3.3蛋白质工程课件高二下学期生物苏教版选择性必修3

第3节蛋白质工程第三章基因工程从社会中来人工全合成结晶牛胰岛素开创了我国人工合成蛋白质的新纪元关于胰岛素，你还知道多少？1、胰岛素的化学本质？2、胰岛素的功能？3、胰岛素的合成场所？胰岛素能促进组织细胞加速摄取、利用和储存葡萄糖，从而使血糖水平降低蛋白质胰岛B细胞胰岛素六聚体资料1：

科学家发现经皮下注射的天然胰岛素进入血液的速率较为缓慢，其主要原因是胰岛素分子会聚合成二聚体或多聚体。这影响了胰岛素功能的及时发挥。胰岛素要发挥作用必须由多聚体经过解聚变成单聚体才能发挥其降糖作用。胰岛素的空间结构→生物功能胰岛素单体任务一：探究胰岛素改造基本原理资料2：

科学研究发现，将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，或者将它与第29位的赖氨酸交换位置，可以有效抑制胰岛素的聚合，从而获得胰岛素单体。思考1：科学家是如何改造胰岛素分子？B28脯氨酸B29赖氨酸任务一：探究胰岛素改造基本原理天然胰岛素B链部分氨基酸序列：酪氨酸苏氨酸脯氨酸赖氨酸苏氨酸设计后胰岛素B链部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸苏氨酸赖氨酸脯氨酸苏氨酸B28B29mRNAmRNA思考2：怎样得出决定肽链的脱氧核苷酸序列?互动探究天然胰岛素B链部分氨基酸序列：酪氨酸苏氨酸脯氨酸赖氨酸苏氨酸设计后胰岛素B链部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸苏氨酸赖氨酸脯氨酸苏氨酸B28B29mRNAmRNA由于人胰岛素B链基因较短，按照设计好的编码序列进行化学合成，是获取这种突变型目的基因的首选方法。翻译翻译转录天然胰岛素对应的基因序列：改造后应得到的基因序列：转录互动探究任务一：探究胰岛素改造基本原理互动探究天然胰岛素对应的基因序列改造后应得到的基因序列思考3：结合中心法则的有关知识，写出改造后胰岛素的合成过程。新胰岛素____

mRNA

转录翻译折叠特定________序列的多肽链具有高级____的蛋白质

行使相应功能结构基因氨基酸任务一：探究胰岛素改造基本原理除了通过查密码子表的方式得知基因序列，可以通过查找数据库获取序列信息获取基因和蛋白质的结构数据NCBI，全称为美国国家生物技术信息中心

