人教版《蛋白质工程的崛起》课件
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人教版高中生物选修3专题1第节蛋白质工程的崛起(共40张PPT)
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。
这些蛋白质是生物在长期的进 化中形成的，他们的结构和功能符 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。
1.3 蛋白质工程的研究内容及应用
蛋白质是所有生命过程的存在形式，它以高度的特异性直 接推动数千种化学反应的进行，并以关键的结构元件组成所 有生物体的细胞和组织。 蛋白质工程技术改造或创建新型工程蛋白，还能拓展功能 蛋白在工业、农业、医学等领域的应用范围其经济和社会效 益不可估量。 （1）通过改变酶的Km和Vm等动力学参数，提高其生化反应 的催化效率。 （2）通过提高酶与底物的亲和性，减少生物转化工程中副 产物的形成。 （3）通过增强功能蛋白对蛋白酶的抗降解性能，简化其分 离纯化工序并提高收率。
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。
天然蛋白质的合成过程
DNA 转录
表达生物特有 的功能或性状
RNA 翻译 肽链
折叠 等
具有空间结 构的蛋白质
遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
３.蛋白质工程流程 :
分子
基因
DNA合成
蛋白质工程的崛起课件-高二下学期生物人教版选修3.pptx
前景诱人
蛋白质 工程现状
蛋白质工程目前的现状：成功的例子不 多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依 赖于正确的空间结构，而科学家目前对大 多数蛋白质的高级结构了解很少。
比较基因工程和蛋白质工程
项目
基因工程
操作起点
目的基因
操作核心
基因表达载体
获取目的基因→
重组 过程
构建表达载体→ 导入受体细胞→
目的基因的检测与表达
议
1）为什么不能对天然蛋白质进行改造，从而实现改造蛋白质的 目的？ 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)若某蛋白质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…，则根据预期的蛋白质所设计的基因中 碱基序列是唯一的吗？为什么？
知识回顾
思考：如果想让某一个生物的性状在另外一个生 物的身上表达，常用的方法有哪些？ 1、在种内可以用什么方法？
杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
新知 基因工程的实质是什么？ 将一种生物的基因转移到另一种生物体内， 后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进 而表现出新的性状。
基因工程产生的蛋白质是否完全 符合人类生产和生活的需要？
评
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，后者产生它本不能 产的 蛋白，质进而表现 出 新的性状 。
一、蛋白质工程崛起的缘由
2.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
蛋白质工程的崛起 课件
预期功能-设计结构-推测氨基 列-找到核苷酸序列
基因工程
获取目的基因-构建载体-导酸序 入受体细胞-目的基因检测与鉴定
实质 结果
改造基因 生产自然界没有的蛋白质
定向改造生物的遗传性状 生产自然界已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是第二代基因工程，必须通过基因修饰或基因合成才能实 现
四、蛋白质工程的进展和前景
1、天然蛋白质是怎样合成的？
氨基酸
二肽 三肽等
多肽
蛋白质
2、蛋白质工程的基本途径
原理： 1、天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行
2、蛋白质工程的基本途径是：中心法则的逆推
三、什么是蛋白质工程
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,以满足人类的生 产和生活的需求
进展：胰岛素
速效型药品的生产
前景：微电子
方面、干扰素、高 产赖氨酸玉米的设 计等
五、思维误区：
蛋白质工程就是酶工程吗？
酶大多是蛋白质。酶工程包 括酶制剂的生产和应用两方面， 其重点在于对已存在酶的合理充 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。酶工程至多是蛋白质工程的 一部分。
一、蛋白质工程崛起的缘由
❖ 1、原因： 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的
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特定物种生存的需要，却不能完全满 足人类生产和生活的需要。
❖ 2、蛋白质工程的目的：生产符合人们需要的、自然界不存 在的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
练习
已知某多肽的氨基酸序列是： —丙氨 酸—色氨酸—赖氨酸—（已知部分氨基酸的 密码子：丙氨酸为GGU、GCC、GCA、 GCG，色氨酸为UGG，赖氨酸为AAA、 AAG），控制此多肽合成的基因中的碱基序 列有多少种情况？
基因工程
获取目的基因-构建载体-导酸序 入受体细胞-目的基因检测与鉴定
实质 结果
改造基因 生产自然界没有的蛋白质
定向改造生物的遗传性状 生产自然界已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是第二代基因工程，必须通过基因修饰或基因合成才能实 现
四、蛋白质工程的进展和前景
1、天然蛋白质是怎样合成的？
氨基酸
二肽 三肽等
多肽
蛋白质
2、蛋白质工程的基本途径
原理： 1、天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行
2、蛋白质工程的基本途径是：中心法则的逆推
三、什么是蛋白质工程
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,以满足人类的生 产和生活的需求
进展：胰岛素
速效型药品的生产
前景：微电子
方面、干扰素、高 产赖氨酸玉米的设 计等
五、思维误区：
蛋白质工程就是酶工程吗？
酶大多是蛋白质。酶工程包 括酶制剂的生产和应用两方面， 其重点在于对已存在酶的合理充 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。酶工程至多是蛋白质工程的 一部分。
一、蛋白质工程崛起的缘由
❖ 1、原因： 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的
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特定物种生存的需要，却不能完全满 足人类生产和生活的需要。
❖ 2、蛋白质工程的目的：生产符合人们需要的、自然界不存 在的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
练习
已知某多肽的氨基酸序列是： —丙氨 酸—色氨酸—赖氨酸—（已知部分氨基酸的 密码子：丙氨酸为GGU、GCC、GCA、 GCG，色氨酸为UGG，赖氨酸为AAA、 AAG），控制此多肽合成的基因中的碱基序 列有多少种情况？
人教版生物选修三1.4《蛋白质工程的崛起》课件 (共35张PPT)
