人教版高中生物选修3专题1第节蛋白质工程的崛起.ppt课件

1、基因工程的本质：基因工程的本质： 将一种生物的将一种生物的 转移到另一转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产种生物体内，后者产生它本不能产的的 ，进而表现出，进而表现出 。基因基因蛋白质蛋白质新的性状新的性状回想：回想：基因工程的成果基因工程的成果 基因工程在原那么上只能消费自然界已存在的蛋白质。 这些蛋白质的构造和功能符合特定物种生存的需求，却不一定完全符合人类消费和生活的需求。 基因工程的局限性：基因工程的局限性：阅读阅读P26P26第二自然段思索：第二自然段思索： 科学家在干扰素的保管和玉科学家在干扰素的保管和玉米的赖氨酸的产量上面临什么米的赖氨酸的产量上面临什么样的问题？如何处理这些

2、问题？样的问题？如何处理这些问题？一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由例如：例如：改造改造干扰素半胱氨酸干扰素半胱氨酸体外很难保管体外很难保管干扰素丝氨酸干扰素丝氨酸体外可以保管半年体外可以保管半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶352352位的苏氨酸位的苏氨酸二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶104104位的天冬酰胺位的天冬酰胺天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶异亮氨酸异亮氨酸二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶异亮氨酸异亮氨酸玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造改造改造问题问题1：处理：处理：蛋白质功能蛋白质功能不能满

3、足需求不能满足需求改动蛋白质改动蛋白质的构造的构造-半胱氨酸半胱氨酸-体外很难保管体外很难保管？如何改造？如何改造-丝氨酸丝氨酸-体外可以保管半年体外可以保管半年问题问题2：如何对天然蛋白质的构造进展改造？：如何对天然蛋白质的构造进展改造？干扰素干扰素干扰素改干扰素改(他以为直接对蛋白质分子进展操作，还是他以为直接对蛋白质分子进展操作，还是经过对基因的操作来实现？能否说出他的理经过对基因的操作来实现？能否说出他的理由？由？) 答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要缘由如下：对天然蛋白质改造，主要缘由如下： 1任何一种天然蛋白质都是由基因编

4、码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展了改造，而的，改造了基因即对蛋白质进展了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。假设对蛋且改造过的蛋白质可以遗传下去。假设对蛋白质直接改造，即使改呵斥功，被改造过的白质直接改造，即使改呵斥功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。蛋白质分子还是无法遗传的。基因改造基因改造可遗传；可遗传； 蛋白质改造蛋白质改造不可遗传不可遗传 2对基因进展改造比对蛋白质直接改造对基因进展改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。要容易操作，难度要小得多。-半胱氨酸半胱氨酸-体外很难保管体外很难保管？如何改造？如何改造-丝氨酸丝氨酸-体外可以保管半年

5、体外可以保管半年问题问题3、他能推测出干扰素基因改造前和改、他能推测出干扰素基因改造前和改造后的该部分序列吗？造后的该部分序列吗？ 半胱氨酸：半胱氨酸：UGU；丝氨酸：；丝氨酸：UCU干扰素干扰素干扰素改干扰素改某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC 讨论：讨论：1、请写出决议这一段肽链的、请写出决议这一段肽链的mRNA片段和基因片段

6、片段和基因片段的核苷酸序列。的核苷酸序列。2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才干合成或改、确定目的基因的碱基序列后，怎样才干合成或改 造目的基因造目的基因DNA？1 1mRNAmRNA序列为：序列为： GCU GCU或或C C或或A A或或G GUGGAAAUGGAAA或或G GAUGUUUAUGUUU或或C C 脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列： CGA CGA或或G G或或T T或或C CACCTTTACCTTT或或C CTACAAATACAAA或或G G2 2确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需求改造它，经过人工合成的方法或从基因类的需求改造它

