蛋白质工程教案

10/12第三节蛋白质工程理解蛋白质工程的概念和原理。(重、难点)把握基因工程和蛋白质工程的区分和联系。(重点)了解蛋白质工程的应用和进展。学问点一|蛋白质工程的概念和原理概念根底：蛋白质的构造和功能的关系。手段：借助计算机关心设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因。(3)目的：定向改造自然蛋白质，甚至制造自然界不存在的蛋白质。原理①前提条件：了解蛋白质的构造和功能的关系。X射线晶体衍射法②了解蛋白质构造的方法核磁共振法DNA和蛋白质测序技术构造推想与设计：构建蛋白质空间构造模型。基因工程：对基因进展改造，是蛋白质工程的关键技术。改造类型大改中改小改

操作程序依据氨基酸的性质和特点，设计并制造出自然界中不存在的全蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间构造和预期功能在蛋白质分子中替代某一个多肽链片段或一个特定的构造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某活性部位的一个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能蛋白质纯化：纯化蛋白质，测定和分析其构造和功能。功能分析：分析蛋白质的生物学和化学特性。[[合作探讨]β干扰素基因进展定点突变导入大肠杆菌中表达使干扰素第十七位的半胱氨酸转变成丝氨酸β干扰素的抗病活性并且提高了储存稳定性。探讨1：上述材料中的技术属于什么工程？提示：蛋白质工程。探讨2：蛋白质工程为什么需要直接改造基因，而不直接改造蛋白质？了改造即使改造成功的蛋白质也是无法遗传的。②对基因进展改造比对蛋白质直接改造要简洁操作，难度要小得多。探讨3：蛋白质工程操作的根本思路是什么？[思维升华]→设计预期的蛋白质构造→推想应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)[思维升华]1．对概念的理解(1)首先了解蛋白质的构造和功能。(2)其次是设计蛋白质。实质是改造基因。最终合成出自然界不存在的蛋白质。2．根本原理3．了解蛋白质构造的方法实施蛋白质工程的前提条件是通过物理化学与生物化学等技术手段了解蛋白质构造与功能的关系，所以首先要了解蛋白质的构造。(1)三维构造：X射线晶体衍射法。(2)构象：核磁共振法。(3)一级构造(氨基酸序列)：DNA和蛋白质测序技术。4．核心技术——定点诱变技术和非定点诱变技术定点诱变技术：基因的定点诱变技术是转变蛋白质构造的核心技术之一。工程工程内容原料脱氧核苷酸条酶件引物DNA多聚酶(聚合酶)和DNA连接酶含突变位点的DNA分子片段操作方法结果PCR技术后代中半数为诱变的DNA分子适用范围特点空间构造完全清楚的蛋白质，进展“小改”定点诱变有目的性和针对性非定点诱变技术来进展蛋白质的改造。②特点：非定点诱变突变位点多，有时甚至会产生意想不到的改造效果。[特别提示]有关蛋白质工程的三点提示，改造了基因即对蛋白质进展了改造，被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。蛋白质工程中经过处理得到的基因与基因突变得到的基因有较大差异而蛋白质工程中的基因则没有。蛋白质工程中对蛋白质分子进展设计时，主要包括哪几种( )①进展少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接 排列挨次动身设计全的蛋白质④直接转变蛋白质的空间构造A．①② B．①②③ C．②③④ D．①②④【解析】蛋白质工程中对蛋白质分子进展设计时不能直接转变蛋白质的能对不同来源的蛋白质进展拼接够从氨基酸的排列挨次动身设计全的蛋白质。【答案】B以下有关蛋白质工程的表达，不正确的选项是( )A．收集大量的蛋白质分子构造的信息，以便分析构造与功能之间的关系B．可以推想具有确定氨基酸序列的蛋白质的空间构造和生物功能C．依据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间构造D．依据人们的需要，直接对氨基酸的分子构造进展改造【解析】蛋白质工程中需要收集大量的蛋白质分子构造的信息以便分析构造与功能之间的关系，A和生物功能，B正确；蛋白质工程能依据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间构造，C正确；依据人们的需要，通过对基因进展改造来实现对蛋白质的改造，D错误。【答案】D学问点二|蛋白质工程的应用改造酶的构造，提高酶的热稳定性生物工程制药实例1：鼠源杂交瘤抗体的改造。抗体。②结果：对人体的不良反响削减。实例2：对t PA的改造。①t PA功能：溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。②改造方法：将t PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺。③结果：t PA在血液循环中停留时间延长，疗效更加显著。疾病诊断方法：蛋白质芯片法。原理：抗原—抗体的特异性结合。(3)实例：SARS病毒的检测与诊断。[合作探讨[合作探讨]资料1 富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞可以提高玉米中的赖氨酸含量；资料2 程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。探讨11、2中的技术分别属于什么工程？提示：基因工程；蛋白质工程。探讨2：上述两种提高玉米中赖氨酸含量的技术的实质一样吗？为什么？程实质是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。探讨3：蛋白质工程和基因工程的操作对象以及得到的蛋白质一样吗？分别表达在哪些方面？提示：(1)操作对象一样都是基因。(2)得到的蛋白质不同：蛋白质工程可以得到自然界没有的的蛋白质；基因工程得到的是自然界原有的蛋白质。探讨4：基因工程和蛋白质工程是否都遵循中心法则？为什么？[思维升华][思维升华](1)缘由(2)方法①方法一：通过替换酶的几种氨基酸，可以提高酶的热稳定性。②方法二：在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。制造速效胰岛素缘由：胰岛素进入血液速度缓慢的主要缘由是胰岛素分子会聚合成二聚体或多聚体。BB28脯氨酸—B29赖氨酸改B28赖氨酸—B29脯氨酸，获得单体速效胰岛素。鼠—人嵌合抗体的形成缘由：小鼠单克隆抗体的制备比较简洁，但这种鼠源性的单克隆抗体会被人的免疫系统排斥，不能直接用于人体。方法：在基因水平上对抗体进展重组嵌合抗体，就是保存鼠单克隆抗体原性显著下降，而抗体的特异识别功能没有丧失，可用于临床治疗。制造长效纤维蛋白溶解酶原激活因子缘由：组织纤溶酶原激活物(t-PA)专一激活人体内的纤溶系统，保证血液循环的畅通。但t-PA进入血浆后大局部与纤溶酶原激活剂抑制物形成复合物，并快速失去活性。(t-PA)分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺，使t-PA在血液循环中的停留时间大大延长，疗效更加显著。蛋白质工程和基因工程的区分和联系(1)区分实质

