛋白質工程操作對象操作對象基因基因基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平DNA分子水平分子水平基本過程基本過程獲取目的基因獲取目的基因構構建基因表達載體建基因表達載體將目的基因導入受將目的基因導入受體細胞體細胞目的基因目的基因的檢測與鑒

11、定的檢測與鑒定確定蛋白質的功能確定蛋白質的功能蛋蛋白質應有的高級結構白質應有的高級結構蛋白質應具備的折疊狀蛋白質應具備的折疊狀態(tài)態(tài)蛋白質應有的氨基蛋白質應有的氨基酸序列酸序列應有的堿基序應有的堿基序列列合成合成DNA表達出表達出蛋白質蛋白質19比較比較項目項目基因工程基因工程蛋白質工程蛋白質工程實質實質定向改造生物的遺定向改造生物的遺傳特性，以獲得人傳特性，以獲得人類需要的生物類型類需要的生物類型或生物產品或生物產品定向改造或生產人類定向改造或生產人類所需蛋白質所需蛋白質結果結果生產人類需要的基生產人類需要的基因產物因產物(自然界已有自然界已有的蛋白質的蛋白質)可以生產自然界沒有可以生產自然界

12、沒有的、不存在的新蛋白的、不存在的新蛋白質質聯(lián)系聯(lián)系 蛋白質工程是以基因工程為基礎的蛋白質工程是以基因工程為基礎的20 (2011年泰安市高二檢測年泰安市高二檢測)科學家對鼠源雜交科學家對鼠源雜交瘤抗體進行改造，生產出效果更好的鼠人嵌合瘤抗體進行改造，生產出效果更好的鼠人嵌合抗體，用于癌癥治療。下圖表示形成鼠人嵌合抗體，用于癌癥治療。下圖表示形成鼠人嵌合抗體的過程，據(jù)圖回答：抗體的過程，據(jù)圖回答：21(1)改造鼠源雜交瘤抗體，生產鼠人嵌合抗體，改造鼠源雜交瘤抗體，生產鼠人嵌合抗體，屬于屬于_(生物工程生物工程)的范疇。的范疇。(2)圖示過程是根據(jù)預期的圖示過程是根據(jù)預期的_，設計，設計_，最終

13、必須對最終必須對_進行操作，此操作中改變的是進行操作，此操作中改變的是_。(3)經(jīng)過改造的鼠人嵌合抗體，與鼠源雜交瘤抗經(jīng)過改造的鼠人嵌合抗體，與鼠源雜交瘤抗體相比較，突出的優(yōu)點是體相比較，突出的優(yōu)點是_(從免疫角度考慮從免疫角度考慮)。(4)上述過程中對科學家來說難度最大的是上述過程中對科學家來說難度最大的是_。22【嘗試解答嘗試解答】(1)蛋白質工程蛋白質工程(2)嵌合抗體功能嵌合抗體的結構基因嵌合抗體功能嵌合抗體的結構基因堿基對堿基對(3)對人體的不良反應減少對人體的不良反應減少(4)設計嵌合抗體的空間結構設計嵌合抗體的空間結構23【解析解析】(1)通過圖示可知鼠人嵌合抗體是通過通過圖示可

14、知鼠人嵌合抗體是通過人工設計而形成的特定功能蛋白質，其生產過程應人工設計而形成的特定功能蛋白質，其生產過程應屬于蛋白質工程的范疇。屬于蛋白質工程的范疇。(2)蛋白質工程的流程：預期蛋白質的功能蛋白質工程的流程：預期蛋白質的功能設計預設計預期的蛋白質結構期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列推測應有的氨基酸序列找到相找到相對應的脫氧核苷酸序列對應的脫氧核苷酸序列(基因基因)通過基因工程操作通過基因工程操作生產預期的蛋白質。生產預期的蛋白質。(3)從免疫的角度考慮，對人體來說鼠源抗體為抗原從免疫的角度考慮，對人體來說鼠源抗體為抗原,若利用人的抗體與之嵌合，則排斥作用會減輕，對若利用人的抗體與之嵌合，則

15、排斥作用會減輕，對人體的負作用會減少。人體的負作用會減少。(4)由于蛋白質空間結構比較復雜，不易確定，所以由于蛋白質空間結構比較復雜，不易確定，所以成為蛋白質工程中最大的障礙。成為蛋白質工程中最大的障礙。24【探規(guī)尋律探規(guī)尋律】(1)蛋白質工程最終還是回到基因蛋白質工程最終還是回到基因工程上來，因為蛋白質的合成由基因控制，所以工程上來，因為蛋白質的合成由基因控制，所以說蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的說蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程。第二代基因工程。(2)基因工程中的目的基因一般為自然存在的基因基因工程中的目的基因一般為自然存在的基因,而蛋白質工程中的目的基因不是自然存在的。而蛋白質工程中的目的基因不是自然存在的。25跟蹤訓練跟蹤訓練(2011年姜堰高二檢測年姜堰高二檢測)運用某