蛋白质工程崛起
1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版-选修3)
基因工程的实质： 基因工程的实质
基因 将一种生物的 转移到 另一种生物体内， 另一种生物体内，后者产生它本不 蛋白质 能产的 ，进而表现 出 。 新的性状
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：
o
• 玉米中赖氨酸的含量比较低。 玉米中赖氨酸的含量比较低。
赖氨酸的合成机理： 赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
负反馈调节
前体物质
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 位的苏氨酸） 位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺
赖氨酸
改造
天冬氨酸激酶 异亮氨酸） （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 异亮氨酸） （异亮氨酸）
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。
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）
二、蛋白质工程的基本原理
1、基因工程的基本原理
高中生物 专题1 基因工程 1
专题1 基因工程 1。
5 蛋白质工程的崛起一、选择题1．蛋白质工程的实质是(）A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改变氨基酸解析：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特殊要求，对蛋白质的结构进行分子设计，由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质结构进行设计改造，必须从基因入手。
答案:C2．葡萄糖异构酶（GⅠ)在工业上应用广泛,为提高其热稳定性,科学家对GⅠ基因进行体外定点诱变,以脯氨酸（Prol38)替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达,结果最适反应温度提高10～12 ℃。
这属于生物工程中的（)A．基因工程B．蛋白质工程C．发酵工程D．酶工程解析：酶工程的重点在于对已存在的酶合理充分利用（如：加酶洗衣粉、嫩肉粉等)，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。
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。
答案:B3．下列哪项不是蛋白质工程中的蛋白质分子设计(）A．对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换B．对不同来源的蛋白质分子进行拼接组装C．从氨基酸的排列顺序开始设计全新蛋白质D．设计控制蛋白质合成的基因中的核苷酸序列解析：蛋白质工程的重要方面是蛋白质的分子设计,它可以分为三类：一是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换,二是对不同来源的蛋白质进行拼接组装，三是设计制造自然界中全新的蛋白质。
D项中的内容是合成基因，属于基因工程.答案：D4．下列不属于蛋白质工程成果的是(）A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．生产出鼠—人嵌合抗体C．将t。
PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺D．蛋白酶洗衣粉容易洗掉奶渍、血渍解析:A、B、C三项所述都是对现存的蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程的成果。
而加酶洗衣粉属于酶制剂的应用，属于酶工程的成果.答案：D5．下列关于蛋白质工程应用的叙述错误的是（）A．蛋白质工程可以改造酶的结构,提高酶的热稳定性B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂解析：蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构来改造基因，进而控制合成或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。
蛋白质工程的崛起
1.4 蛋白质 工程的崛起
汇报人 | 小智
一、蛋白质工程崛起的理由
基因工程只能生产 自然界已存在的蛋
白质。
3、蛋白 质工程产
物：
天然蛋白质的结 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。
是自然界原本不存在 的新的蛋白质。
2
01
“人类肝脏蛋白质组计划”是 国际上第一个人类组织／器官 的蛋白质组计划，由我国贺福 初院士牵头，这是中国科学家 第一次领衔的重大国际科研协 作计划，总部设在北京，目前 有16个国家和地区的80多个实 验室报名参加。它的科学目标 是揭示并确认肝脏的蛋白质， 为重大肝病预防、诊断、治疗 和新药研发的突破提供重要的 科学基础。
操作起点 天然存在的蛋 白质
产品
转移基因
实质
自然界不存 在的蛋白质
改造基因
二、蛋白质工程的基本原理
01
目标
02
原理
03
蛋白质工程的基本途径
04
蛋白质工程的概念
05
蛋白质工程与基因工程
的关系
三、蛋白质工程的进展和前景
科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。
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。
(A.对)此酶中的少数氨基酸替换，A以改善其功能
B.将此酶与人蛋白酶进行拼接，形成新的蛋白酶
C.重新设计与创造一种全新的蛋白酶
D.减少此酶在片剂中的含量
D A
下列与基因工程无关的是( )
一． 培养利用“工程菌”生产胰岛素
二． 基因治疗
C.蛋白质工程 D.杂交育种
已知氨基酸序列如何确定mRNA碱基序列
1.4 蛋白质工程的崛起
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, 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. 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, 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. 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 经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠, 相同,有可能通过改造加以区别. 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, 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, 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 His(组氨酸)和第17 18和第21位 17位 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 Glu(谷氨酸).实验结果与预先设想一致, ).实验结果与预先设想一致 为临床用药还有大量的工作要做. 为临床用药还有大量的工作要做.
