专题蛋白质工程的崛起

1、114蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起2课标领航课标领航1举例说出蛋白质工程崛起的缘由。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。理解蛋白质工程的原理。3了解蛋白质工程的应用。了解蛋白质工程的应用。【重点重点】蛋白质工程的原理。蛋白质工程的原理。【难点难点】蛋白质工程的应用。蛋白质工程的应用。3情景导航情景导航 快速起效的胰岛素快速起效的胰岛素实验证明：胰岛素在低浓度时主要以实验证明：胰岛素在低浓度时主要以单体形式存在，在高浓度时多以二聚单体形式存在，在高浓度时多以二聚体形式存在，这是胰岛素体形式存在，这是胰岛素2328氨氨基酸残基结构所致。这样就会延缓胰基酸残基结构所致。这样就会

2、延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓岛素从注射部位进入血液，从而延缓4了其降血糖的作用，也增加了抗原性。科学家根了其降血糖的作用，也增加了抗原性。科学家根据胰岛素的结构和其功能间的关系，设计了对胰据胰岛素的结构和其功能间的关系，设计了对胰岛素基因的改造方案。通过碱基替换的方法，改岛素基因的改造方案。通过碱基替换的方法，改变基因序列，将变基因序列，将链第链第28位改为赖氨酸、位改为赖氨酸、29位改位改为脯氨酸，从而改变了胰岛素的结构。这种改变为脯氨酸，从而改变了胰岛素的结构。这种改变了结构的胰岛素不会形成二聚体，从而使胰岛素了结构的胰岛素不会形成二聚体，从而使胰岛素快速起作用。由此，速效型胰岛

3、素制剂诞生，这快速起作用。由此，速效型胰岛素制剂诞生，这种制剂的形成正是利用的蛋白质工程技术，也就种制剂的形成正是利用的蛋白质工程技术，也就是本节我们将要探讨的内容。是本节我们将要探讨的内容。5核心要点突破核心要点突破基础自主梳理基础自主梳理知能过关演练知能过关演练14蛋蛋白白质质工工程程的的崛崛起起6基础自主梳理基础自主梳理一、蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程的崛起1基因工程的实质：将一种生物的基因工程的实质：将一种生物的_转移转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的_，从而产生新性状。，从而产生新性状。2蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要蛋白质

4、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的、并非自然界已存在的_。基因基因蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质73实例：实例：_和二氢吡啶二羧酸合和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内成酶的活性受细胞内_的影响，当赖的影响，当赖氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性，氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性，改变两种酶的特性后改变两种酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。玉米游离赖氨酸含量提高。天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶赖氨酸浓度赖氨酸浓度8思考感悟思考感悟对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进对天然蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？行操作，还是通过对基

5、因的操作来实现？【提示提示】对基因的操作。对基因的操作。9二、蛋白质工程的原理与进展二、蛋白质工程的原理与进展1目标：根据人们对目标：根据人们对_的特定需求的特定需求对对_进行分子设计。进行分子设计。2原理：原理：_。3过程：预期蛋白质功能过程：预期蛋白质功能设计预期的蛋白质设计预期的蛋白质结构结构推测应有的推测应有的_序列序列找到对应的找到对应的_序列序列(基因基因)。4蛋白质工程的进展：前景广阔，但目前成功蛋白质工程的进展：前景广阔，但目前成功的例子不多。的例子不多。蛋白质功能蛋白质功能蛋白质的结构蛋白质的结构中心法则的逆推中心法则的逆推氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸10核心要点突破核心

6、要点突破对蛋白质工程的理解对蛋白质工程的理解要点一要点一1蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。类生产和生活需要的蛋白质。112基本原理和途径基本原理和途径 它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推理。图示如下：理。图示如下：123设计中的困难：如何推测非编码区以及内含设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧

7、核苷酸序列。子的脱氧核苷酸序列。4蛋白质工程的步骤蛋白质工程的步骤13 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：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(氨基酸及对氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸，色氨酸UGG，苯，苯丙氨酸丙氨酸UUU、UUC)(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。(2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或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改造目的基因(DNA)?14【思路点拨思路点拨】本