7、，经过人工合成的方法或从基因库中获取。库中获取。1、蛋白质工程的途径、蛋白质工程的途径预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期的蛋白质构造设计预期的蛋白质构造推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列(合成基因合成基因)基因基因DNADNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维构造三维构造预期功能预期功能生物功能生物功能mRNAmRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNADNA合成合成分子设计分子设计-中心法那么的逆中心法那么的逆推推二、蛋白质工程的根本原理二、蛋白质工程的根本原理(P27)3 3、本质：、本质：2 2、目的、目的P26P26：根据

8、人们对根据人们对 的特定需求，的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的 进展分子设计。进展分子设计。基因改造基因改造蛋白质功能蛋白质功能 构造构造 蛋白质工程是指以蛋白质分子的构造规律及其蛋白质工程是指以蛋白质分子的构造规律及其与生物功能的关系作为根底，经过基因修饰或基与生物功能的关系作为根底，经过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进展改造或制造一种新的因合成，对现有蛋白质进展改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对消费和生活的需求。蛋白质，以满足人类对消费和生活的需求。4 4、蛋白质工程的概念、蛋白质工程的概念 P27 P27了解蛋白质的构造和功能了解蛋白质的构造和功能改造基因基因修饰或基因合成改造基因

9、基因修饰或基因合成定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质5、基因工程与蛋白质工程的区别、基因工程与蛋白质工程的区别基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程本质本质结果结果联络联络经过改造基因，以经过改造基因，以定向改造天然蛋白定向改造天然蛋白质，甚至发明自然质，甚至发明自然界不存在的蛋白质界不存在的蛋白质将目的基因从供体将目的基因从供体转移到受体细胞，并转移到受体细胞，并在受体细胞中表达在受体细胞中表达只能消费自然界只能消费自然界已存在的蛋白质已存在的蛋白质蛋白质工程是在基因工程根底上，延蛋白质工程是在基因工程根底上，延伸出的第二代基因工程伸出的第二代基因工程能消费自然界能消费自然界不存在的蛋白

10、质不存在的蛋白质重组重组创新创新 能不能根据人类需求的蛋白质的构造，设计相应能不能根据人类需求的蛋白质的构造，设计相应的基因，导入适宜的细菌中，让细菌消费人类所需求的基因，导入适宜的细菌中，让细菌消费人类所需求的蛋白质食品呢？的蛋白质食品呢？ 实际上讲可以，但目前还没有真正胜利的例子。实际上讲可以，但目前还没有真正胜利的例子。一些报道利用细菌消费人类需求的蛋白质往往都是自一些报道利用细菌消费人类需求的蛋白质往往都是自然界曾经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而然界曾经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要缘由是蛋白质的高级构造自然不存在的蛋白质。主要缘由是蛋白质的高级

11、构造非常复杂，人类对蛋白质的高级构造和在生物体内如非常复杂，人类对蛋白质的高级构造和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担忧的。来什么危害也是人们所担忧的。 三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1 1、进展、进展P28P28： 1 1对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。 天然胰岛素制剂在储存中易构成二聚体和天然胰岛素制剂在储存中易构成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射

12、部位进入血液，从六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也添加了抗原性，这而延缓了其降血糖作用，也添加了抗原性，这是胰岛素是胰岛素B23-B28氨基酸残基构造所致。利用氨基酸残基构造所致。利用蛋白质工程技术改动这些残基，那么可降低其蛋白质工程技术改动这些残基，那么可降低其聚协作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛聚协作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已经过临床实验。素已经过临床实验。2水蛭素改造水蛭素改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组成。水个氨基酸残基组

13、成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体构造特点的根为提高水蛭素活性，在综合各变异体构造特点的根底上提出改造水蛭素主要变异体底上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，的设计方案，将将47位的位的Asn天冬酰胺变成天冬酰胺变成Lys赖氨酸，赖氨酸，使其与分子内第使其与分子内第4或第或第5位位Thr苏氨酸间构成氢苏氨酸间构成氢键来协助水蛭素键来协助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管实验活性提高血效率，试管实验活性提高4倍，在动物模型上检倍，在动物模型上检验抗血栓构成的