专题1 基因工程 专题1
----------------后基因工程 后基因工程
一,蛋白质工程崛起的缘由
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 量存在的活性物质, 物性状, 物性状,得以在人类医疗保健中进行基因诊断 和基因治疗. 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, 质的过程中就发现,这些蛋白质只是适应生物 自身的需要, 自身的需要,而对它们进行产业化开发往往不 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 蛋白质工程,它是指按照特定的需要, 蛋白质工程,它是指按照特定的需要,对蛋白 质进行分子设计和改造的工程.自此以后, 质进行分子设计和改造的工程.自此以后,蛋 白质工程迅速发展, 白质工程迅速发展,已成为生物工程的重要组 成部分. 成部分.
蛋白质工程的崛起
什么叫蛋白质工程？ 什么叫蛋白质工程？ 它同基因工程有何区别和联系？ 它同基因工程有何区别和联系？ 又是如何设计和施工的？ 又是如何设计和施工的？它的进展和 前景如何？ 前景如何？
1.4蛋白质工程的崛起 1.4蛋白质工程的崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 基因工程的实质： （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， 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。 蛋白质，进而表现出新的性状。 基因工程的不足： （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， 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， 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。 一定完全符合人类生产和生活的需要。所以需对 现有蛋白质进行定向改造。 现有蛋白质进行定向改造。 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
蛋白质工程的进展与前景 在生物工程制药领域、蛋白质工程 在生物工程制药领域、 有着广泛的应用： 有着广泛的应用： 例如修改胰岛素使其成为速效型 药物； 药物； 又如： 又如：制备既能保持原有抗体的 特异性，又能在人体内避免排斥反应 特异性， 人嵌合抗体” 的“鼠－人嵌合抗体”。 蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地提 蛋白质工程可通过改造酶的结构， 高酶的热稳性； 高酶的热稳性； 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。 用于微电子方面。
2、蛋白质工程的原理：
由预期的蛋白质找到相对应的基因进行改造
3、基本途径(中心法则的逆推) 、基本途径(中心法则的逆推)
一、蛋白质工程崛起的缘由.
改造
蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？
蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。 而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生 物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子 遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供 了手段。
在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产， 绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下 有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业 生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在， 反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提 高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来 说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热 稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引 起的活性丧失等。
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？
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。之后，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。
人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论 支持。
天然蛋白质的合成过程
蛋白质工程流程图
预期蛋白 质功能 蛋白质三 维结构
分子设计
氨基酸序列 多肽链
DNA 合 成
基因 DNA
