高中生物 专题1 基因工程 第4节 蛋白质工程的崛起课件 新人教版选修3.ppt

成才之路 生物 路漫漫其修远兮吾将上下而求索 人教版 选修3 基因工程 专题一 第四节蛋白质工程的崛起 专题一 1 举例说出蛋白质工程崛起的缘由 2 理解蛋白质工程的原理 重点 3 了解蛋白质工程的应用 一 蛋白质工程崛起的缘由1 基因工程的实质 将一种生物的 转移到另一种生物体内 后者产生它本不能产生的 进而表现出新性状 2 蛋白质工程的目的 生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的 基因 蛋白质 蛋白质 二 蛋白质工程的基本原理1 目标 根据人们对 功能的特定需求 对 进行分子设计 2 原理 3 过程 预期蛋白质功能 设计 推测应有氨基酸序列 找到对应的 序列 基因 4 蛋白质工程是指以 的关系作为基础 通过 对现有蛋白质进行改造 或者制造一种 以满足人类的生产和生活需求 蛋白质 蛋白质结构 基因改造 预期的蛋白质结构 脱氧核苷酸 蛋白质分子的结构规律及其生物功能 基因修饰或基因合成 新的蛋白质 三 蛋白质工程的进展和前景1 例如 科学家通过对 的改造 已使其成为速效型药品 用蛋白质工程方法制成的电子元件 具有 和 的特点 因此有极为广阔的发展前景 2 蛋白质工程是一项难度很大的工程 目前成功的例子不多 主要因为蛋白质发挥功能必须依赖于 而这种 十分复杂 而目前科学家对大多数蛋白质的 了解还不够 胰岛素 体积小 耗电少 效率高 正确的高级结构 高级结构 高级结构 dna含量相对较高 一定量的蒸馏水 洗涤剂 产生大量的泡沫 滤液体积相等的 冷却的体积分数为95 的酒精 白 加剧dna分子的断裂 思维激活 1 蛋白质工程操作程度的基本思路与基因工程是否相同 为什么 2 假如某科学家设计出某种蛋白质的空间结构 你能否设计出利用大肠杆菌生产该蛋白质的流程 答案 1 不同 基因工程是按照人们的愿望 把一种生物的基因导入另一种生物体内 并使其表达 从而创造出符合人们需要的新的生物类型和生物产品 蛋白质工程是按照以下思路进行的 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 找到相对应的脱氧核苷酸序列 基因 2 蛋白质的空间结构 氨基酸序列 合成目的基因 构建基因表达载体 导入大肠杆菌 产生相应蛋白质 一 蛋白质工程的概念蛋白质工程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 也就是说 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 是包含多学科的综合科技工程领域 知识贴士 对于本概念应从以下几个方面理解 蛋白质工程的基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 蛋白质工程的改造对象 改造蛋白质的结构 本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构 蛋白质工程的产物 产生新的蛋白质 以下关于蛋白质工程的说法正确的是 a 蛋白质工程以基因工程为基础b 蛋白质工程就是酶工程的延伸c 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造d 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 导学号65500067 解析 本题考查蛋白质工程的概念 蛋白质工程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 所以 蛋白质是以基因工程为基础的 又称为第二代基因工程 蛋白质工程不仅能生产天然蛋白质 还可以根据需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段 从而合成自然界中本来不存在的蛋白质 答案 a 下列关于蛋白质工程的说法 错误的是 a 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构 使之更加符合人类需要b 蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作 定向改变分子的结构c 蛋白质工程能产生自然界不存在的新型蛋白质分子d 蛋白质工程与基因工程密不可分 又称为第二代基因工程 答案 b 导学号65500068 解析 蛋白质工程是通过对基因进行修饰或基因合成 对现有蛋白质进行改造 制造新的蛋白质 它并不是对蛋白质分子直接进行操作 蛋白质结构的多样性是由构成蛋白质的氨基酸种类 数目 排列顺序和空间结构来决定的 而其结构多样性的根本原因则是由于控制蛋白质合成的基因的多样性 既然蛋白质的功能是由dna决定的 那么制造出新的蛋白质 就要改造dna 所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推 它的基本途径是 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 找到相对应的脱氧核苷酸序列 基因 结合课本中插图 可以较明确地说明这一点 知识贴士 实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能之间的关系 对蛋白质的改造可分为三类 第一类为 大改 即制造出自然界中不存在的全新蛋白质 第二类为 中改 即在蛋白质分子中替代一个肽段或一个特定的结构域 第三类为 小改 即改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基 解析 如果对多肽p1进行改造 首先根据预期功能设计多肽的分子结构 即根据p1氨基酸序列设计多条模拟肽 再根据模拟肽的氨基酸序列合成编码模拟肽的dna片段 从而构建含目的肽dna片段的表达载体 最后从表达产生的模拟肽中筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽 答案 c 答案 d 解析 自然界中不存在的蛋白质是无法首先设计b c项的 应先设计d项内容 再以此为基础推测氨基酸序列和mrna结构 三 蛋白质工程的进展和前景1 进展 胰岛素速效型药品的生产 2 前景 1 生物材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面 优点是 体积小 耗电少 效率高 2 耐体外保存的干扰素 方法是 将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸 3 高产赖氨酸玉米的设计 方法是 将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸 将二氢吡啶二羧酸合成酶中的第104位的氨基酸由天冬酰胺变成异亮氨酸 解析 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 蛋白质工程是从分子水平对蛋白质进行改造设计 通过对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成 从而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需求 而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内 并使之表达 体现人类所需的性状 或者获取所需的产品 因此 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 答案 b 答案 b 解析 题目中的操作涉及的基因不再是原来的基因 其合成的 干扰素也不是天然的 干扰素 而是经过改造的 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 1 蛋白质工程和基因工程的比较 2 对天然蛋白质进行改造 通过对基因的操作实现 而不是直接改造蛋白质的原因 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 即便改造成功 被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的 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 利用蛋白质工程改造天然蛋白质 进而改变其功能 可获得毒副作用减小 专一性 药效和稳定性都增强的理想药物 如胰岛素是治疗依赖性糖尿病的特效药物 但是天然胰岛素在人体内寿命只有几小时 重症病人每天得注射好几次药物 给病人增加了不便和痛苦 通过蛋白质工程改变胰岛素的空间结构 以延长胰岛素的半衰期 得到长效胰岛素 还可以在不改变胰岛素活性部位结构的前提下 增强其他部位结合强度 使之难以被酶所破坏 从而增强其稳定性 1 若要批量生产以上提到的长效胰岛素 根据所学知识 需要用到哪些生物工程 a 发酵工程b 基因工程c 蛋白质工程d 胚胎工程 2 用蛋白质工程生产的胰岛素 与天然胰岛素比较 显著的优点是 解析 蛋白质工程的实质是生产出自然界原本不存在的蛋白质 所以需要对原有胰岛素的基因进行改造