高中生物同步课件：1.3 蛋白质工程(苏教版选修3)

合成或改造目的基因(DNA)?
栏目 导引
第一章
基因工程
【思路点拨】
本题考查蛋白质工程的原理
及实例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。 ③根据DNA（基因）脱氧核苷酸序列进行 人工合成或进行基因改造。
栏目 导引
第一章
基因工程
【解析】
由氨基酸序列知，翻译该蛋白质
(3)生物体没有别的基因突变，能够保留生
物的特性。
栏目 导引
第一章
基因工程
2.非定点诱变技术
(1)适用对象：对于不能预先确定诱变位点
的蛋白质。
(2)特点：突变位点多，会产生出意想不到 的改造效果。
栏目 导引
第一章
基因工程
例2 葡萄糖异构酶在工业上应用广泛，为
提高其热稳定性，科学家在确定第138位甘 氨酸为目标氨基酸后，对葡萄糖异构酶基因 进行体外定点诱变，以脯氨酸138替代甘氨 酸138,含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表
基因工程
(1)适用对象：蛋白质分子中的活性部位。
(2)特点：有目的性和针对性。 (3)常用操作方法：PCR技术是目前常用的 方法之一。 (4)具体操作过程：人工合成带有突变位点 的引物→通过PCR技术扩增获得定点突变 的基因→通过基因工程的方法，将目的基因 导入受体细胞→在受体细胞内转录和翻译合
成所需的蛋白质。
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，对现有的蛋白质
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。其目标是根据人 们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质结构
栏目 导引
第一章
基因工程
进行分子设计，但因为基因决定蛋白质，因 此对蛋白质的结构进行设计改造，归根到底 还需要对相应的基因进行操作，按要求进行 修饰、加工、改造，使之能控制合成人类需 要的蛋白质。
第一章
基因工程
(4)固定化酶具有能够反复利用的优点，可
大大降低生产成本，提高酶的利用率。 (5)正常蛋白质的甘氨酸的密码子是GGU， 突变蛋白的脯氨酸的密码子是CCU，说明 基因发生了两个碱基的替换，形成的子代细
胞中有一半合成正常蛋白质，另一半合成突
变蛋白质。
栏目 导引
第一章
基因工程
【答案】
(1)蛋白质工程
栏目 导引
第一章
基因工程
定点诱变技术和非定点诱 变技术
1.定点诱变技术 项目 内容 原料 脱氧核苷酸 DNA聚合酶和DNA连接酶 酶 条 件 引物 含突变顺序的DNA分子片段 ATP 能量 PCR技术 操作方法 后代中半数为诱变的DNA分子 结果 适用范围 空间结构完全清楚的蛋白质
栏目 导引
第一章
第一章
基因工程
第三节
蛋白质工程
第一章
基因工程
学习导航
1.简述蛋白质工程的概念及基本原理。（重点）
2.举例说出蛋白质工程的应用和发展。
3.鼠—人嵌合抗体。（难点） 4.蛋白质的定点诱变过程。（难点）
栏目 导引
第一章
基因工程
新知初探思维启动
一、蛋白质工程的概述 物理化学 1.概念：指通过_____________与生物化学
未知的蛋白质用非定点诱变来进行蛋白质的
改造。
栏目 导引
第一章
基因工程
蛋白质工程的应用
利用蛋白质工程改造或者设计制造出的人工
蛋白，在活性、稳定性及抗原性等方面都优
于天然蛋白质。 1.提高酶的热稳定性
(1)通过替换酶的几种氨基酸，可以提高酶
的热稳定性； (2)在蛋白质分子中引入二硫键也可提高蛋
启动子
基因工程
(2)基因表达载体
(3)含有突变序列
(4)固定化酶
DNA聚合
降低了
提高了酶的利用率
生产成本，提高了产物的产量和质量 (5)替换 1/2
栏目 导引
第一章
基因工程
变式训练 2.下列关于基因定点诱变技术的说法，正确 的是( )
A．对任何蛋白质的改造都可以用基因定点
诱变技术 B．对于已知空间结构的蛋白质的改造可以 采用基因定点诱变技术
某活性部位 中____________的1个或几个氨基酸残基，
以改善蛋白质的性质和功能。
栏目 导引
第一章
基因工程
想一想 1．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？ 提示：通过对基因的操作来实现。