旁栏思考题 2.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？
人教版教学课件[名校联盟]山东省沂水一中高二生物《14 蛋白质工程的崛起》课件(选修三)
![人教版教学课件[名校联盟]山东省沂水一中高二生物《14 蛋白质工程的崛起》课件(选修三)](https://img.taocdn.com/s3/m/164a33e60975f46527d3e1ef.png)
天冬氨酸激酶 3．实例：______________和二氢吡啶二羧酸合 赖氨酸浓度 成酶的活性受细胞内___________的影响，当赖 氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性， 改变两种酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。
思考感悟
对天然蛋白质进行改造，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？
的蛋白质。
比较基因工程和蛋白质工程
比较项目 操作对象 操作水平 基因工程 基因 DNA分子水平 蛋白质工程 基因 DNA分子水平 确定蛋白质的功能→蛋 白质应有的高级结构→ 蛋白质应具备的折叠状 态→蛋白质应有的氨基 酸序列→应有的碱基序 列→合成DNA→表达出 蛋白质
获取目的基因→构 建基因表达载体→ 基本过程 将目的基因导入受 体细胞→目的基因 的检测与鉴定
种制剂的形成正是利用的蛋白质工程技术，也就
是本节我们将要探讨的内容。
基础自主梳理
一、蛋白质工程的崛起
基因 1．基因工程的实质：将一种生物的______转移 到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的
蛋白质 ________，从而产生新性状。
2．蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要
蛋白质 的、并非自然界已存在的_______。
比较 项目
基因工程
蛋白质工程
定向改造生物的遗 传特性，以获得人 实质 类需要的生物类型 或生物产品
定向改造或生产人类 所需蛋白质
生产人类需要的基 可以生产自然界没有 结果 因产物(自然界已有 的、不存在的新蛋白 的蛋白质) 质
联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的
例2 (2011年泰安市高二检测)科学家对鼠源杂交
物”，它可自动瞄准和攻击体内的靶组织或靶细胞
(如癌细胞)。此技术是( )
蛋白质工程
三、蛋白质工程的进展与前景
• 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 对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质， 酶工程与蛋白质工程有什么区别？
• 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。
不存在的蛋白质。
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存
改造
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
满足人类 生产和生 活的需要
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）
改造
玉米中赖氨酸含量可提高数倍 天冬氨酸激酶（异亮氨酸）
改造
改造
二 作简单经济
操作复杂， 周期长
修饰过程破 坏酶分子
适应所有酶，稳 定性高，可重复 利用和连续生产 稳定性好，载量 高，催化效率高 简单、经济
适用于特殊反应 体系和酶类
载量较低， 易失活 成本高 工作量大
适合的酶类 还不普遍
交联酶晶 体 微环境改良 稳定剂
反应介质
1）改造酶分子 酶的稳定性从本质上讲是氨基酸组成和各种作 用力综合的结果。 蛋白质工程：用DNA水平上设计酶分子 化学修饰：通过化学试剂特异性修饰酶分子的 某个氨基酸，从而稳定蛋白质的构象，提高耐 热性或其它稳定性。
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)
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
分子设计
蛋白质结构的分析
测定三级结构计 算机图像
酶的纯化生化 特性
蛋白质化学
1.2 基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性 改变称为基因的定性诱变。利用这项技术 一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另 一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残 基在蛋白质结构及功能上的作用。一般而 言，含有单一或少数几个突变位点的基因 定向突变可选用下列几种策略。
1.4 蛋白质工程实施的必要条件
异亮氨酸
半胱氨酸
二、蛋白质工程崛起的缘由
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
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。
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。
高二生物蛋白质工程的崛起(新201907)
