高中生物 探究導學課型 專題1 基因工程 1.4 蛋白質工程的崛起同課異構課件 新人教版選修3.ppt

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1.4 蛋白質工程的崛起,探究1 蛋白質工程崛起的緣由 【研讀教材自主認知】 1.基因工程的實質:將一種生物的_____轉移到另一種生物體內,后者 可以產生它本不能產生的蛋白質,進而表現出新的性狀。 2.蛋白質工程: (1)崛起緣由。 ①基因工程在原則上只能生產_____________的蛋白質。 ②天然蛋白質的___________符合特定_________的需要,卻不一定完 全符合人類生產和生活的需要。,基因,自然界已存在,結構和功能,物種生存,(2)實例。,絲氨酸,蘇氨酸,(改造后玉米葉片和種子中游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍),天冬酰胺,【小判斷】 (1)蛋白質工程可以生產蛋白質,基因工程只能生產基因。 ( ) 【分析】兩者都可以生產蛋白質?；蚬こ炭赏ㄟ^轉基因技術生產該 基因控制表達的蛋白質。 (2)若將正常的基因片段導入貧血癥患者的骨髓造血干細胞中,可以達 到治療目的,這不屬于蛋白質工程。 ( ) 【分析】此操作是將健康的正常的目的基因導入有缺陷的受體細胞, 合成的蛋白質仍為天然存在的蛋白質,所以不屬于蛋白質工程,屬于基 因工程。,,√,(3)蛋白質工程能生產出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子。 ( ) 【分析】蛋白質工程是依據人們設計的蛋白質分子結構來改造基因的, 控制合成的蛋白質可能是自然界中不曾存在過的蛋白質分子。,√,【合作探究核心歸納】 1.基因工程的局限性: (1)基因工程的實質是什么? 提示:向一種生物體內轉入另一種生物的基因,令其成功表達,并表現出新的性狀。 (2)基因工程能否完全滿足人們生產生活的需要,為什么? 提示:不能,因為基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質。,2.蛋白質工程的實例: (1)經改造的干擾素基因合成的干擾素和原來的相比,在結構和功能上有什么改變? 提示:經改造的干擾素,其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸,結果大大提高該干擾素在體外儲存的穩(wěn)定性。 (2)可以通過哪些途徑提高玉米中的賴氨酸含量? 提示:①可以將富含賴氨酸的蛋白質編碼基因導入玉米,②可以改變賴氨酸合成途徑中關鍵酶的活性。,(3)為什么改變一個氨基酸就可以改變蛋白質的穩(wěn)定性甚至某種蛋白質酶的活性? 提示:蛋白質的結構是由其氨基酸組成決定的,個別氨基酸的改變就會導致其結構的改變,從而影響到其性質和功能。,【精講精析】蛋白質工程誕生的必要性 從實例中可以看出自然界中原有的蛋白質在很多時候不能滿足人們在實際生產生活中的應用,因此需要對現有的蛋白質進行加工改造,提高其性質和作用。,【過關小練即時應用】 1.將富含賴氨酸的蛋白質編碼基因導入玉米細胞,可以提高玉米中的賴氨酸含量;更換賴氨酸形成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個別氨基酸,使兩種酶的活性提高,也可以提高玉米中的賴氨酸含量。以上兩種技術分別屬于( ) A.基因工程 基因工程 B.蛋白質工程 蛋白質工程 C.基因工程 蛋白質工程 D.蛋白質工程 基因工程,【解題指南】明確基因工程和蛋白質工程的主要區(qū)別在于要生產的蛋白質是否是自然界已存在的。 【解析】選C。富含賴氨酸的蛋白質是自然界中已有的蛋白質,基因工程只是把該蛋白質基因轉入玉米細胞,并使之合成該蛋白質;更換賴氨酸合成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個別氨基酸,是對自然界中已有的蛋白質進行改造,屬于蛋白質工程。,【互動探究】 (1)上述兩種提高玉米中賴氨酸含量的技術的實質相同嗎?