生物学案：第章第节蛋白质工程

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精第三节蛋白质工程学习目标重难点1。能记住蛋白质工程的概念。2．能分析出蛋白质工程的原理及操作技术.3．能举例说明蛋白质工程的应用。重点:1．能分析出蛋白质工程的原理。2．能解决蛋白质工程应用中出现的问题。难点：蛋白质工程和基因工程的比较。一、蛋白质工程的概念和原理1．蛋白质工程的概念蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的__________，并借助计算机辅助设计、基因定点______和重组______技术改造基因，以定向改造________________，甚至创造自然界不存在的__________的技术。__________是其中的关键技术，蛋白质工程又被称为__________________.2。蛋白质工程的原理蛋白质工程的实施大致分为结构______、结构预测与______、__________、____________和__________几大步骤。实施蛋白质工程的前提是了解蛋白质的结构和______的关系。用X射线晶体衍射法可以测定其____________，利用核磁共振可以了解其______。此外，随着DNA和蛋白质测序技术的________，已能快速地测定大量蛋白质分子的__________，即____________。在此基础上，可利用__________的方法技术对蛋白质进行改造。根据蛋白质被改造部位的多少,可将这种改造分为“______”“______”和“______"。“______”是指通过基因工程中的__________技术，有目的地改造原有蛋白质分子中某__________的一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。每种蛋白质都具有特定的空间结构，对于已知空间结构的蛋白质，可以采用定点诱变技术在蛋白质肽链中引入替代__________，从而改变其结构，有目的地改造蛋白质的________。预习交流继人类基因组计划完成后不久，又由我国和美国、日本、英国等高新科技较为发达的国家共同计划并实现了伟大的人类蛋白质计划.我国大约承担了其中16%的任务，这是中华民族的骄傲。据科学家讲，该计划的重要意义之一是从蛋白质水平为人类疾病诊断和制药作出新的贡献.理由是什么？二、蛋白质工程的应用1．工业化生产中的酶促反应要求所使用的酶具有高度的________和__________.一般来说，热稳定性较高的酶也具有较强的耐____、____和__________的能力.2．天然抗体可以增强机体的免疫力，但是对于像癌症这样的疾病，还需要通过蛋白质工程__________或______抗体，使之对某些肿瘤细胞具有特异的______能力和________.例如，科学家发明的利用鼠源杂交瘤抗体来处理癌细胞的方法，对癌细胞有一定的杀伤力，但也导致机体高度______的副作用。为了解决这一问题，科学家又对该________进行了改造,生产出了效果良好的__________嵌合抗体。预习交流酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两个天门冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高了将近50％。试想，在用苏氨酸和异亮氨酸代换丙糖磷酸异构酶中的两个天门冬酰胺之前，要做的最重要的工作是什么？答案：一、1。结构与功能诱变DNA天然蛋白质蛋白质基因工程第二代基因工程2．分析设计基因工程蛋白质纯化功能分析功能三维空间结构构象自动化一级结构氨基酸序列基因工程大改中改小改小改定点诱变活性部位基因的定点诱变技术氨基酸功能预习交流：答案：依据人类基因组计划的核心内容—-测定人类基因的碱基序列，可知蛋白质计划的核心就是测定人体蛋白质的氨基酸序列。所以,该计划可从蛋白质分子水平对一些疾病作出更准确的诊断，也可为生产一些蛋白质药物或其他药物提供一些更准确、更直接的依据。二、1.稳定性催化活性酸碱有机溶剂2．人工合成改造识别杀伤力过敏抗体鼠—人预习交流:答案：蛋白质中氨基酸的排列顺序，从根本上讲是由相应基因中的碱基顺序所决定的，故在氨基酸替换之前，要做的最重要的工作就是根据苏氨酸和异亮氨酸的密码子，对丙糖磷酸异构酶的基因进行再设计和改造。在预习中还有哪些问题需要你在听课时加以关注？请在下列表格中做个备忘吧！我的学困点我的学疑点一、蛋白质工程某多肽链的一段氨基酸序列为：……—丙氨酸-色氨酸—赖氨酸-甲硫氨酸—苯丙氨酸-……，请回答下列问题.（1）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）?（2）为什么蛋白质工程被称为第二代基因工程?科学家想提高玉米中赖氨酸的含量，计划将天门冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天门冬酰胺变成异亮氨酸，这样就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。下列对蛋白质的改造，操作正确的是（）。A．直接通过分子水平改造蛋白质 B．直接改造相应的mRNAC．对相应的基因进行操作 D．