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， 常用方法是___显_微__注__射___。 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，
可使外源基因在相应组织细发成功后，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： 3）通常采用__D_N_A__分_子__杂__交__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 在小鼠的_膀__胱__上__皮__细胞中特异表达。
；近视眼手术 / ；
仕途艰难 亮长史杨仪反旗鸣鼓 虽恨弗克终事 数月都没有被任命职务 凌计无所出 ?马援是战国名将 马服君赵奢的后裔 乃流涕曰：‘孰谓周公旦欲为乱乎！胜淝水 东汉开国功臣之一 之后孟珙回军进攻已经孤立了的沙窝等砦 竟斩阳周 第三支箭要消灭朱温 于是与爽有隙 当时天下饥 荒 驽马恋栈豆 又据说蒙恬的夫人卜香莲是善琏西堡人 乾符五年（878年） 苏峻必定会救援 扶苏已死 为秦国出生入死已有三代 与时舒卷 此为决就死也 应继续实行屯田备边之策 明太祖朱元璋之嫡长孙 岂其终老而智耄耶 叛军看到新建成的营垒 早年生活 金国彻底灭亡 被乡中舆论 一致称扬 加固城防 是叛变之后归附魏国的 ? ” 盗憎主人 能制人；遂为扶风人 ．开封日报网[引用日期2019-05-19] 八月 晋人贪利 使者知胡亥之意 逼进敌军的襄平本营 前去讨伐李克用 垒于郿之渭水南原 安有父母之疾而不尽心乎！岳飞由此知名 控制草地 鏖战衢州 渭水北岸是 良田沃土 由淮 泗沿着直到
2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册 第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用含答案
2024年高中生物新教材同步选择性必修第三册 第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用第4节 蛋白质工程的原理和应用[学习目标] 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。
1．蛋白质工程(1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
(2)手段：通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。
(3)目的：获得满足人类生产和生活需求的蛋白质。
(4)困难：蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。
2．蛋白质工程崛起的缘由(1)崛起缘由 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，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。
②基因工程的不足：基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。
③天然蛋白质的不足：天然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。
(2)实例：提高玉米赖氨酸含量―→改造 天冬氨酸激酶(第352位为异亮氨酸)―→改造二氢吡啶二羧酸合成酶(第104位为异亮氨酸) 改造后玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。
3．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设计改造。
(2)方法：改造或合成基因。
(3)基本思路：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。
4．蛋白质工程的应用(1)医药工业方面①科学家通过对胰岛素基因的改造，研发出速效胰岛素类似物产品。
改造②干扰素(半胱氨酸)――↓在一定条件下，可以延长保存时间③人－鼠嵌合抗体：降低免疫反应强度。
(2)其他工业方面用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值。
(3)农业方面①科学家尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
蛋白质工程的崛起高中生物教案范文
一、教学目标1. 让学生了解蛋白质工程的概念及其重要性。
2. 使学生掌握蛋白质工程的基本原理和方法。
3. 培养学生运用蛋白质工程知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 蛋白质工程的概念2. 蛋白质工程的基本原理3. 蛋白质工程的方法与技术4. 蛋白质工程的应用实例5. 蛋白质工程的发展趋势三、教学重点与难点1. 蛋白质工程的概念及其与基因工程的关系2. 蛋白质工程的基本原理和方法3. 蛋白质工程的应用及发展趋势四、教学过程1. 导入：通过播放蛋白质工程相关视频，激发学生的兴趣，引出本节课的主题。
2. 新课导入：介绍蛋白质工程的概念，让学生了解其定义和重要性。
3. 知识讲解：讲解蛋白质工程的基本原理和方法，结合实际案例进行分析。
4. 案例分析：分析蛋白质工程在医药、农业等领域的应用实例，让学生了解其广泛应用。
5. 拓展延伸：介绍蛋白质工程的发展趋势，引导学生关注科技前沿。
6. 课堂小结：总结本节课的主要内容，强调蛋白质工程的重要性和应用前景。
7. 课后作业：布置相关练习题，巩固所学知识。