mRNA：GCU（C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA：CGA（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 工合成的方法或从基因中获取后 进行改造。旁栏思考题
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？ （了解）
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。
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种 2、在种间可以用什么方法？ 基因工程育种
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，后者产生 它本不能产生的 蛋白质 ，进而 表现出 新的性状 。
①育种周期短； （重点记忆） ②目的性强，可定向改变生物性状； ③克服远缘杂交不亲和的障碍。
优点：
如果将其分子上的一个半胱氨酸变 成丝氨酸，在-70 C的条件下，可以保存 半年。
o
2、玉米中赖氨酸的含量比较低
赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
抑制 (负反馈调节)
前体物质
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）
赖氨酸
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）
DNA：CGA（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 工合成的方法或从基因中获取后 进行改造。旁栏思考题
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？ （了解）
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。
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种 2、在种间可以用什么方法？ 基因工程育种
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，后者产生 它本不能产生的 蛋白质 ，进而 表现出 新的性状 。
①育种周期短； （重点记忆） ②目的性强，可定向改变生物性状； ③克服远缘杂交不亲和的障碍。
优点：
如果将其分子上的一个半胱氨酸变 成丝氨酸，在-70 C的条件下，可以保存 半年。
o
2、玉米中赖氨酸的含量比较低
赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
抑制 (负反馈调节)
前体物质
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）
赖氨酸
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）
高二生物人教版选修三教学课件14蛋白质工程的崛起
答案：B
[共研探究]
1．蛋白质工程的进展和前景
(1)前景诱人：采用蛋白质工程方法制成的电子元件，
具有 体积小 、 耗电少 和 效率高 的特点；
通过对胰岛素的改造，使其成为 速效型
药品。
(2)难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白
质
高级结构 的了解还很不够。
2．如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过 程，请据图回答有关问题：
三、蛋白质工程的进展和前景阅读教材P28 三、蛋白质工程的进展和前景 阅读教材 1．进展：如科学家通过对胰岛素 的改造，已使其成 为速效型药品。 2．前景：用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体
积 小 、耗电 少 和效率 高 的特点。
3．面临困难：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。
1．概念：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。
2．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。
3．途径：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 相对应的 脱氧核苷酸 序列(基因)。
答案：C
3．下列关于基因工程与蛋白质工程的比较，正确的是( ) A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因 进行操作 B．基因工程合成的是天然的蛋白质，蛋白质工程合成的不一定 是天然存在的蛋白质 C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平操作 D．蛋白质工程是基因工程的基础，基因工程是蛋白质工程的延 伸
[共研探究]
1．蛋白质工程的进展和前景
(1)前景诱人：采用蛋白质工程方法制成的电子元件，
具有 体积小 、 耗电少 和 效率高 的特点；
通过对胰岛素的改造，使其成为 速效型
药品。
(2)难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白
质
高级结构 的了解还很不够。
2．如图是用蛋白质工程设计速效胰岛素的生产过 程，请据图回答有关问题：
三、蛋白质工程的进展和前景阅读教材P28 三、蛋白质工程的进展和前景 阅读教材 1．进展：如科学家通过对胰岛素 的改造，已使其成 为速效型药品。 2．前景：用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体
积 小 、耗电 少 和效率 高 的特点。
3．面临困难：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。
1．概念：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。
2．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。
3．途径：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 相对应的 脱氧核苷酸 序列(基因)。
答案：C
3．下列关于基因工程与蛋白质工程的比较，正确的是( ) A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因 进行操作 B．基因工程合成的是天然的蛋白质，蛋白质工程合成的不一定 是天然存在的蛋白质 C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平操作 D．蛋白质工程是基因工程的基础，基因工程是蛋白质工程的延 伸
人教版高中生物选修三1.4蛋白质工程的崛起课件 (共39张PPT)
2．水蛭素改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制 剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组 成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血 栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结 构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2 的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys （赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏 氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确 取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4 倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高 20倍。