為什么? 提示:不相同。蛋白質工程實質是定向改造或生產人類所需蛋白質,基因工程實質是定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需的生物類型或生物產品。 (2)改變上題中兩種酶的氨基酸數目、排列順序或者兩種酶的空間結構,是否會改變其活性? 提示:改變組成酶的氨基酸數目、排列順序或者蛋白質的空間結構,均會影響酶的活性。,2.(2015煙臺高二檢測)科學家將β-干擾素基因進行定點突變導入 大腸桿菌表達,使干擾素分子上的半胱氨酸變成絲氨酸,結果大大提高 了β-干擾素的抗病毒活性,并且提高了儲存穩(wěn)定性。該生物技術為 ( ) A.蛋白質工程 B.基因工程 C.基因突變 D.細胞工程 【解題指南】解答本題的關鍵在于題目敘述的結果:改變氨基酸組成, 從而產生新的蛋白質。,【解析】選A。題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因,其合成的β-干擾素也不是天然β-干擾素,而是經過改造的,是具有人類所需優(yōu)點的蛋白質,因而整個過程利用的生物技術為蛋白質工程。,【補償訓練】干擾素經過改造可長期儲存,從蛋白質水平上應改變的是 ( ) A.胱氨酸 B.精氨酸 C.谷氨酸 D.半胱氨酸 【解析】選D。如果將干擾素分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸,可以在-70℃的條件下保存半年。,探究2 蛋白質工程的原理、進展和前景 【研讀教材自主認知】 1.蛋白質工程的基本原理:,結構規(guī)律,生物功能,基因修飾,基因合成,改造,新的蛋白質,特定需求,蛋白質,氨基酸序列,脫氧核苷酸序列,2.蛋白質工程的進展和前景: (1)進展。 ①醫(yī)藥方面:科學家通過對_______的改造,已使其成為速效型藥品。 ②電子方面:生物和材料科學家正積極探索將蛋白質工程應用于微電 子方面,用蛋白質工程方法制成的電子元件,具有_______、_______ 和_______的特點。 (2)前景和存在的問題。 蛋白質工程前景是誘人的,但難度卻很大,尤其是目前科學家對大多數 _________________的了解還很不夠。,胰島素,體積小,耗電少,效率高,蛋白質的高級結構,【小判斷】 (1)蛋白質工程是在蛋白質分子水平上直接改造蛋白質的。 ( ) 【分析】蛋白質工程改造蛋白質是通過改造基因來實現的。 (2)基因工程藥物與蛋白質工程藥物沒有區(qū)別。 ( ) 【分析】基因工程藥物與天然產物相同,蛋白質工程藥物可能與天然 產物不相同。,,,(3)對胰島素進行改造使其成為速效型藥品利用的是蛋白質工程。 ( ) 【分析】蛋白質工程在醫(yī)藥方面已取得進展,如對胰島素的改造使其 成為速效型藥品。 (4)基因工程和蛋白質工程都改變了遺傳物質。 ( ) 【分析】基因工程和蛋白質工程都是對基因進行操作,改變了遺傳物 質。,√,√,(5)由某種特定氨基酸序列所推測出的脫氧核苷酸序列是一定的。 ( ) 【分析】由于一種氨基酸可由多種密碼子決定,故由某種特定氨基酸 序列所推測出的脫氧核苷酸序列可能有多種。,,【合作探究核心歸納】 1.蛋白質工程的基本原理和操作: (1)蛋白質工程為什么需直接改造基因,而不直接改造蛋白質? 提示:①任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的,改造了基因即對蛋白質進行了改造,而且可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白質也是無法遺傳的。 ②對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作,難度要小得多。,(2)蛋白質工程是否需要限制酶和DNA連接酶等工具? 提示:需要。蛋白質工程的操作思路:從預期的蛋白質功能出發(fā)→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因),然后還要合成或改造DNA、構建基因表達載體,即按照基因工程的操作,最后獲得所需要的目的蛋白質,因此該過程中需要限制酶和DNA連接酶等工具。