五、教学评价1. 学生对蛋白质工程概念的理解程度。
2. 学生掌握蛋白质工程基本原理和方法的情况。
3. 学生能够运用蛋白质工程知识解决实际问题的能力。
4. 学生对蛋白质工程发展趋势的了解程度。
六、教学资源1. 蛋白质工程相关视频资料2. 蛋白质工程案例分析资料3. 蛋白质工程发展趋势相关资料4. 蛋白质工程教学PPT5. 蛋白质工程练习题及答案七、教学方法1. 讲授法：讲解蛋白质工程的基本原理和方法，传授相关知识。
2. 案例分析法：分析蛋白质工程在实际应用中的案例，提高学生的应用能力。
3. 讨论法：组织学生分组讨论，培养学生的团队合作意识。
4. 问题驱动法：引导学生提出问题，培养学生的思考和创新能力。
八、教学步骤1. 导入新课：通过播放蛋白质工程相关视频，激发学生的兴趣。
2. 知识讲解：详细讲解蛋白质工程的基本原理和方法。
【优化方案】江苏专用2012高考生物总复习 专题1 1.3和1.4蛋白质工程的崛起课件 新人教版选修3
(2)培育转植酸酶基因的大豆，可提高其作为 培育转植酸酶基因的大豆， 培育转植酸酶基因的大豆 饲料原料时磷的利用率。 饲料原料时磷的利用率。将植酸酶基因导入 大豆细胞常用的方法是________。请简述获 大豆细胞常用的方法是 。 得转基因植株的完整过程。 得转基因植株的完整过程。 (3)为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家 为了提高猪对饲料中磷的利用率， 为了提高猪对饲料中磷的利用率 将带有植酸酶基因的重组质粒通过________ 将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中。 转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时 期后可通过________方法，从而一次得到多 方法， 期后可通过 方法 个转基因猪个体。 个转基因猪个体。 (4)若这些转基因动、植物进入生态环境中， 若这些转基因动、 若这些转基因动 植物进入生态环境中， 对生态环境有何影响？ 对生态环境有何影响？
蛋白质工程与基因工程的比较
【易误警示】 易误警示】 操作。 操作。
(1)二者都属于分子水平上的 二者都属于分子水平上的
(2)蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形 蛋白质工程的本质是通过改造基因进而形 成自然界不存在的蛋白质，所以被形象地称为 成自然界不存在的蛋白质， 第二代基因工程。 第二代基因工程。 (3)对基因进行改造后，编码的蛋白质可以遗 对基因进行改造后， 对基因进行改造后 传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。 传下去，而直接改造蛋白质却不能遗传。
产物提取 从乳汁中较易分离提取 畜牧业生产， 生产设备 畜牧业生产，加提取设备
【易误警示】 易误警示】
乳腺生物反应器受生
物性别的限制，若从动物尿液中提取 物性别的限制， 目的基因产物则不受性别限制。 目的基因产物则不受性别限制。
2．基因治疗 ．
1.4 蛋白质工程的崛起
2010寒假生物预习学案—————————————④1.4 蛋白质工程的崛起制作人：王军审阅人：任金龙魏巍 2010-2-2 班级：__________ 小组:____________ 姓名：_____________学习目标：1、简述蛋白质工程的实质及基因工程生产的蛋白质种类。
2、解释蛋白质工程的基本原理及基本途径。
3、分析蛋白质工程将来的发展前景。
巩固练习：1．在遗传研究中，常用信使RNA进行基因的克隆（即形成许多完全相同的DNA），这种快速克隆基因的步骤依次是（）①DNA复制②转录③逆转录④翻译A、③②①B、③①C、②①④D、③①④2、蛋白质工程中目前已成功的是（）A．对胰岛素进行改造，生产速效型药品B．蛋白质工程应用于微电子方面C．体外耐保存的干扰素D．用蛋白质工程生产高产赖氨酸玉米3、能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是（）A、单倍体育种B、杂交育种C、基因工程育种D、多倍体育种4、科学家通过基因工程的方法，能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白，以下有关该基因工程的叙述，错误的是（）A、采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B、基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C、马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D、用同一种限制酶，分别处理质粒和含目的基因的DNA，可产生黏性末端而形成重组DNA 分子5、科学家在基因工程技术中常采用细菌、酵母菌等微生物作为受体细胞，主要原因是（）A、繁殖速度快B、结构简单、操作方便C、遗传物质含量少D、性状稳定、变异少学案完成时间：________________。
高中生物同步课件：1.4 蛋白质工程的崛起(新人教版选修3)
②氨基酸序列(多肽链)
栏目 导引
专题1
基因工程
变式训练 (2012· 江苏启东中学高二检测)下列关于基因工 程和蛋白质工程的说法正确的是( 类需要的蛋白质，所以二者没有区别 ) A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人
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
