蛋白质工程概述-完整版获奖课件

1、1.3 蛋白质工程学习目标1理解蛋白质工程与基因工程的关系。2描述蛋白质工程的基本原理。3举例阐述蛋白质工程的应用和发展。一、蛋白质工程的概念和原理1蛋白质工程是指通过_与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、_和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。基因工程是蛋白质工程中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称为_。物理化学基因定点诱变第二代基因工程2实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的_和_的关系，应用X射线晶体衍射法，可以测定蛋白质的三维空间结构，利用_法可以了解其构象。3根据蛋白质被改造部位的多少，可以将对蛋白质的改造分成_

2、、_、_。结构功能核磁共振大改中改小改4“大改”是指根据氨基酸的性质和特点，设计并制造出_，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能。“中改”是指在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特定的结构域。“小改”是指通过基因工程中的定点诱变技术，有目的地改造蛋白质分子中_的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。_是改变蛋白质结构的核心技术之一。自然界中不存在的全新蛋白质某活性部位基因的定点诱变技术思考感悟1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？【提示】对基因的操作。蛋白质工程的概念和原理1产生基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白

3、质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。这就需要对现有蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样，人们又开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生。2基本原理(1)从理论上分析，蛋白质工程的最基本原理就是中心法则的逆推。(2)过程：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合成DNA表达出蛋白质。3蛋白质工程与基因工程的比较基因工程蛋白质工程操作环境(场所)生物体外生物体外操作核心基因基因操作起点目的基因预期的蛋白质功能基本过程剪切拼接导入表达确定蛋白质功能应有的高

4、级结构应具备的折叠状态应有氨基酸序列应有的碱基序列改造的蛋白质实质定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品(基因的异体表达)定向改造或生产人类所需的蛋白质结果生产自然界已存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质【特别提醒】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。基因工程中的目的基因一般为自然界存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的。 (2011年陕西安康高二检测)某多肽链的一段氨基酸序列是：甲硫氨酸色氨酸苯丙氨酸色氨酸(氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙

5、氨酸UUU、UUC)(1)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。(2)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(DNA)?例1【思路点拨】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：首先设计蛋白质氨基酸序列。找到对应的脱氧核苷酸序列。根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。【尝试解答】(1)根据氨基酸序列反推mRNA密码子序列，再反推DNA上碱基序列。其DNA碱基序列为：TACACCAAGACC | | | | | | | | | | | | | 或ATGTGGTTCTGGTACACCAAAACC | | | | | |

6、| | | | | | |A TGTGGTTTTGG(2)确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法，或从基因库中获取。【解析】由氨基酸序列知，翻译该蛋白质的mRNA上碱基序列为AUGUGGUUCUGG或AUGUGGUUUUGG。由mRNA上碱基序列知，转录产生mRNA的DNA碱基序列为：TACACCAAGACC | | | | | | | | | | | | |或ATGTGGTTCTGGTACACCAAAACC | | | | | | | | | | | | |A TGTGGTT TTGG【互动探究】由上述氨基酸序列推导出的目的基因为什么有多种？【提示】一种氨基

7、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。跟踪训练蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是()A氨基酸结构B蛋白质空间结构C肽链结构 D基因结构解析：选D。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，对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。其目标是根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计，但因为基因决定蛋白质，因此对蛋白质的结构进行设计改造，归根到底还需要对相应的基因进行操作，按要求进行修饰、加工、改造，使之能控制合成人类需要的蛋白质。定点诱变技术和非定点诱变技术1定点诱变技术：

8、基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。项目内容条件原料脱氧核苷酸酶DNA聚合酶和DNA连接酶引物含突变顺序的DNA分子片段能量ATP操作方法PCR技术结果后代中半数为诱变的DNA分子适用范围空间结构完全清楚的蛋白质(1)适用对象：适用于对已知空间结构的蛋白质，进行“小改”。(2)特点：定点诱变有目的性和针对性。(3)常用操作方法：PCR技术是目前常用的方法之一。(4)具体操作过程：人工合成带有突变位点的引物通过技术扩增获得定点突变的基因通过基因工程的方法，将目的基因导入受体细胞在受体细胞内转录和翻译合成所需的蛋白质。(5)结果：完成对蛋白质分子的“小改”。即通过定点诱变技术在蛋白质

9、肽链中引入替代氨基酸，从而改变其结构，有目的地改造蛋白质的功能。2非定点诱变技术(1)适用对象：对于不能预先确定诱变位点的蛋白质，可采用非定点诱变来进行蛋白质的改造。(2)特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生出意想不到的改造效果。 下图为蛋白质的定点诱变过程的部分过程图解，请据图解回答下列问题：例2(1)图中的质粒的本质是_。(2)将定点诱变过的质粒引入细胞进行复制后，可得到_种结果，图示的三对碱基的组成分别是_、_。(3)图示的这种对遗传物质的改造和人工诱变的区别是_。(4)通过图示技术实现对蛋白质的改造属于_。【尝试解答】(1)小型环状DNA分子(2)两种CTG/GACCGG/GCC

10、(3)人工诱变是遗传物质的不定向改变，而基因的定点诱变技术是对遗传物质的定向改变(4) 小改【解析】基因的定点诱变技术是实现蛋白质小改的核心技术，其实质是通过基因水平的改造，实现对蛋白质分子结构的改造，与人工诱变相比这是一种定向的基因改造，而人工诱变则是不定向的。基因的定点诱变技术其原理是DNA分子的半保留复制，通过利用人工合成的含有所需突变顺序的引物，利用DNA多聚酶合成完整的链，再用DNA连接酶连接，从而得到定点诱变了的DNA分子，这样的DNA分子表达的结果，得到个别氨基酸发生改变的蛋白质分子。跟踪训练下列关于基因定点诱变技术的说法，正确的是()A对任何蛋白质的改造都可以用基因定点诱变技术B对于已知空间结构的蛋白质的改造可以采用基因定点诱变技术C基因定点诱变技术是