/在NCBI数据库中，可以找到大量的生物信息学数据，包括DNA和蛋白质序列，基因组组装，基因注释，蛋白质结构等。一、蛋白质工程一般过程任务二：探究胰岛素改造的一般过程思考：确定基因的碱基序列后，怎样改造目的基因？天然胰岛素对应的基因序列改造后应得到的基因序列互动探究任务二：探究胰岛素改造的一般过程由于人胰岛素B链的基因比较短，可以根据设计好的基因序列进行化学合成使用PCR进行定点诱变天然胰岛素B链部分氨基酸序列：酪氨酸苏氨酸脯氨酸赖氨酸苏氨酸设计后胰岛素B链部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸苏氨酸赖氨酸脯氨酸苏氨酸B28B29mRNAmRNA翻译翻译转录天然胰岛素对应的部分基因：改造后应得到的基因序列：转录由于人胰岛素B链基因较短，按照设计好的编码序列进行化学合成，是获取这种突变型目的基因的首选方法。待突变位点常规下游引物突变上游引物进行PCR产物作为下一轮PCR的大引物天然胰岛素对应的部分基因：待突变位点常规下游引物突变上游引物进行PCR产物作为下一轮PCR的大引物进行PCR待突变位点下游大引物常规上游引物天然胰岛素对应的部分基因：待突变位点常规下游引物突变上游引物进行PCR产物作为下一轮PCR的大引物进行PCR待突变位点下游大引物常规上游引物进行PCR天然胰岛素对应的部分基因：待突变位点PCR合成的人胰岛素突变基因大引物PCR使用PCR进行定点诱变重叠延伸PCR设计含有非特异性配对碱基的引物，再通过PCR将突变位点引入产物中寡核苷酸介导的定点诱变引物突变DNA聚合酶DNA连接酶受体细胞转录突变T-A定向诱变为G-C（1）适用对象：不能预先确定诱变位点的蛋白质。非定点诱变技术基因的体外定向突变归纳一、蛋白质工程一般过程（2）缺点：目的性和针对性不够强。（3）优点：突变位点多，有时会产生意想不到的改造效果。（1）适用对象：掌握了基本结构信息的蛋白质（2）方法:寡核苷酸介导的定点诱变、使用PCR进行定点诱变等二、蛋白质工程的应用定点诱变的方法，使T4溶菌酶编码第3个氨基酸的核苷酸序列改变，氨基酸由异亮氨酸变成半胱氨酸，可以和第97位半胱氨酸形成新的二硫键，增强蛋白质稳定性。实例1.提高酶的热稳定性实例2.延长干扰素体外保存时间天然干扰素不易保存改造新干扰素基因预期功能延长保存时间设计结构氨基酸替换一个半胱氨酸变成丝氨酸推测序列预期结构转录mRNA折叠翻译多肽链行使功能在-70℃下可以保存半年定点突变二、蛋白质工程的应用二、蛋白质工程的应用实例3.提高水蛭素活性水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶抑制剂,是由65个氨基酸组成的蛋白质为提高水蛭素活性，科学通过蛋白质工程将47位的天冬酰胺变成赖氨酸。这种新的蛋白质抗凝血效率可提高4倍。一、蛋白质工程一般过程（3）大改：以据氨基酸的性质和特点，制造全新蛋白质（到目前还没有成功的例子）（2）中改：改变蛋白质分子中某一个多肽链片段或一个特定的结构域（1）小改：利用基因工程中的定点诱变技术，改造蛋白质分子某活性部位的一个或几个氨基酸残基（实践中运用的最多）蛋白质工程的类型思考1.通过以上实例尝试概括蛋白质工程的基本思路预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质____→推测应有的________序列→找到对应的____________序列→合成新________→获得所需要的蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸基因蛋白质工程原理：中心法则的逆推三、蛋白质工程的基本原理三、蛋白质工程的基本原理思考2：蛋白质工程和基因工程的操作对象相同吗？为什么？操作对象相同：蛋白质工程和基因工程的操作对象都为基因。原因是：①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大。②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质③基因可以遗传，蛋白质无法遗传地位：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三、蛋白质工程的基本原理思考3：蛋白质工程和基因工程的得到的蛋白质相同吗？原则上只能产生自然界已存在的蛋白质（天然蛋白）基因工程的局限性对天然蛋白质进行改造或制造新的蛋白质，以满足人类需要。蛋白质工程的目的基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状项目基因工程蛋白质工程操作起点原理过程实质结果联系目的基因预期的蛋白质功能基因重组基因工程、中心法则获取目的基因→______________→导入受体细胞→目的基因及其表达产物的检测与鉴定预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测核苷酸序列→合成_________→表达出蛋白质定向改造生物的________，获得人类所需的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的______生产自然界中已有的蛋白质①都在__________对基因操作②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。生产自然界_____的蛋白质遗传特性蛋白质生物体外构建表达载体没有DNA4.列表比较蛋白质工程与基因工程蛋白质工程是一项难度很大的工程.蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚难。四、蛋白质工程的现状由计算机建立的血红蛋白三维结构模型学以致用（2）图中①的名称叫______________，其组成包括了目的基因、

、

、复制原点和

等。（3）目的基因经过体外定点诱变后，为了提高其导入大肠杆菌的成功率，需用一定浓度的

____________处理大肠杆菌。（4）与正常基因相比，经过定点诱变后的基因中发生了两对碱基的

。（5）基因工程最后一步是

，________从分子水平检测的方法有__________________________________________

基因表达载体启动子终止子

标记基因C