8、题考查蛋白质工程的原理及实本题考查蛋白质工程的原理及实例，解答本题应突破以下几点：例，解答本题应突破以下几点：首先设计蛋白质氨基酸序列。首先设计蛋白质氨基酸序列。找到对应的脱氧核苷酸序列。找到对应的脱氧核苷酸序列。根据根据DNA(基因基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。或进行基因改造。15【尝试解答尝试解答】(1)根据氨基酸序列反推根据氨基酸序列反推mRNA上密上密码子序列，再反推码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为：碱基序列为：(2)确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人

9、类的需要改造它，通过人工合成的方法，或从基因库中需要改造它，通过人工合成的方法，或从基因库中获取。获取。16【互动探究互动探究】由上述氨基酸序列推导出的目的由上述氨基酸序列推导出的目的基因为什么有多种？基因为什么有多种？【提示提示】一种氨基酸可以由一种或几种不同的一种氨基酸可以由一种或几种不同的密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。17【易误警示易误警示】(1)尽管蛋白质工程是从预期蛋白质尽管蛋白质工程是从预期蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质,而应从改造基因入手，所以其本质和基础应为基因而应

10、从改造基因入手，所以其本质和基础应为基因工程。工程。(2)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。的蛋白质。18比较基因工程和蛋白质工程比较基因工程和蛋白质工程要点二要点二比较项目比较项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作对象操作对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过程基本过程获取目的基因获取目的基因构构建基因表达载体建基因表达载体将目的基因导入受将目的基因导入受体细胞体细胞目的基因目的基因的检测与鉴

11、定的检测与鉴定确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋蛋白质应有的高级结构白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状蛋白质应具备的折叠状态态蛋白质应有的氨基蛋白质应有的氨基酸序列酸序列应有的碱基序应有的碱基序列列合成合成DNA表达出表达出蛋白质蛋白质19比较比较项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程实质实质定向改造生物的遗定向改造生物的遗传特性，以获得人传特性，以获得人类需要的生物类型类需要的生物类型或生物产品或生物产品定向改造或生产人类定向改造或生产人类所需蛋白质所需蛋白质结果结果生产人类需要的基生产人类需要的基因产物因产物(自然界已有自然界已有的蛋白质的蛋白质)可以生产自然界没有可以生产自然界

12、没有的、不存在的新蛋白的、不存在的新蛋白质质联系联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的蛋白质工程是以基因工程为基础的20 (2011年泰安市高二检测年泰安市高二检测)科学家对鼠源杂交科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠人嵌合瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠人嵌合抗体的过程，据图回答：抗体的过程，据图回答：21(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠人嵌合抗体，改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠人嵌合抗体，属于属于_(生物工程生物工程)的范畴。的范畴。(2)图示过程是根据预期的图示过程是根据预期的_，设计，设计_，最终

13、必须对最终必须对_进行操作，此操作中改变的是进行操作，此操作中改变的是_。(3)经过改造的鼠人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗经过改造的鼠人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是体相比较，突出的优点是_(从免疫角度考虑从免疫角度考虑)。(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是上述过程中对科学家来说难度最大的是_。22【尝试解答尝试解答】(1)蛋白质工程蛋白质工程(2)嵌合抗体功能嵌合抗体的结构基因嵌合抗体功能嵌合抗体的结构基因碱基对碱基对(3)对人体的不良反应减少对人体的不良反应减少(4)设计嵌合抗体的空间结构设计嵌合抗体的空间结构23【解析解析】(1)通过图示可知鼠人嵌合抗体是通过通过图示可

14、知鼠人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。属于蛋白质工程的范畴。(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能设计预设计预期的蛋白质结构期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相找到相对应的脱氧核苷酸序列对应的脱氧核苷酸序列(基因基因)通过基因工程操作通过基因工程操作生产预期的蛋白质。生产预期的蛋白质。(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原,若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对若利用人的抗体与之嵌合，则

15、排斥作用会减轻，对人体的负作用会减少。人体的负作用会减少。(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。成为蛋白质工程中最大的障碍。24【探规寻律探规寻律】(1)蛋白质工程最终还是回到基因蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以工程上来，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。第二代基因工程。(2)基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因,而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。25跟踪训练跟踪训练(2011年姜堰高二检测年姜堰高二检测)运用某