4．治癌酶的改造
癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异 性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的 侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺 嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸 化而使这些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌 细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。从大 量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个 氨基酸被替换，催化能力20倍以上。 蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了几个 例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制造新的 蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的 工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大 的生物研究方法相提并论。
通过基因工程来改造蛋白质
蛋白质工程流程图
DNA合成Hale Waihona Puke 分子设计预期 功能 生物 功能
基因 DNA 转 录
mRNA
翻 译
氨基酸序列 折 多肽链 叠
蛋白质 三维结构
中心法则 蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。 而蛋白质工程的过程却与之相反。
蛋白质工程的主要步骤 从生物体中分离纯化目的蛋白； 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，尽可 能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构; 设计各种处理条件，了解蛋白质 的结构变化，包括折叠与去折叠 等对其活性与功能的影响； 设计编码该蛋白的基因改造 方案，如点突变； 分离、纯化新蛋白，功能 检测后投入实际使用。
人教版教学课件湖南省安仁一中生物必修三《14蛋白质工程的崛起》课件
练习
1.继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱 生物发生器的研究也取得了一定进展。最 近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱 上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿 液中。请回答： 1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞， 显微注射 常用方法是___________。 2）进行基因转移是，通常要将外源基因转到 受精卵 ________中，原因是： 受精卵具有全能性，
mRNA： GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA的一条链：
CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)
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-…… 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。 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）？
可使外源基因在相应组织细胞表达。
练习
1.继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱 生物发生器的研究也取得了一定进展。最 近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱 上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿 液中。请回答： DNA分子杂交 3）通常采用_____________技术检测外源基 因是否插入了小鼠的基因组。 4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因 膀胱上皮 在小鼠的_________细胞中特异表达。
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程 相同点 蛋白质工程
产生新的
产生的蛋白质 联系
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程 相同点 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 原有的 基因（型） 新的
产生新的
产生的蛋白质 联系
蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸
1.继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱 生物发生器的研究也取得了一定进展。最 近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱 上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿 液中。请回答： 1）将人的生长激素基因导入小鼠受体细胞， 显微注射 常用方法是___________。 2）进行基因转移是，通常要将外源基因转到 受精卵 ________中，原因是： 受精卵具有全能性，
mRNA： GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA的一条链：
CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)
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-…… 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。 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）？
可使外源基因在相应组织细胞表达。
练习
1.继哺乳动物乳腺发生器研发成功后，膀胱 生物发生器的研究也取得了一定进展。最 近，科学家培养出一种转基因小鼠，其膀胱 上皮细胞可以合成人的生长激素并分泌到尿 液中。请回答： DNA分子杂交 3）通常采用_____________技术检测外源基 因是否插入了小鼠的基因组。 4）在研制膀胱生物反应器时，应使外源基因 膀胱上皮 在小鼠的_________细胞中特异表达。
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程 相同点 蛋白质工程
产生新的
产生的蛋白质 联系
比较基因工程和蛋白质工程