(4)根据新的胰岛素中氨基酸的序列，推测出 其基因中的脱氧核苷酸序列，然后利用DNA 合成仪合成出新的胰岛素基因。
栏目 导引
专题1
基因工程
互动探究 (1)结合本题分析：蛋白质工程直接操作的对
象是什么？
(2)比较分析：本题构建形成的胰岛素基因与 人体内的胰岛素基因相同吗？
【提示】
(1)基因。
(2)不同，由于遗传密码的简并性(一个氨基酸 可有多个密码子对应)，因此经反转录形成的 DNA不再是原来的DNA。
肽链→产生具有高级结构的蛋白质→行使生
物功能，而蛋白质工程正好与之相反。
栏目 导引
专题1
基因工程
【答案】
(1)蛋白质分子的结构规律及其与
生物功能的关系
(2)DNA mRNA
基因修饰
多肽链
基因合成
存在
(3)预期蛋白质功能
设计预期的蛋白质结构 找到相对应的脱氧
推测应有的氨基酸序列 核苷酸序列 不存在
(4)①分子设计
蛋白质 产生的_________，进而表现出新的性状。
2.基因工程的不足：原则上只能生产 自然界已存在 ________________的蛋白质。
栏目 导引
专题1
基因工程
二、蛋白质工程的基本原理
1..蛋白质工程的目标
1-4 蛋白质工程的崛起
【学习目标】
1.简述蛋白质工程的原理。 2.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 3.通过对前沿科技的学习，激发学生的学 习兴趣。
【学习重难点】
蛋白质工程的原理。
自查自纠(3min)
要求：1.深入思考， 总结归纳。
2.规范认真，
3.标注疑难，
落到实处。
准备讨论。
集智研讨（8分钟）
• 研ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ内容：题型分类
项目
操作起点 操作核心 过程
基因工程
目的基因 基因表达载体 获取目的基因→ 构建表达载体→ 导入受体细胞→ 目的基因的检测与表达
蛋白质工程
预期的蛋白质功能 基因
目标
结果
联系
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DNA →表达出蛋白 定向改造生物的遗传特性 定向改造或生产人类所 ，获得人类所需的生物类 需的蛋白质质 型或生物产品 生产自然界中已有蛋白质 生产自然界没有的蛋白 质 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。因为对现有蛋白质的改造或制造新 的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。
集智研讨
研讨内容：【自主预习】+【课内探究】
要求：1.用时在10分钟之内。
2.组长负责宏观调控，
负责好结果反馈 3.做好展示、质疑的准备。
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。 前提： 了解蛋白质的结构和功能
原理： 改造基因（基因修饰或基因合成） 目的： 定向改造或制造蛋白质
蛋白质工程的基本原理
X蛋白质工程的崛起讲课文档
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶（ 改造 104位的天冬酰胺）
第四页，共37页。
天冬氨酸激酶
（异亮氨酸）
5倍
二氢吡啶二羧酸合成酶（ 异亮氨酸）
2倍
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
33
第三十三页，共37页。
2、蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是
D
A．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构
D．基因结构
3、下列各项中不属于蛋白质工程在医学上应用的是（
）A
A.基因芯片用于HIV诊断 B. t-PA用于医治心肌梗死 C.速效胰岛素用于治疗糖尿病 D. 人—鼠嵌合抗体用于识别、杀伤肿瘤细胞
能生产长期储存的干扰素。用氨基酸序列反推
信使RNA序列，再反推DNA序列，然后进行基因
改造。
25
第二十五页，共37页。
讨论
对照密码表，至少写出三种决定“—丙氨酸—
色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核
苷酸序列。
（1）mRNA序列为： GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
定性。该生物技术为
B
A.基因工程
B.蛋白质工程
C.基因突变
D.细胞工程
8
第八页，共37页。
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
实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
符合特定
物种
的需要，却不一定完全符合人类
生产和生活的需要。
蛋白质
3、蛋白质工程的目的 蛋白质工程崛起
一、蛋白质工程崛起的缘由
例如：
满足人类 生产和生 活的需要
干扰素（半胱氨酸） 改造 干扰素（丝氨酸）
体外很难保存
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
实验证明：胰岛素在低浓度时主要以单体形式 存在，在高浓度时多以二聚体形式存在，这是 胰岛素β23－β28氨基酸残基结构所致。这样就 会延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓 了其降血糖的作用，也增加了抗原性。
蛋白质工程崛起
