选修三.1.4.蛋白质工程的崛起ppt(讲课)

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生物：1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版选修3)

2．生长激素改造
生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu （谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。
2、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）？
可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。
基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家 M·史密斯（1932－2000）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。
超级记忆法-记忆规律
TIP1：我们可以选择恰当的记忆数量——7组之内！ TIP2：很多我们觉得比较容易背的古诗词，大多不超过七个字，很大程度上也是因为在“魔力之七”范围内的缘故。我们可以把要记忆的内容拆解组合控制在7组之内（每一组不代表只有一个字哦，这7组中的每一组容量可适当加大）。 TIP3：比如我们记忆一个手机号码18820568803，如果一个一组的记忆，我们就要记11组，而如果我们拆解一下，按照188-2056-8803，我们就只需要记忆3 组就可以了，记忆效率也会大大提高。

生物《蛋白质工程的崛起》PPT课件(新人教版-选修3)

异想天开
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？
理论上是可行的，但目前还没有真正成功的例子。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的进展：
（1）对胰岛素的改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。
3、蛋白质工程的前景：
蛋白质工程与基因工程的关系：
项目基因工程蛋白质工程预期的蛋白质功能定向改造或生产人类所需要的蛋白质生产自然界已存在的蛋白质操作起点目的基因实现基因的异体实质表达生产自然界没有的结果蛋白质基本流程联系
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。
试回顾总结基因工程的丰硕成果
植物方面
提高植物的抗虫、抗病、抗逆性改良植物的品质
动物方面
提高动物生长速度改善畜产品的品质用转基因动物生产药物用转基因动物作器官移植的供体
研制药物基因治疗
基因工程的局限性：
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
1、从预期的蛋白质功能出发 2、设计预期的蛋白质结构 3、推测应有的氨基酸序列 4、找到相应的脱氧核苷酸序列（基因）
基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家M· 史密斯（1932－2000）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。

1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版-选修3)

研制药物基因治疗
基因工程的局限性：基因工程的局限性：
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。自然界已存在的蛋白质。这些蛋白质的结构和功能结构和功能符合这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要生存的需要，特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。人类生产和生活的需要全符合人类生产和生活的需要。
异想天开
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？要的蛋白质食品呢？理论上是可行的，理论上是可行的，但目前还没有真正成功的例子。有真正成功的例子。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的进展：
例如：
• 干扰素是由动物体内的效应T细胞干扰素是由动物体内的效应T 产生的一种糖蛋白，产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒引起的感染。同时，有病毒引起的感染。同时，在治疗癌症方面也有十分可观的疗效。癌症方面也有十分可观的疗效。但干扰素在体外保存相当困难。是，干扰素在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨如果将其分子上的一个半胱氨变成丝氨酸丝氨酸，的条件下，酸变成丝氨酸，在-70 C的条件下，可以保存半年半年。可以保存半年。
异亮氨酸
半胱氨酸
总结：蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质生物功能分子的________及其与_______ 结构规律的关系作为基础，通过_______ 基因修饰或________，对现有蛋白质进基因合成改造新的蛋白质行____，或制造一种_______，以满足生产和生活的需求。
新课标人教版课件系列
《高中生物》

3、1.4《蛋白质工程的崛起》ppt

4.蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：
（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；从生物体中分离纯化目的蛋白；（2）测定其氨基酸序列；测定其氨基酸序列；借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，（ 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; 白质的二维重组和三维晶体结构; （ 4 ）设计各种处理条件，了解蛋设计各种处理条件，白质的结构变化，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；叠等对其活性与功能的影响；（ 5 ）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；方案，如点突变；分离、纯化新蛋白，（ 6 ）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。测后投入实际使用。
例如:干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。例如干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将干扰素是一种抗病毒人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生在大肠杆菌中进行表达，人的干扰素的在大肠杆菌中进行表达的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天的干扰素的抗病毒活性为，然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的干扰素量很多，干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，干扰素蛋白质中有个半胱氨酸（干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸发现，β-干扰素蛋白质中有个半胱氨酸（第17位、位 31位和位和141位），推测可能是有一个或几个半胱氨位和位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提果使大肠杆菌中生产的干扰素的抗病性活性提高到108 U/mg，并且比天然干扰素的贮存稳定高到，并且比天然β-干扰素的贮存稳定性高很多。性高很多。