14、效果，提高验抗血栓构成的效果，提高20倍。倍。2 2、前景诱人：、前景诱人： 探求将蛋白质工程运用于微电子探求将蛋白质工程运用于微电子方面。方面。 3 3、难度很大：、难度很大： 主要是目前科学家对大多数蛋白质的主要是目前科学家对大多数蛋白质的高级构造的了解还很不够。高级构造的了解还很不够。 用蛋白质工程制造的电子元件具有体积小、用蛋白质工程制造的电子元件具有体积小、耗电少和效率高的特点。耗电少和效率高的特点。 1、他知道人类蛋白质组方案吗？它与蛋白质工程有什么关、他知道人类蛋白质组方案吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承当了什么义务？系？我国科学家承当了什么义务？ 人类蛋白质组方案是继

15、人类基因组方案人类蛋白质组方案是继人类基因组方案之后，生命科学乃至自然科学领域一项艰苦之后，生命科学乃至自然科学领域一项艰苦的科学命题。的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。织宣告成立。2003年，该组织正式提出启动年，该组织正式提出启动了两项艰苦国际协作行动：一项为哪一项由了两项艰苦国际协作行动：一项为哪一项由中国科学家牵头执行的中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组方人类肝脏蛋白质组方案；另一项为哪一项以美国科学家牵头执案；另一项为哪一项以美国科学家牵头执行的行的“人类血浆蛋白质组方案，由此拉开了人类血浆蛋白质组方案，由此拉开了人类蛋白质组方案的帷幕。

16、人类蛋白质组方案的帷幕。 四、知识拓展“人类肝脏蛋白质组方案是国际上第人类肝脏蛋白质组方案是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组方案，由一个人类组织器官的蛋白质组方案，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的艰苦国际科研协作方案，总部一次领衔的艰苦国际科研协作方案，总部设在北京，目前有设在北京，目前有16个国家和地域的个国家和地域的80多多个实验室报名参与。它的科学目的是提示个实验室报名参与。它的科学目的是提示并确认肝脏的蛋白质，为艰苦肝病预防、并确认肝脏的蛋白质，为艰苦肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的

17、科学根底。科学根底。 人类蛋白质组方案的深化研讨将是对蛋人类蛋白质组方案的深化研讨将是对蛋白质工程的有力推进和实际支持。白质工程的有力推进和实际支持。2 2、他知道酶工程吗、他知道酶工程吗? ?绝大多数酶都是蛋白质，绝大多数酶都是蛋白质，酶工程和蛋白质工程有什么区别？酶工程和蛋白质工程有什么区别？ 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，运用于消费、生活、医疗诊断和环境维护程学的手段，运用于消费、生活、医疗诊断和环境维护等方面的一门科学技术。如加酶洗衣粉等方面的一门科学技术。如加酶洗衣粉 通常所说的酶工程是用工程菌消费酶制剂，而没有经

18、通常所说的酶工程是用工程菌消费酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子构造，然后由酶的分子构过由酶的功能来设计酶的分子构造，然后由酶的分子构造来确定相应基因的碱基序列等步骤。造来确定相应基因的碱基序列等步骤。 因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点那么在于对已存在的蛋白质分子的而蛋白质工程的重点那么在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的开展，其成果也会运用改造。当然，随着蛋白质工程的开展，其成果也会运用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。小结小结1、蛋白

19、质工程崛起的缘由、蛋白质工程崛起的缘由2、蛋白质工程的原理：、蛋白质工程的原理： 中心法那么的逆推中心法那么的逆推预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列设计预期的蛋白质构造设计预期的蛋白质构造找到相应的脱氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列3、蛋白质工程的进展和前景、蛋白质工程的进展和前景练习检测练习检测1蛋白质工程中直接需求进展操作的对象蛋白质工程中直接需求进展操作的对象是是 氨基酸构造氨基酸构造 B蛋白质空间构造蛋白质空间构造 C肽链构造肽链构造 D基因构造基因构造 2、蛋白质工程的根本流程正确的选项是、蛋白质工程的根本流程正确的选项是 蛋白质分子构造设计蛋白质分子构造设计 DNA合成合成 预期蛋白质功能预期蛋白质功能 据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A. B. C. D.C 3、关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的