蛋白质工程的原理和应用课件-高二下学期生物人教版选择性必修3

科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为略氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物一一黄色荧光蛋白。【特别提醒】基因在转移过程中并不被改造。若基因在转移过程中进行了改造，那么此基因工程就变为蛋白质工程了。判断：蛋白质工程是在蛋白质分子水平上改造蛋白质的。在分子水平上对基因分子直接进行操作构建基因表达载体能将改造后的目的基因导入受体细胞，让其在受体细胞中稳定表达，产生具有特定结构和功能的蛋白质。1.蛋白质工程是否需要构建基因表达载体？2.蛋白质工程改造后的蛋白质的性状可否遗传给子代？蛋白质工程与基因工程的异同项目蛋白质工程基因工程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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→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要的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可生产自然界中不存在的蛋白质只能生产自然界中已存在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判断基因工程和蛋白质工程是否合成新的基因蛋白质工程是否对原有基因进行改造是否是否蛋白质工程基因工程二看蛋白质一看基因是否为天然蛋白质是否蛋白质工程基因工程方法蛋白质工程的目标是生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。结合图示回答有关问题：(1)写出流程图中字母代表的含义：A.

；B.

；C.

；D.

；E.

。(2)图示字母中属于中心法则的过程有

，属于蛋白质工程的过程有

。预期功能氨基酸序列改造或合成转录翻译D、EA、B、C、D、E(3)对天然蛋白质进行改造，你认为应该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？原因是什么？应该通过对基因的操作来实现对天然蛋白质的改造。主要原因：①蛋白质具有十分复杂的空间结构，基因的结构相对简单，容易改造；②改造后的基因可以遗传给下一代，而被改造的蛋白质无法遗传。1.每种氨基酸都有对应的密码子，只要査一下密码子表,就可以将题中的氨基酸序列的编码序列査出来。但是由于题中的氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码的，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出32种，可以让学生根据学过的排列组合的知识自己排列一下。首先应该根据密码子推出mRNA序列为GCU(或C，或A，或G)UGGAAA(或GGAA(或G)UUU(或C)，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列为CGA(或G，或T或C)ACTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)。2.确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。1.研究者对绿色荧光蛋白进行改造,将其第203位苏氨酸替换为酪氨酸,使改造后的蛋白质在特定光激发后发射橙色光,称为橙色荧光蛋白。关于橙色荧光蛋白的构建,以下说法正确的是 ()A.用蛋白酶直接处理绿色荧光蛋白获得目标产物B.设计定点突变PCR获得橙色荧光蛋白基因C.PCR扩增获得的产物激发后可以发橙色荧光D.绿色荧光蛋白基因发生的突变类型为碱基缺失B[解析]用蛋白酶直接处理绿色荧光蛋白得到的是多肽和氨基酸,而不是橙色荧光蛋白,A错误;要使绿色荧光蛋白第203位苏氨酸替换为酪氨酸,可以通过对其基因进行定点突变PCR实现,这样基因中控制编码苏氨酸的碱基序列替换为编码酪氨酸的碱基序列,B正确;PCR扩增获得的产物是目的基因片段,不能发橙色荧光,该基因片段控制合成的蛋白质才会在激发后发橙色荧光,C错误;绿色荧光蛋白基因发生的突变类型为碱基替换,D错误。2.天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体,皮下注射后往往要逐渐解离为单体,才能发挥作用,在一定程度上延缓了疗效。科学家利用蛋白质工程(基本思路见下图)研发出速效胰岛素,已在临床上广泛应用。下列有关叙述正确的是 ()A.当前限制蛋白质工程发展的关键因素是基因工程技术还不成熟B.从六聚体胰岛素解离为单体形式是将胰岛素水解为氨基酸C.利用基因工程和蛋白质工程生产胰岛素都经历①②过程D.利用蛋白质工程生产速效胰岛素要从推测b入手C[解析]当前限制蛋白质工程发展的关键因素是蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构,而这种高级结构往往很复杂,人们对蛋白质的高级结构了解太少,A错误;从六聚体胰岛素解离为单体形式是将六个胰岛素形成的六聚体水解为单个胰岛素的过程,B错误;利用基因工程和蛋白质工程生产胰岛素都经历找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)→转录(①)形成mRNA(c)→翻译(②)获得所需要的蛋白质的过程,C正确;蛋白质工程中,首先根据预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构,因此利用蛋白质工程生产速效胰岛素要从设计预期的蛋白质结构(a)入手,D错误。(1)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列()(2)蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改造分子的结构()(3)蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为人们对蛋白质复杂的高级结构没有完全认识()(4)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性()(5)天然胰岛素制剂容易发生聚合,会在一定程度上延缓药效,设计速效胰岛素首先要从避免胰岛素形成聚合体这一预期功能开始()(5)自然界中的酶都可以通过蛋白质工程来改造()××√√√×××√DA少数这项工作属于蛋白质工程的范畴。引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化。如果要将改造后的T4溶菌酶应用于生产实践,还有很多工作需要做。例如由于改造后酶的空间结构发生了变化,因此它的一些基本特性需要重新明确,包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等;需要建立规模化生产该酶的技术体系,评估生产成本等。(1)应选择用相同的限制酶或切割能产生相同末端的限制酶切割质粒和含有目的基因的DNA片段，并且注意限制酶的切割位点不能位于目的基因的内部，以防破坏目的基因，限制酶也不能破坏质粒的启动子、终止子、标记基因、复制原点等结构。(2)加入DNA连接酶。(3)该质粒便于进行双重筛选。标记基因AmpR基因可用于检测质粒是否导入了大肠杆菌，一般只有导入了质粒的大肠杆菌才能在添加了青霉素的培养基上生长。而由于LacZ基因的效应，这些生长的菌落可能出现两种颜色：含有空质粒（没有连接目的基因的质粒）的大肠杆菌菌落呈蓝色；含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。(4)含有重组质粒的大肠杆菌菌落呈白色。因为目的基因的插入破坏了LacZ基因的结构，使其不能正常表达，形成β-半乳糖苷酶，底物X-gal也就不会被分解。逆转录病毒是载体，能将外源基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和KIf4送入小鼠成纤维细胞。(2)可以设置对照组。将转入外源基因和没有转人外源基因的细胞分别培养在相同的培养基中，并确保其他培养条件相同。如果只有转入外源基因的细胞转化成了iPS细胞，就可以证明iPS细胞的产生不是由于培养基的作用。(3)可以依次去掉1个基因，将其他3个基因转入小鼠成纤维细胞中，然后通过与转入4个基因的小鼠成纤维细胞的诱导情况进行比较，来推测缺失的那个基因对诱导iPS细胞的影响，进而判断每个基因作用的相对大小。（其他合理答案均可）(4)不会引起免疫排斥反应，因为在诱导转化的过程中细胞的遗传物质没有发生变化，理论上产生的还是“自体”细胞。iPS细胞拥有分化为各种细胞的潜能，因此