世纪金榜2014生物(人教版)选修3课件：1.4蛋白质工程的崛起

1.4蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质:将一种生物的基因转移到_____________内,后者可以产生它本不能产生的_______,进而表现出_________。另一种生物体蛋白质新的性状2.蛋白质工程的崛起:(1)理论和技术条件:___________、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。(2)缘由:①基因工程在原则上只能生产自然界_______的蛋白质。②天然蛋白质的___________符合特定_________的需要,却不一定完全符合_______________的需要。

分子生物学已存在结构和功能物种生存人类生产和生活(3)实例:①延长干扰素保存时间:丝氨酸②提高玉米赖氨酸含量:苏氨酸天冬酰胺二、蛋白质工程的基本原理概念基础蛋白质分子的_________及其与_________的关系手段通过_________或_________,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质目的获得_______________________的蛋白质原理由预期的蛋白质找到相对应的_____________________流程预期蛋白质功能→设计预期的___________→推测应有的___________→找到相对应的_____________________结构规律生物功能基因修饰基因合成满足人类生产和生活需求脱氧核苷酸序列(基因)蛋白质结构氨基酸序列脱氧核苷酸序列(基因)三、蛋白质工程的进展和前景1.前景诱人:用蛋白质工程方法制成的电子元件,具有_______、_______和效率高的特点。2.难度很大:主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构,这种高级结构十分复杂,而目前科学家对大多数蛋白质的_________的了解还很不够。体积小耗电少高级结构1.判断正误(1)蛋白质工程的流程与天然蛋白质合成的过程是相同的。()【分析】天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的,蛋白质工程的流程却与之相反。×(2)对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的。()【分析】对蛋白质的改造是通过改造相应的基因来实现的。(3)由于蛋白质中氨基酸的排列顺序千变万化,空间结构千差万别,蛋白质工程操作难度很大。()×√2.问题思考(1)蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程是否相同?为什么?提示: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)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?提示: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、蛋白质工程的操作步骤1.操作步骤:(1)从生物体中分离纯化目的蛋白。(2)测定其氨基酸序列。(3)借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段,尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构。(4)设计各种处理条件,了解蛋白质的结构变化,包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响。(5)设计编码该蛋白质的基因改造方案,如定点突变。(6)分离、纯化新蛋白,功能检测后投入实际使用。2.流程图:【易错提醒】(1)蛋白质工程并不是直接改造蛋白质。蛋白质是由基因控制合成的,对蛋白质的设计改造,是通过基因修饰或基因合成来实现的。即先改造控制蛋白质合成的基因,通过改造基因间接改造蛋白质,而不是直接改造蛋白质。(2)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,即使改造成功,被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。

【典例训练1】胰岛素可以用于治疗糖尿病,但是胰岛素被注射到人体后,会堆积在皮下,要经过较长的时间才能进入血液,而进入血液的胰岛素又容易分解,因此,治疗效果受到影响。下图是用蛋白质工程设计的速效胰岛素的生产过程,请据图回答有关问题:(1)构建新的蛋白质模型是蛋白质工程的关键,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是

。(2)通过DNA合成形成的新基因应与

结合后转移到

中才能得到准确表达。(3)若要利用大肠杆菌生产速效胰岛素,需用到的生物工程有

、

和发酵工程。(4)图解中从新的胰岛素模型到新的胰岛素基因的合成的基本思路是什么?【解题关键】解答此类题目时,首先要结合中心法则尤其是基因表达的过程,然后结合蛋白质工程或基因工程的操作步骤进行推导。【解析】(1)蛋白质工程首先要根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行分子设计。因此,图中构建新的胰岛素模型的主要依据是胰岛素的预期功能。(2)合成的目的基因应与载体结合,构建基因表达载体后导入受体细胞中才能表达。(3)利用蛋白质工程生产速效胰岛素,需合成新的胰岛素基因,改造好的目的基因需要通过基因工程来生产基因产物,并且在生产中要借助工程菌,所以还要用到发酵工程。因此,此过程涉及蛋白质工程、基因工程、发酵工程。(4)由新的胰岛素模型到构建新的胰岛素基因,其基本思路是根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪来合成出新的胰岛素基因。答案:(1)胰岛素的预期功能(2)载体大肠杆菌等受体细胞(3)蛋白质工程基因工程(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列,推测出其基因中的脱氧核苷酸序列,然后利用DNA合成仪合成出新的胰岛素基因。