生物体外预期蛋白质的功能定向改造和生产人类所需要的蛋白质

猎取目的基因定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或产品操作对象 基因确定蛋白质功能→设计预期蛋白质构造→推想氨基酸序列→操作程序找到相应的脱氧核苷酸序列→人工合成或修饰目的基因→合成具有相应生物功能的蛋白质主要集中在对现有蛋白质进展应用改造

猎取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定已被广泛应用，转基因植物的推广与应用已带来巨大的社会效益和经济效益只能生产自然界已有的蛋白结果(2)联系

可生产自然界没有的蛋白质质①蛋白质工程是在基因工程根底上，延长出的其次代基因工程。②基因工程中所利用的某些酶需要通过蛋白质工程进展修饰、改造。[特别提示]基因工程没有产生基因，只相当于人工基因重组。以下关于蛋白质工程应用的表达，正确的选项是( )A．基因工程和蛋白质工程产生的变异都是可遗传的B．蛋白质工程和基因工程的目的是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区分C．只有利用蛋白质工程才可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素适宜的温度、pH条件下，干扰素可以大量自我合成【解析】基因工程和蛋白质工程产生的变异都导致遗传物质发生了转变，因此都是可遗传的，A白质但前者可以产生自然界中没有的蛋白质而后者所得蛋白质是自然界中已有的，B，C错误；干扰素不能进展自我合成，D错误。【答案】A胰岛素可以用于治疗糖尿病，但是胰岛素被注射入人体后，会积存在皮有关问题。构建的蛋白质模型是蛋白质工程的关键，图中构建的胰岛素模型的主要依据是 。图解中从的胰岛素模型到的胰岛素基因的根本思路是：依据的胰岛素的 推测出其基因中的 ，然后利用 来合成的基因。的胰岛素基因与运载体(质粒)结合过程中需要 酶和 酶。假设将含有的胰岛素基因的表达载体导入植物细胞中，最常用的有效做法是 。 、 和发酵工程。【解析】(1)，对因此题图中构建的胰岛素模型的依据是预期胰岛素的功能。由的蛋白质模型到构建的基因，其根本设计思路是依据的蛋白质中氨基酸的序列，推想出基因中的脱氧核苷酸序列，DNA合成仪直接合需对原有的胰岛素进展改造依据的胰岛素中氨基酸的序列推想出其基因中的脱氧核苷酸序列，人工合成的胰岛素基因，形成目的基因。，需要用限制性核酸内切酶DNA连接酶，然后将基因表达载体导入受体细胞中才能得以表达。把基因表达载体导入植物细胞的常用方法是农杆菌转化法。改造好的目的基因需通过基因工程来生产基因产物，并且在生产过程中要借助工程菌发酵工程。【答案】 (1)蛋白质的预期功能 (2)氨基酸的序列 脱氧核苷酸序列DNA合成仪(3)限制性核酸内切DNA连接(4)农杆菌转化法(5)蛋白质工程基因工程[课堂小结]蛋白质工程中直接需要进展操作的对象是( )C．肽链构造

D．基因构造学问网络构建核心语句归纳蛋白质工程是在基因工程的根底上延长出来的其次代基因工程。任何—种自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，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”学问网络构建核心语句归纳蛋白质工程是在基因工程的根底上延长出来的其次代基因工程。任何—种自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，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。只能生产出自然界中已存在的蛋白质种类是基因工程的“缺点”，能够生产出自然界中不存在的蛋白质种类则是蛋白质工程的“优点”。蛋白质工程中不对蛋白质进展直接改造的缘由是对基因进展改造比对蛋白质直接改造简洁操作，难度小得多。【答案】D蛋白质工程的目标是( )通过对基因进展诱变，产生的蛋白质B．通过基因重组，合成生物体原来没有的蛋白质C．依据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质D．生产大量的蛋白质【解析】蛋白质工程是指为了满足人类的生产和生活需要以蛋白质分子通过对基因修饰或合成的基因对现有的蛋白质进展改造或制造一种的蛋白质的技术。【答案】C对蛋白质的改造有大改、中改和小改之分，其划分的依据是( )蛋白质分子的简洁程度C．蛋白质改造部位的多少

D．蛋白质数目的多少【解析】，其划分的依据是蛋白质改造部位的多少。【答案】C以下不属于蛋白质工程成果的是( A．改造酶的构造，提高酶的热稳定性B．生产出鼠—人嵌合抗体C．将t-PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺D．将人的胰岛基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素【解析】将人的胰岛基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素属于基因工程的成果。【答案】DT4T4溶菌酶的基因进展T4溶菌酶第397位的半胱氨酸之间形成一个二硫键，提高了酶的耐热性。以下相关表达正确的选项是()4溶菌酶耐热性提高的缘由是组成该酶的氨基酸种类和数量发生了转变