栏目 导引
第一章
基因工程
二、蛋白质工程的应用
1.蛋白质工程可通过改造酶的结构，有目的地 热稳定 提高酶的_________性，如在蛋白质分子中引 二硫键 入________可以显著提高蛋白质的热稳定性. 2.科学家发明的利用鼠源杂交瘤抗体来处理癌
Baidu Nhomakorabea
要点突破讲练互动
要点突破
蛋白质工程的概念和原理
1.对概念的理解
(1)首先了解蛋白质的结构和功能。 (2)其次是设计蛋白质。
栏目 导引
第一章
基因工程
(3)实质是改造基因。
(4)最后合成出自然界不存在的蛋白质。
2.技术与原理
(1)基因定点诱变技术的原理是基因突变。 (2)重组DNA技术的原理是基因重组。 (3)最基本的原理是中心法则的逆推。
达,结果突变型葡萄糖异构酶比野生型的最
适反应温度提高10～12 ℃,酶的热稳定性得 到了提高。请根据以下图示分析回答问题：
栏目 导引
第一章
基因工程
栏目 导引
第一章
基因工程
(1)对葡萄糖异构酶进行定点诱变的过程体
现了________和________两种现代生物技术 的综合运用。 (2)1的名称叫________；其组成包括目的基 因、终止子、标记基因、复制原点和
第一章
基因工程
程中的关键技术，因此，蛋白质工程又被称
第二代基因工程 为___________________。
2.实施蛋白质工程的前提条件：了解蛋白质
结构 功能 的________和_______的关系，应用X射线
三维空间 晶体衍射法，可以测定蛋白质的__________
核磁共振 结构，利用_________法可以了解其构象。
栏目 导引
第一章
基因工程
(2)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,
或从基因库中获取。
栏目 导引
第一章
基因工程
变式训练 1.蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是
(
)
B．蛋白质空间结构
A．氨基酸结构
C．肽链结构
D．基因结构
栏目 导引
第一章
基因工程
解析：选D。蛋白质工程是指以蛋白质分子
因中发生了两对碱基的________，后代中能
够合成目的蛋白质的细胞占总数的______。
栏目 导引
第一章
基因工程
【思路点拨】
本题考查“小改”的原理及
实例，解答本题应突破以下几点： ①对葡萄糖异构酶进行定点诱变，属于蛋白 质工程，其实质是对控制蛋白质合成的基因 进行改造。 ②基因表达载体的结构组成和各部分结构的 功能是突破所有基因表达载体知识的要点。 ③图示比较前后两种基因的碱基对的排列顺 序，发现变化的特点。根据半保留复制推测 子代DNA变异情况。
的mRNA上的碱基序列为
„—AUGUGGUUCUGG—„或
„—AUGUGGUUUUGG—„。
栏目 导引
第一章
基因工程
由mRNA上碱基序列知，转录产生mRNA
的DNA碱基序列为：
栏目 导引
第一章
基因工程
【答案】
(1)根据氨基酸序列反推mRNA
密码子序列，再反推DNA上碱基序列。其 DNA碱基序列为：
栏目 导引
第一章
基因工程
想一想
2．一般的藻类植物仅能生活在40 ℃以下的 水环境中，但也有少数种类的藻类植物可以 生活在80 ℃以上的温泉中。若从酶的角度 考虑，其主要原因是什么？
提示：温泉藻类植物体内酶的肽链中某些氨
基酸与一般藻类植物的不同，导致了酶的热 稳定性的差异。
栏目 导引
第一章
基因工程
细胞的方法，对癌细胞有一定的杀伤力，但
决这一问题,科学家又对该抗体进行了改造,也 有导致机体高度过敏的副作用。为了解生产
栏目 导引
第一章
基因工程
鼠—人嵌合抗体 出效果良好的__________________。 3.我国科学家为蛋白质工程的理论和技术发 展做出的积极贡献，最著名的是完成了 结晶牛胰岛素 ____________________的人工合成。 4.蛋白质工程使我们不仅能更充分地利用自 分子 然界存在的基因和蛋白质，而且能在______ 水平 ______上对基因和蛋白质进行再设计和改造, 进而创造出自然界不存在的基因和蛋白质。
栏目 导引
基本过程
第一章
基因工程
基因工程
蛋白质工程
定向改造生物的遗传 特性，以获得人类所 定向改造或生产 实质 需的生物类型或生物 人类所需的蛋白 产品(基因的异体表 质 达) 可以创造出自然 生产自然界已存在的 结果 界不存在的蛋白 蛋白质 质