基因工程 相同点 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 原有的 基因（型） 新的
产生新的
产生的蛋白质 联系
蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸
人教版选修三 专题1 1.4 蛋白质工程的崛起 课件(45张)
专题1 基因工程
1. 提高效率 Increase the Efficiency 2. 创造未来 To create the future 3. 铸就辉煌 C a s t b r i l l i a n t
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
专题1 基因工程
1.4 蛋白质工程的崛起
栏目 导引
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
栏目 导引
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
专题1 基因工程
解析：选 C 蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生 物功能的关系为基础，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 需要，蛋白质工程需构建基因表达载体，①错误；利用蛋白质工 程产生的是自然界没有的蛋白质，②错误；蛋白质工程是在基因 工程的基础上延伸出来的，故蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA 连接酶，③正确；对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的， 所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，④错误。
三、蛋白质工程的进展和前景 1．进展：如科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效 型药品。 2．前景：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。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积 24 __小__、耗电 25 _少___和效率 26 _高___的特点。 3．面临困难：对蛋白质发挥功能必须依赖的正确的 27 _高__级__结__构___的了解还很不够。
栏目 导引
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
专题1 基因工程
4．改造方法：根据改造蛋白质部位的多少，对蛋白质的改 造可分为三类：“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白质； “中改”：在蛋白质分子中替换某一个肽段或一个特定的结构 域；“小改”：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
1. 提高效率 Increase the Efficiency 2. 创造未来 To create the future 3. 铸就辉煌 C a s t b r i l l i a n t
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
专题1 基因工程
1.4 蛋白质工程的崛起
栏目 导引
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
栏目 导引
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
专题1 基因工程
解析：选 C 蛋白质工程是指以蛋白质的结构规律及其与生 物功能的关系为基础，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 需要，蛋白质工程需构建基因表达载体，①错误；利用蛋白质工 程产生的是自然界没有的蛋白质，②错误；蛋白质工程是在基因 工程的基础上延伸出来的，故蛋白质工程需要用到限制酶和 DNA 连接酶，③正确；对蛋白质结构的改造是通过改造基因来实现的， 所以蛋白质工程是在基因水平上改造蛋白质，④错误。
三、蛋白质工程的进展和前景 1．进展：如科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效 型药品。 2．前景：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。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积 24 __小__、耗电 25 _少___和效率 26 _高___的特点。 3．面临困难：对蛋白质发挥功能必须依赖的正确的 27 _高__级__结__构___的了解还很不够。
栏目 导引
生物 选修3 现代生物科技专题 RJ
专题1 基因工程
4．改造方法：根据改造蛋白质部位的多少，对蛋白质的改 造可分为三类：“大改”：制造出自然界中不存在的全新蛋白质； “中改”：在蛋白质分子中替换某一个肽段或一个特定的结构 域；“小改”：改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基。
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
人教版高中生物课件-蛋白质工程的崛起
• 玉米中賴氨酸的含量比較低
• 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數可以應用 於工業生產，絕大多數酶都不能應用於工業生產 ，這些酶雖然在自然狀態下有活性，但在工業生 產中沒有活性或活性很低。這是因為工業生產中 每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑 存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數酶 會很快變性失活。提高蛋白質的穩定性是工業生 產中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白 質的穩定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱 穩定性，延長藥用蛋白的保存期，抵禦由於重要 氨基酸氧化引起的活性喪失等。
有意思的是這一給生命科學研究及應用領域帶來革命性 突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡時閒聊出來的。 現在，幾乎每個生物實驗室都會用定點突變法來研究基因或 蛋白質的功能。
➢ 蛋白質工程的主要步驟通常包括： （1）從生物體中分離純化目的蛋白； （2）測定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能
蛋白質工程除了用於改造天然蛋白質或設計製造新的 蛋白質外，其本身還是研究蛋白質結構功能的一種強有 力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以和 任何重大的生物研究方法相提並論。
蛋白質工程的進展與前景
• 蛋白質工程目前的現狀：成功的例子不多 ，主要是因為蛋白質發揮其功能需要依賴 於正確的空間結構，而科學家目前對大多 數蛋白質的空間結構瞭解很少。
地瞭解蛋白質的二維重組和三維晶體結構;
（4）設計各種處理條件，瞭解蛋白質的結構變化，包 括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；
（5）設計編碼該蛋白的基因改造方案，如定點突變；
（6）分離、純化新蛋白，功能檢測後投入實際使用。
（二）蛋白質改造工程舉例