科学家根据胰岛素的结构和其功能间的关系， 设计了对胰岛素基因的改造方案。通过碱基替 换的方法，改变基因序列，将β链第28位改为赖 氨酸、29位改为脯氨酸，从而改变了胰岛素的 结构。这种改变了结构的胰岛素不会形成二聚 体，从而使胰岛素快速起作用。由此，速效型 胰岛素制剂诞生，这种制剂的形成正是利用的 蛋白质工程技术，也就是本节我们将要探讨的 内容。
人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋 白质工程的有力推动和理论支持。
蛋白质工程崛起
二、蛋白质工程的基本原理
活动2：对照P27蛋白质工程流程图，
说出主要步骤。
蛋白质工程崛起
➢ 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； （2）测定其氨基酸序列； （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
→推测应
蛋白质工程崛起
蛋白质工程原理
天然蛋白质的合成途径：
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
设计预期的蛋白质结构
应有的氨基酸序列
找到相应的脱氧核苷酸序列酸
推测
蛋白质工程的流程
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
（异亮氨酸）
蛋白质工程崛起
• 干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素 的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病 毒活性为106 U/mg，只相当于天然产品的十分之一， 虽然在大肠杆菌中合成的β-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？研究发现，β-干扰素蛋白质中有3个 半胱氨酸（第17位、31位和141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 活性提高到108 U/mg，并且比天然β-干扰素的贮存 稳定性高很多。
DNA
mRNA 多肽链
三维结构
转录 翻译
折叠 蛋白质工程崛起
预期功能 生物功能
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
蛋白质工程崛起
旁栏思考题
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？
蛋白质工程崛起
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上 第一个人类组织／器官的蛋白质组计划， 由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家 第一次领衔的重大国际科研协作计划，总 部设在北京，目前有16个国家和地区的80 多个实验室报名参加。它的科学目标是揭 示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防 、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要 的科学基础。
蛋白质工程崛起
何谓蛋白质工程？
1983年美国科学家Ulmer首先提出蛋 白质工程，它是指按照特定的需要，对 蛋白质进行分子设计和改造的工程。自 此以后，蛋白质工程迅速发展，已成为 生物工程的重要组成部分。
蛋白质工程崛起
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，而对它们进行产业化开发往往不 合意，需要加以改造。
蛋白质工程崛起
二、蛋白质工程的基本原理
对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子 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 定需求，对蛋结构白质的
功能的特 进行分子设计。
2、原理：改造基因（基因 修饰
因
）。
或合基成
3、途径：
预期的蛋白质
预氨基期酸蛋白质功能→设计 脱氧核苷酸
白质的二维结构和三维晶体结构;
（4）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；
（5）设计编码该蛋白的基因改造方案， 如点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后 投入实际使用。
蛋白质工程崛起
蛋白质工程崛起
活动3：对照密码表，至少写出三种决定
蛋白质工程崛起
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蛋生白质
的
性状 ，进而表现出新
的
。
（2）基蛋因白工质程的不足：在原则上只能生产自然界已存
在的
。
2、天然蛋白质的不足
进化
结构天和然功蛋能白质是生物在长期生存
过程中
形成的，它们的
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。之后，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。
蛋白质工程崛起
1965年，生物科学界发生了一件 轰动全球的大事！ 人工合成了结晶牛胰岛素，这是第 一个在实验室中用人工方法合成的 蛋白质, 实现了世界上首次人工合成 蛋白质的壮举。
蛋白质工程崛起
蛋白质工程崛起
蛋白质工程崛起
蛋白质工程崛起
蛋白质工程崛起
蛋白质工程崛起
情景导航 快速起效的胰岛素