,【精講精析】蛋白質工程是第二代基因工程 蛋白質工程最終還是要通過基因工程的方式獲得產品,其不同之處在于獲得目的基因的方式與傳統(tǒng)的基因工程不同。,2.蛋白質工程與基因工程的比較: (1)基因工程和蛋白質工程是否都遵循中心法則?為什么? 提示:都遵循中心法則。基因工程指導合成天然蛋白質的過程是遵循中心法則的;蛋白質工程操作時,經改造的基因表達所需要的蛋白質仍需遵循中心法則。,(2)蛋白質工程和基因工程的操作對象以及得到的蛋白質相同嗎?分別體現在哪些方面? 提示:不同。①操作對象不同:蛋白質工程的操作對象是天然基因改造后的基因;基因工程的操作對象是天然基因。 ②得到的蛋白質不同:蛋白質工程可以得到自然界沒有的新的蛋白質;基因工程得到的是自然界原有的蛋白質。,3.蛋白質工程的進展: 科學家對胰島素進行改造是否要獲得相應的目的基因?如何獲得? 提示:要獲得。應該以現有的胰島素結構為基礎,設計滿足新功能需要的新結構,推測出相關的氨基酸序列,然后根據密碼子找出相應的DNA序列,再進行人工合成得到目的基因。,【歸納總結】基因工程和蛋白質工程的對比,【過關小練即時應用】 1.(2015徐州高二檢測)自然界中不存在的蛋白質的合成首先應設計 ( ) A.基因結構 B. mRNA結構 C.氨基酸序列 D.蛋白質結構,【解題指南】解答本題的關鍵在于熟悉蛋白質工程操作流程:,【解析】選D。自然界中不存在的蛋白質的合成是根據人們對蛋白質功能的特定需求,對蛋白質的結構進行分子設計。,2.(2015全國卷Ⅱ)已知生物體內有一種蛋白質(P),該蛋白質是一 種轉運蛋白,由305個氨基酸組成。如果將P分子中158位的絲氨酸變成 亮氨酸,240位的谷氨酰胺變成苯丙氨酸,改變后的蛋白質(P1)不但保 留P的功能,而且具有了酶的催化活性?；卮鹣铝袉栴}: (1)從上述資料可知,若要改變蛋白質的功能,可以考慮對蛋白質的 進行改造。,(2)以P基因序列為基礎,獲得P1基因的途徑有修飾 基因 或合成 基因。所獲得的基因表達時是遵循中心法則的, 中心法則的全部內容包括 的復制;以及遺傳信息在不同 分子之間的流動,即:_________________________________________ 。 (3)蛋白質工程也被稱為第二代基因工程,其基本途徑是從預期蛋白質 功能出發(fā),通過 和 ,進而確定相對應的脫氧核 苷酸序列,據此獲得基因,再經表達、純化獲得蛋白質,之后還需要對 蛋白質的生物 進行鑒定。,【解題指南】題干關鍵信息:遺傳信息在不同分子之間的流動。 【解析】本題考查蛋白質工程和中心法則的相關內容。(1)蛋白質P1 是由蛋白質P改變了兩個氨基酸序列得到的,故若要改變蛋白質的功能, 可以考慮對蛋白質的氨基酸序列進行改造。(2)P1基因可以在P基因的 基礎上經修飾改造而成,也可以根據氨基酸序列用化學方法合成。中 心法則的內容為: ,包括DNA的復制,RNA的復 制,遺傳信息由DNA→RNA、由RNA→DNA、由RNA→蛋白質五個過程。 (3)蛋白質工程的基本途徑是:從預期的蛋白質功能出發(fā)→設計預期的,蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的脫氧核苷酸序列(基因)。該基因表達后得到相應蛋白質,蛋白質是否符合我們的設計要求,還需要進一步對蛋白質的生物功能進行檢測與鑒定。 答案:(1)氨基酸序列(或結構) (2)P P1 DNA和RNA(或遺傳物質) DNA→RNA、RNA→DNA、RNA→蛋白質(或轉錄、逆轉錄、翻譯) (3)設計蛋白質的結構 推測氨基酸序列 功能,【補償訓練】蛋白質工程在實施中最大的難題是 ( ) A.生產的蛋白質無法應用 B.發(fā)展前景太窄 C.對于大多數蛋白質的高級結構不清楚 D.無法人工合成目的基因 【解析】選C。多數蛋白質除具有一級結構即氨基酸順序外,還具有復雜的高級結構,即空間結構,而很多蛋白質的空間結構是人們目前還不清楚的。空間結構不清楚也就無法進行蛋白質合成。,