1.4蛋白质工程的崛起ppt(2012.3.13)
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蛋白质工程的崛起(共15张PPT)
可以产生它本身不能产生的 蛋白，质进而表现 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）
这些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
出 新的性状 。 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，以满足人类的生产和生活的需求。 序列是_____________________。 （1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种
第8页，共15页。
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：基因改造 3、过程
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
DNA mRNA 多肽链
转录
翻译
三维结构 折叠
预期功能 生物功能
第9页，共15页。
4、概念：
是指以蛋白质分子的结构规律及其
序列是_____________________。
2、基因工程的不足： ______________，所用的酶是______________。
（1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种 ______________，所用的酶是______________。 玉米中赖氨酸含量可提高数倍
在原则上只能生产 天冬氨酸激酶（异亮氨酸） 自然界已存在的蛋白质， （3）如果指导番茄合成PG的信使RNA的碱基序列是 – A – U – C – C – A – G – G – U – C –，那么，PG反义基因的这段碱基对
质在粒原（ 则这或上运只些载能体生天、产病然毒） 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 自然界已存在的蛋白质，
这些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
出 新的性状 。 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，以满足人类的生产和生活的需求。 序列是_____________________。 （1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种
第8页，共15页。
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：基因改造 3、过程
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
DNA mRNA 多肽链
转录
翻译
三维结构 折叠
预期功能 生物功能
第9页，共15页。
4、概念：
是指以蛋白质分子的结构规律及其
序列是_____________________。
2、基因工程的不足： ______________，所用的酶是______________。
（1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种 ______________，所用的酶是______________。 玉米中赖氨酸含量可提高数倍
在原则上只能生产 天冬氨酸激酶（异亮氨酸） 自然界已存在的蛋白质， （3）如果指导番茄合成PG的信使RNA的碱基序列是 – A – U – C – C – A – G – G – U – C –，那么，PG反义基因的这段碱基对
质在粒原（ 则这或上运只些载能体生天、产病然毒） 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 自然界已存在的蛋白质，
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》课件17张PPT
新知探究
一、蛋白质工程的崛起缘由 基因工程的局限性： a、基因工程在原则上只能生产自然 界已存在的蛋白质 b、天然蛋白质不一定完全符合人类 生产和生活的需要
蛋白质工程的目的： 生产符合人们生活需要的并非自然界 已存在的蛋白质
项目 蛋白 质 实质
蛋白质工程 合成自然界不 存在的蛋白质 改造基因
基因工程 天然存在的蛋白质 目的基因导入受体 细胞并表达 已被广泛应用
2.下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ B ） 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 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
C.③①④②
D.③④①②
退 出
氨基酸序 列多肽链
DNA合成
基因 DNA
转录
mRNA 翻译
折叠
蛋白质 三维结构
中心法则
预期 功能 生物 功能
蛋白质工程流程图
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
3.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
4.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
人教版高中生物选修三1.4《蛋白质工程的崛起》课件(共21张PPT)
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。
例如：
满足人类生 产和生活的 需要
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 改造
干扰素（半胱氨酸） 改造
体外很难保存
玉米中赖氨酸含量比较低
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）
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
五、蛋白质工程的进展和前景
1.进展 2.前景 胰岛素速效型药品 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。
讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
改造
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。
蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基 因进行改造
蛋白质工程直接操作对象：基因结构
脱氧核苷酸 GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C) 序列
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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。
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（ D） 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
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
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?
通过基因工程能够大规模生产生物体内微量存在 的活性物质，并借助转基因而改变动植物性状，得以 在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。然而在 广泛利用自然界各种蛋白质的过程中就发现，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。
有的 氨基酸 序列→找到对应的 脱氧核苷酸 序列。
蛋白质工程原理
天然蛋白质的合成途径：遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变 基因 表达（转录和翻译） 形成氨基酸序列的多肽
链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能
蛋白质工程的途径： 预期的蛋白质功能出发 应有的氨基酸序列
设计预期的蛋白质结构 找到相应的脱氧核苷酸序列
改造
二、蛋白质工程的基本原理
对天然蛋白质进行改造，你认为是直接对蛋白质分 子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
1、目标：根据人们对 蛋白质 功能的特定需求， 对蛋白质的 进行分子设计。 结构
2、原理：改造基因（基因 修饰 或基因 合成 ） 。
3、途径：
预期蛋白质功能→设计 预期的蛋白质 →推测应
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。
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
6、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 不正确的是（ C ） 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
推测
蛋白质工程的流程
DNA合成 基因 DNA mRNA 转录 翻译 氨基酸序列 多肽链 分子设计 蛋白质 三维结构 预期功能
生物功能
折叠
蛋白质工程的概念
基础: 蛋白质的结构和功能
途径: 基因修饰或基因合成 目标: 改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或 生活的需要
蛋白质工程的实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造
• 4、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 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
• 5、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（ Ｄ ） • 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
例如：
满足人类生 产和生活的 需要
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 改造
干扰素（半胱氨酸） 改造
体外很难保存 玉米中赖氨酸含量比较低
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）
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
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 。 （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需要的 蛋白质 。
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
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 胰岛素速效型药品 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
Ｄ
C．肽链结构
D．基因结构
• 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ Ｂ ） • 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．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
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）
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)