重新合成新的基因项目蛋白质工程基因工程区别过程预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定实质定向改造或生产人类所需蛋白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结果生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有的蛋白质联系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;对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现二、蛋白质工程的应用实例举例说明蛋白质工程的应用成果。干扰素是动物体内的一种蛋白质，它可以用来治疗病毒的感染和癌症,但在体外保存相当困难。科学家发现干扰素中的一个半胱氨酸变成丝氨酸后可以保存半年。你来设想一下，能不能让动物生产能够长期储存的干扰素？采用什么方法？蛋白质工程是一项难度很大的工程,目前成功的例子不多,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高级结构的了解还很不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索。答案：问题导学活动与探究一：（1)答案：根据蛋白质被改造部位的多少，可以将这种改造分为“大改”“中改”和“小改”。“大改"是指根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新蛋白质，使其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某活性部位的1个或几个氨基酸残基，以改善蛋白质的性质和功能。基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。(2）答案:蛋白质工程中基因工程是其中的关键技术,因此，蛋白质工程又被称为第二代基因工程。迁移与应用：C解析：蛋白质是由基因控制合成的，对基因进行操作较容易。要对蛋白质进行改造,最终通过改造基因来完成。活动与探究二：答案:（1)蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性。（2）在生物工程制药领域，蛋白质工程也有广泛的应用.例如“鼠—人嵌合抗体"的生产等.（3）科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。迁移与应用：解析:改造蛋白质结构应从根本上改变基因结构，因为基因控制蛋白质的合成。根据题意，已知干扰素蛋白质的氨基酸序列.再根据科学家的发现，把干扰素的半胱氨酸换成丝氨酸,反推mRNA的碱基序列,再反推DNA序列，然后进行基因改造,将改造的基因导入动物细胞就能生产能够长期储存的干扰素。答案:能生产能够长期储存的干扰素。根据氨基酸序列反推mRNA序列,再反推DNA序列,然后进行基因改造。1．下列说法正确的是（）。A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别B．基因工程是蛋白质工程的关键技术C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的2．下列不属于蛋白质工程成果的是(）。A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．生产出鼠-人嵌合抗体C．将随“神六”遨游太空的水稻种子,种植后获得一种新蛋白质D．将人工合成的一种基因导入大肠杆菌，生产一种新抗体3．自然界里还没发现有什么材料能像蛛丝的强度和柔韧度那么好.蛛丝强度和柔韧度得益于蛛丝蛋白中氨基酸的特殊布局，使它产生了一个由坚硬的结晶区和一个非结晶区构成的混合区域。有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程运用的技术及流程分别是（)。A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质C．基因工程:DNA→RNA→蛋白质D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质4．使酶中的天门冬酰胺和谷氨酰胺转变为其他氨基酸，可以提高酶的热稳定性,对蛋白质的这种改造属于（）.A．大改B．中改 C．小改D．微改5．蛋白质工程的目标是（)。A．通过对基因进行诱变,产生新的蛋白质B．通过基因重组，合成生物体本来没有的蛋白质C．根据人们对蛋白质功能的特定需求，改造或制造蛋白质D．生产大量的蛋白质答案：1．B解析：蛋白质工程的目标是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。其中，基因工程是关键技术，是蛋白质工程的基础，因为对蛋白质结构的改造是通过改造基因而实现的，所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质的，改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。2．C解析：A、B、D三项均是人类有目的地改造或制造蛋白质,而C项则是生物在突发性诱变条件下，产生一种新蛋白质，故C项不属于蛋白质工程的成果。3．D解析：通过修改已知蛛丝蛋白的基因，从而创造出全新的蛋白质的过程叫蛋白质工程，其原理是蛋白质→RN