栏目 导引
第一章
基因工程
特别提醒
(1)因为基因控制蛋白质合成，蛋白质工程 对蛋白质的改造或合成都是通过基因工程对 相应基因的改造实现的，所以蛋白质工程又 称为第二代基因工程。
栏目 导引
第一章
基因工程
【解析】
(1)本题通过对基因的结构的定
点诱变实现蛋白质的改造，所以是基因工程 和蛋白质工程的综合应用。 (2)1是由质粒和插入的正常基因组成，所以 是重组质粒也是基因表达载体。
(3)引物体现了PCR技术，引物本身是DNA
聚合酶进行延伸的基础，且引物上含有突变 基因。
栏目 导引
________。
(3)人工合成的引物的特点是________，与 ________酶发挥生理作用有关。
栏目 导引
第一章
基因工程
(4)工业生产上为了充分利用葡萄糖异构酶,
常采用________技术。使用此技术的优点是 ①________________________________ ②__________________________________。 (5)与正常基因相比，经过定点突变后的基
栏目 导引
第一章
基因工程
3.蛋白质工程的过程：
栏目 导引
第一章
基因工程
4.蛋白质工程与基因工程的比较
基因工程 操作环境 (场所) 操作核心 操作起点 生物体外 基因 目的基因 剪切→拼 接→导入 →表达 蛋白质工程 生物体外 基因 预期的蛋白质功能 确定蛋白质功能→应有 的高级结构→应具备的 折叠状态→应有的氨基 酸序列→应有的碱基序 列→改造的蛋白质
计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质,使
氨基酸序列 之具有特定的______________、空间结构和 预期功能 _____________。
栏目 导引
第一章
基因工程
替代 (2)“中改”是指在蛋白质分子中_______某 一个肽段或一个特定的结构域。 定点 (3)“小改”是指通过基因工程中的_______ 诱变 _________技术，有目的地改造蛋白质分子
(2)基因工程中的目的基因一般为自然界存
在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不一 定是天然存在的。
栏目 导引
第一章
基因工程
陕西安康高二检测)某多肽链的 例1 (2012·
一段氨基酸序列是：„—甲硫氨酸—色氨酸 —苯丙氨酸—色氨酸—„(氨基酸及对应的 密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG， 苯丙氨酸UUU、UUC) (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
结构与功能 等技术了解蛋白质的_______________，并
借助计算机辅助设计、基因定点诱变和 重组DNA 定向 ____________技术改造基因，以_______改 不存在的 造天然蛋白质，甚至创造自然界__________ 基因工程 蛋白质的技术。_____________是蛋白质工
栏目 导引
栏目 导引
第一章
基因工程
C．基因定点诱变技术是蛋白质工程中必须 用到的技术 D．采用基因定点诱变技术通常可以改变蛋 白质中多种氨基酸
栏目 导引
第一章
基因工程
解析：选B。基因定点诱变技术是“小改”
时所用的一项技术，是有目的地改造蛋白质 分子中某活性部位的1个或几个氨基酸残基, 是改变蛋白质结构的核心技术之一。主要应 用于空间结构已知的蛋白质，对于空间结构
栏目 导引
第一章
基因工程
3.根据蛋白质被改造部位的多少,可以将对蛋 大改 中改 小改 白质的改造分成______、______、______。 基因的定点诱变技术 _______________________ 是 改 变 蛋 白 质 结
构的核心技术之一。 (1)“大改”是指根据氨基酸的性质和特点,设
栏目 导引
第一章
基因工程
(5)结果：完成对蛋白质分子的“小改”。 即通过定点诱变技术在蛋白质肽链中引入替 代氨基酸，从而改变其结构，有目的地改造
蛋白质的功能。
栏目 导引
第一章
基因工程
特别提醒
(1)诱变部位是实验者事先设计的，突变完 全在人为控制条件下进行。 (2)获得所需的突变表现型比例很高，且无 分离现象。