生物 第一章 基因工程 第3節(jié) 蛋白質(zhì)工程 蘇教版選修3

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1、第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)工蛋白質(zhì)工程程學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的基本原理簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的基本原理2舉例說(shuō)明蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用和舉例說(shuō)明蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用和發(fā)展發(fā)展3嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題問(wèn)題問(wèn)題問(wèn)題1：蛋白質(zhì)工程崛起的緣由是：蛋白質(zhì)工程崛起的緣由是什么？什么？問(wèn)題問(wèn)題2：請(qǐng)簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程是怎么：請(qǐng)簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程是怎么回事？回事？為什么說(shuō)它是第二代基因?yàn)槭裁凑f(shuō)它是第二代基因工程？工程？問(wèn)題問(wèn)題3：天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是：天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是怎樣進(jìn)行的？怎樣進(jìn)行的？問(wèn)題問(wèn)題4：蛋白質(zhì)工程的基本流程是：蛋白質(zhì)工程的基本流程是什么？什么？蛋白質(zhì)工程的崛蛋白質(zhì)工程的崛

2、起起1965年，我國(guó)科學(xué)工年，我國(guó)科學(xué)工作者首次人工合成了作者首次人工合成了結(jié)晶牛胰島素結(jié)晶牛胰島素19831983年，美國(guó)科學(xué)家提出蛋年，美國(guó)科學(xué)家提出蛋白質(zhì)工程這一名詞白質(zhì)工程這一名詞蛋白質(zhì)工程的概念和蛋白質(zhì)工程的概念和原理原理1什么是蛋白質(zhì)工程？什么是蛋白質(zhì)工程？2為什么要進(jìn)行蛋白質(zhì)工程的研究？為什么要進(jìn)行蛋白質(zhì)工程的研究？3實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是什么？實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是什么？科學(xué)家測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)主要采用哪兩科學(xué)家測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)主要采用哪兩種方法？種方法？4基因定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一。的核心技術(shù)之一。PCR技術(shù)是基因定點(diǎn)

3、誘技術(shù)是基因定點(diǎn)誘變技術(shù)常用的方法之一。其具體過(guò)程是變技術(shù)常用的方法之一。其具體過(guò)程是怎樣的？怎樣的？蛋白質(zhì)工程是指通過(guò)蛋白質(zhì)工程是指通過(guò)物理化學(xué)物理化學(xué)與與生物化學(xué)生物化學(xué)等技術(shù)了解等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能構(gòu)和功能，并借助，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變基因定點(diǎn)誘變和和重組重組DNA技技術(shù)術(shù)改造基因，以改造基因，以定向改造天然蛋定向改造天然蛋白質(zhì)白質(zhì)，甚至，甚至創(chuàng)造自然界不存在的創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的技術(shù)。的技術(shù)。一、蛋白質(zhì)工程的概念一、蛋白質(zhì)工程的概念和原理和原理結(jié)構(gòu)分結(jié)構(gòu)分析析結(jié)構(gòu)預(yù)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與設(shè)測(cè)與設(shè)計(jì)計(jì)基基因因工工程程蛋白蛋白質(zhì)純質(zhì)純化化功能分

4、功能分析析一、蛋白質(zhì)工程的概念一、蛋白質(zhì)工程的概念和原理和原理不斷不斷完善完善實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)的實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。科學(xué)家測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。科學(xué)家測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是主要采用是主要采用X射線晶體衍射法和核磁共振法。射線晶體衍射法和核磁共振法。基因定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)基因定點(diǎn)誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一。構(gòu)的核心技術(shù)之一。PCR技術(shù)是基技術(shù)是基因定點(diǎn)誘變技術(shù)常用的方法之一。因定點(diǎn)誘變技術(shù)常用的方法之一。其具體過(guò)程是怎樣的？其具體過(guò)程是怎樣的？一般先人工合成帶有突變位點(diǎn)的引一般先人工合成帶有突變位點(diǎn)的引物，通過(guò)物，通

5、過(guò)PCR擴(kuò)增而獲得定點(diǎn)突變的擴(kuò)增而獲得定點(diǎn)突變的基因，再通過(guò)基因工程的方法，將基因，再通過(guò)基因工程的方法，將突變基因?qū)胧荏w細(xì)胞，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄突變基因?qū)胧荏w細(xì)胞，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯就可合成所需的蛋白質(zhì)。和翻譯就可合成所需的蛋白質(zhì)。蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)的的定定點(diǎn)點(diǎn)誘誘變變過(guò)過(guò)程程【例【例1】科學(xué)家將】科學(xué)家將-干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變后導(dǎo)入大干擾素基因進(jìn)行定點(diǎn)突變后導(dǎo)入大腸桿菌表達(dá)，使干擾素第腸桿菌表達(dá)，使干擾素第1717位的半胱氨酸改變成絲氨酸，位的半胱氨酸改變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了結(jié)果大大提高了-干擾素的抗病活性及其儲(chǔ)存穩(wěn)定性，干擾素的抗病活性及其儲(chǔ)存穩(wěn)定性，該生物技術(shù)為該生物技術(shù)為 （）A基因工程基因工