1.4 蛋白质工程的崛起课件人教版高中生物选修三

二、蛋白质工Biblioteka 的基本原理1、目标：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。
2、原理：改造基因（基因修饰或基因合成）。
3.蛋白质工程的直接操作的对象是基因。
改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且这种改造可以遗传下去
4、流程：
分子
DNA合成
设计
转录
翻译
折叠
中心法则
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另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
2、基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
3、天然蛋白质的不足：天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 4、蛋白质工程的目的：生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。
代基因工程
练习检测
• 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（Ａ） • A、蛋白质工程以基因工程为基础 • B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 • C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改
造 • D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
练习检测
• 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（Ｃ） • ①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋
蛋白质工程流程图
预期功能生物功能
5．基本途径：中心法则的逆推
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 →修饰（合成）基因 →合成蛋白质。
三、蛋白质工程的概念
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。

人教版高中生物选修三1.4《蛋白质工程的崛起》ppt配套课件

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(基因的异体表达)
生产自然界已有的蛋白质
蛋白质工程
基因工程
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。因为对
现有的蛋白质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
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当堂检测
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1.科学家想提高玉米中赖氨酸含量,计划将天冬氨酸激酶的第 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 mRNA C.对相应的基因进行操作 D.重新合成新的基因解析:对蛋白质进行改造,最终通过改造基因来完成。答案:C
1.4 蛋白质工程的崛起
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课前预习导学
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目标导航
学习目标
重点难点
重点:
1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的基本原理。 3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
1.为什么要开展蛋白质工程的研究? 2.蛋白质工程的基本原理。难点:
蛋白质工程的基本原理。
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预习导引
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迁移与应用下列有关蛋白质工程和基因工程的说法正确的是( )。 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解析:蛋白质工程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,改造后的蛋白质不再是天然的蛋白质。答案:B

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蛋白质的结构和功能
蛋白质工程的概念
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物
功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。
实质:
是对编码蛋白质的基因进行改造
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程
相同点产生新的产生的蛋白质联系
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（） A．是生物在长期进化过程中形成的 B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要
D
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
Ｃ
6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出
来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（） A．氨基酸种类增多 B．氨基酸种类减少 C．仍为天然存在蛋白质 D．可合成天然不存在蛋白质
7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品 B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面 C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用 D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多
思考与探究 2.基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的： 1、确定蛋白质的功能 2、蛋白质应有的高级结构 3、蛋白质应具备的折叠状态 4、应有的氨基酸序列 5、应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。
讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：
……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-…… 丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸： UUU、UUC
讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU （或C）
二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
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。
2、原理：
改造基因（基因修饰或基因合成）
复制
复制转录逆转录
DNA
RNA
翻译
蛋白质
天然蛋白质的合成遵循中心法则
天然蛋白质的合成过程
DNA
转录
RNA
翻译
肽链折叠等Βιβλιοθήκη 表达生物特有的功能或性状
具有空间结构的蛋白质
改造
二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
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。
2、原理：
思考：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？
应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：
（1）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，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
（2）基因工程的不足：
在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
2、天然蛋白质的不足
天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
3、蛋白质工程的目的
生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。
四、知识拓展
1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？
3.酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。
通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。
C．肽链结构

D．基因结构
Ｄ
）
3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要 B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构 C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子

Ｂ

D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程
4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是
（） A、蛋白质工程以基因工程为基础 B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
5 、蛋白质工程的基本流程正确的是（
） ①蛋白质分子结构设计② DNA 合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A．①②③④ B．④②①③ C．③①④② D．③④①②
蛋白质工程
都要改造基因，都属于分子水平基因型，无新基因基因（型）原有的新的
蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸
五、蛋白质工程的进展和前景
1.进展 2.前景
速效型药品应用于微电子方面制作电子元件
具有体积小、耗电少和效率高的特点
3.现状
蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。
人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
脱氧核苷酸 GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C) 序列
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G)
2.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）？确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或可产和生活的需要
改造
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存玉米中赖氨酸含量比较低
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）
改造
天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）
一、蛋白质工程崛起的缘由活动1:阅读P26.
回答:为什么要进行蛋白质工程?
这些蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要，所以需要加以改造。
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用（1）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，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
３. 途径:
预期的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
找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
DNA合成基因 DNA 转录 mRNA 翻译
分子设计
氨基酸序列多肽链
折叠
蛋白质三维结构
图1-29蛋白质工程流程图
生物预期功能功能
4、基础：