1．水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有 多種變異體，由65或66個氨基酸殘基組成。水蛭素在 臨床上可作為抗栓藥物用於治療血栓疾病。為提高水蛭 素活性，在綜合各變異體結構特點的基礎上提出改造水 蛭素主要變異體HV2的設計方案，將47位的Asn（天冬 醯胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內第4或第5位 Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正 確取向，從而提高凝血效率，試管試驗活性提高4倍， 在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。
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120~180min内恢复到基础水平。而目前临床上使用的
体内形 胰岛素制剂注射后120min后才出现高峰且持续
成途径 180~240min，与人生理状况不符。实验表明，胰岛素
在高浓度(大于10.5mol/L)时以二聚体形式存在，低浓
如何大量制备
度时(小于10.9mol/L)时主要以单体形式存在。设计速
基因修饰的方法抑制某些病毒类宿主细胞内的
病毒复制，从而达到治疗的目的；在农业上，
利用基因修饰的方法，人们已经成功地改变了
农作物和畜禽的生产特性，从而达到改良以及
传播优良品种的目的。
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惜时 坚韧 创新
任务一
任务二
任务三
任务四
任务五
任务六
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您能设计一种“新型蛋白” 使其有望成为治疗自身免疫疾
蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸
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酶工程
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探索 创新
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充满智慧的你，经基因探 针检测出你身体里多了一 段幸福基因，已于我们相 识的那一刻被启动子启动， 由于缺乏终止密码子，你 将注定一生转录幸福，翻
基因工程
蛋白质工程
相同点 操作环境（场所） 操作核心 操作起点
都要改造（
生物体外
（
）
（
）
），都属于（ ）水平
生物体外 （） （）
产生新的 （基因或基因型） （
）
（）
产生的蛋白质 实质 基本过程
联系
原有的
新的
定向改造生物的（ ），以获得人类所需要 定向改造或生产人类所需的
的生物类型或生物产品
（）
确定（ ）-应有的高 级结构-应具备的折叠状态应有的（ ）-应有的 （ ）序列-改造的蛋白质
效胰岛素原则就是避免胰岛素形成聚合体。类胰岛素
生长因子-I(IGF-I)的结构和性质与胰岛素具有高度的同
源性和三维结构的相似性，但IGF-I不形成二聚体。
如何解决
IGF-I的B结构域(与胰岛素B链相对应)中B28-B29氨基
酸序列与胰制岛备素B链的B28-B29相比，发生颠倒。因此， 将效胰胰岛岛素素。B方链该改案速为效B胰28岛赖素氨已酸通-B过2临9脯床氨实酸验，。获得单体速
译快乐……
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每个人的心灵深处都有着只有他自己 理解的 东西。 对具有高度自觉与深邃透彻的心灵的 人来说 ，痛苦 与烦恼 是他必 备的气 质。 在一切创造物中间没有比人的心灵更 美、更 好的东 西了。 唯有心灵能使人高贵。所有那些自命 高贵而 没有高 贵的心 灵的人 ，都像 块污泥 。 一个人只要他有纯洁的心灵，无愁无 恨，他 的青春 时期， 定可因 此而延 长。 能充实心灵的东西，乃是闪烁着星星 的苍穹 ，以及 我内心 的道德 律。 你的心灵常常是战场。在这个战场上 ，你的 理性与 判断和 你的热 情与嗜 欲开战 。 无所事事并非宁静，心灵的空洞就是 心灵的 痛苦。
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二、蛋白质工程的基本原理
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基因修饰主要是指利用生物化学方法修改DNA
序列，将目的基因片段导入宿主细胞内，或者
资料：基因修饰
将特定基因片段从基因组中删除，从而达到改 变宿主细胞基因型或者使得原有基因型得到加
强的作用。基因修饰目前已经广泛应用于人类
生活的各个领域，例如，在医学上，可以利用
（1）目的基因 PCR 显微注射法 （2）构建基因表达载体 （3）预期蛋白质的功能 蛋白质三维结构
相应的氨基酸序列 相应的脱氧核苷 酸序列 （4）修饰 合成 改造
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•唱响生物： 任务五 •即兴表演，改歌词
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病的有效药物吗?
对天然蛋白质TACI直接 改造是否可行？
你能为“如何改造基因” 提供可行方案吗
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参考答案：
（1）构建新型药物蛋白：CRD2—TACI—FC就 可以很好满足人们的愿望。（2）在了解天然 TACI蛋白的结构基础上获得预期功能的新型 药用蛋白→设计新型药用蛋白空间结构→推 测氨基酸排列顺序→mRNTAe排xt i列n h顺ere序→DNA碱基
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( 38°54′ N, 121°35′ E )
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高二生物教师：傅忠扬
蛋白质工程
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新闻播报
蛋白质组学研究 进入大数据时代.
作业汇报
课堂探究
你知道人类 蛋白质组计划吗？
蛋白质工程崛起的缘由
优教提示：可打开拓展新闻报道： 蛋白质组学研究进入大数据时代
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、蛋白质工程崛起的缘由
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资料一
新型干扰体素外困保难存
改变分子 结构
半胱 氨酸
丝氨酸
保存 半年
富含赖氨酸的玉米 资料二
资料三 葡萄糖异构酶(GI) 的改造
T4溶菌酶的改造 资料四
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二、蛋白质工程的基本原理
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通常饭后30~60min，人血液中胰岛素的含量达到高峰，
排列顺序→化学方法合成DNA
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参考答案
（1）氨基酸序列（或结构） （2）P P1 DNA和RNA（或遗
传物质） DNA→RNA、 RNA→DNA、RNA→蛋白质 （或转录、逆转录、翻译） （3）设计蛋白质的结构 推测 氨基酸序列 功能
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任务三
惜参考时答案坚韧 创新