6、程 B蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程 C基因突變基因突變 D細(xì)胞工程細(xì)胞工程B蛋白質(zhì)工程的應(yīng)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用用1工業(yè)化生產(chǎn)中的酶促反應(yīng)要求所使用的工業(yè)化生產(chǎn)中的酶促反應(yīng)要求所使用的酶具有高度的穩(wěn)定性和催化活性，特別是酶具有高度的穩(wěn)定性和催化活性，特別是對(duì)高溫的穩(wěn)定性。利用蛋白質(zhì)工程可以獲對(duì)高溫的穩(wěn)定性。利用蛋白質(zhì)工程可以獲得這種耐高溫酶嗎？得這種耐高溫酶嗎？通過(guò)改造酶的結(jié)構(gòu)，有通過(guò)改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定目的地提高酶的熱穩(wěn)定性性將天門(mén)冬酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)閷⑻扉T(mén)冬酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌被崞渌被嵋攵攵蜴I硫鍵制藥領(lǐng)域制藥領(lǐng)域 鼠人嵌合鼠人嵌合抗體、抗體、改造的纖維蛋白改造的纖維

7、蛋白溶解酶原激活因子溶解酶原激活因子（tPA）恒定恒定區(qū)區(qū)可變可變區(qū)區(qū)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用用2現(xiàn)有某多肽鏈的一段氨基酸序列是：現(xiàn)有某多肽鏈的一段氨基酸序列是：“丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸賴氨酸賴氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸”請(qǐng)討論、回答下列問(wèn)題：請(qǐng)討論、回答下列問(wèn)題：（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái)。序列？請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái)。（2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（合成或改造目的基因（DNA）？）？（3）通過(guò)以上分析和討論，你能說(shuō)出什么是）通過(guò)

8、以上分析和討論，你能說(shuō)出什么是蛋白質(zhì)工程嗎？蛋白質(zhì)工程嗎？生生物物功功能能氨基酸序列氨基酸序列多肽鏈多肽鏈基因基因DNAmRNA轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄翻翻譯譯蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)折折疊疊預(yù)預(yù)期期功功能能中心法中心法則則分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)DNA合成合成蛋白質(zhì)工蛋白質(zhì)工程程蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用3蛋白質(zhì)工程與基因工程有什么區(qū)別蛋白質(zhì)工程與基因工程有什么區(qū)別和聯(lián)系？和聯(lián)系？項(xiàng)目項(xiàng)目基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程操作環(huán)境操作環(huán)境操作對(duì)象操作對(duì)象目的基因目的基因基本過(guò)程基本過(guò)程結(jié)果結(jié)果聯(lián)系聯(lián)系生物體外生物體外生物體外生物體外基因基因基因基因一般為自然一般為自然存在的基因存在的基因一般為自一般為自

9、然不存在然不存在的基因的基因剪切、拼剪切、拼接、導(dǎo)入、接、導(dǎo)入、表達(dá)表達(dá)見(jiàn)教材見(jiàn)教材P30人類需要人類需要的基因產(chǎn)的基因產(chǎn)物物創(chuàng)造出適合人類需求創(chuàng)造出適合人類需求的新基因，然后使其的新基因，然后使其表達(dá)出具有特定結(jié)構(gòu)表達(dá)出具有特定結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)和功能的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)是基因蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)是基因工程，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的合成是由工程，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的合成是由基因控制的，所以說(shuō)蛋白質(zhì)工基因控制的，所以說(shuō)蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程。程又被稱為第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用用4蛋白質(zhì)工程的現(xiàn)狀是怎樣的？蛋白質(zhì)工程的現(xiàn)狀是怎樣的？蛋白質(zhì)工程使我們不僅能更充分地利蛋白質(zhì)工程使我們不僅能更充分地利用自然界存在的基因和蛋白質(zhì)，而且用自然界存在的基因和蛋白質(zhì)，而且能在分子水平上對(duì)基因和蛋白質(zhì)進(jìn)行能在分子水平上對(duì)基因和蛋白質(zhì)進(jìn)行再設(shè)計(jì)和改造，進(jìn)而創(chuàng)造出自然界不再設(shè)計(jì)和改造，進(jìn)而創(chuàng)造出自然界不存在的基因和蛋白質(zhì)。當(dāng)然，蛋白質(zhì)存在的基因和蛋白質(zhì)。當(dāng)然，蛋白質(zhì)工程中還有許多理論和技術(shù)問(wèn)題有待工程中還有許多理論和技術(shù)問(wèn)題有待于研究和探索，但是可以相信，蛋白于研究和探索，但是可以相信，蛋白質(zhì)工程的發(fā)展前景一定非常廣闊。質(zhì)工程的發(fā)展前景一定非常廣闊。