1.4蛋白質(zhì)工程的崛起

1.D2.C3.B4.D5.A6.（1）限制酶；原核生物；一種限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列，并在特定的切點切割（2）限制酶；DNA；與運載體結(jié)合；運載體；復(fù)制；帶有目的基因的DNA片段（3）目的基因的獲??；基因表達載體的構(gòu)建；將目的基因?qū)胧荏w細胞；目的基因的檢測與鑒定7.（1）控制胰島素合成的信使RNA（2）重組DNA分子；標記（3）將目的基因?qū)胧荏w細胞；氯化鈣；通透性（4）目的基因；大腸桿菌能產(chǎn)生人的胰島素2014年2月21日許靜1.4蛋白質(zhì)工程的崛起2014年2月21日許靜

新課標要求1．舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由2．簡述蛋白質(zhì)工程的原理3．嘗試運用逆向思維分析和解決問題

教學(xué)重點1．為什么要開展蛋白質(zhì)工程的研究2．蛋白質(zhì)工程的原理

教學(xué)難點蛋白質(zhì)工程的原理2014年2月21日許靜一、蛋白質(zhì)工程的崛起的緣由1、基因工程產(chǎn)物基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。這些天然蛋白質(zhì)是生物在長期進化過程中形成的,它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要,卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。2014年2月21日許靜改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍2、蛋白質(zhì)工程實例：滿足人類生產(chǎn)和生活的需要3、蛋白質(zhì)工程產(chǎn)物：是自然界原本不存在的新的蛋白質(zhì)。2014年2月21日許靜思考：對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。（基因改造—可遺傳；蛋白質(zhì)改造—不可遺傳）2014年2月21日許靜二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、蛋白質(zhì)工程的目標根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計。2、天然蛋白質(zhì)的合成過程DNA（基因）轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯蛋白質(zhì)基因→表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）→形成氨基酸序列的多肽鏈→形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)→行使生物功能2014年2月21日許靜３、蛋白質(zhì)工程的基本途徑預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）----中心法則的逆推2014年2月21日許靜蛋白質(zhì)工程的基本原理基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期功能生物功能mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯折疊DNA合成分子設(shè)計中心法則先逆推，再正推2014年2月21日許靜討論：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：……—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—……(部分氨基酸的密碼子為：甲硫氨酸-AUG；色氨酸-UGG；苯丙氨酸-UUU、UUC)(1)怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。(2)確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)?根據(jù)氨基酸序列反推mRNA密碼子序列，再反推DNA上脫氧核苷酸序列；其DNA堿基序列為：根據(jù)DNA的堿基對序列或改造后的DNA堿基對序列，以四種脫氧核苷酸為原料進行人工合成2014年2月21日許靜4、蛋白質(zhì)工程的概念是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。前提：原理：目的：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能改造基因（基因修飾或基因合成）定向改造或制造蛋白質(zhì)(蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程)2014年2月21日許靜項目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別操作起點操作方法結(jié)果聯(lián)系操作對象操作流程目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能基因剪切、拼接、導(dǎo)入生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)獲得自然界沒有的蛋白質(zhì)5、蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系基因的改造、合成基因蛋白質(zhì)工程獲得目的基因后，需要進行基因工程的操作來獲得預(yù)期蛋白質(zhì)2014年2月21日許靜異想天開:能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。

2014年2月21日許靜三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景進展：胰島素改造探索：微電子難度很大：

蛋白質(zhì)工程目前成功的例子不多2014年2月21日許靜（1）對胰島素的改造，使其成為速效型藥品。

天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。2014年2月21日許靜（2）對水蛭素的改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由65或66個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽鏈的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。2014年2月21日許靜（3）對生長激素的改造生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結(jié)合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。2014年2月21日許靜課堂總結(jié)1、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由2、蛋白質(zhì)工程的原理：中心法則的逆推預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)

推測應(yīng)有的氨基酸序列

設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列3、蛋白質(zhì)工程的進展和前景2014年2月21日許靜1．關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說法不正確的是（）A．是生物在長期進化過程中形成的B．它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要C．構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種D．一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要練習(xí)檢測D2．蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是（）Ａ．氨基酸結(jié)構(gòu)B．蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)

C．肽鏈結(jié)構(gòu)D．基因結(jié)構(gòu)Ｄ2014年2月21日許靜3．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是（）A．蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要B．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)C．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子D．蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程Ｂ4、關(guān)于蛋白質(zhì)工程的進展和應(yīng)用，下列說法不正