高中生物《蛋白質(zhì)工程的崛起》課件6（26張PPT）（人教版選修3）

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歡迎進(jìn)入生物課堂 1 4蛋白質(zhì)工程的崛起 怎樣讓一種生物的性狀在另一種生物中表達(dá) 在種內(nèi)可以用常規(guī)的雜交育種的辦法實(shí)現(xiàn) 但要使有生殖隔離的種間生物實(shí)現(xiàn)基因交流 就顯得力不從心了 則應(yīng)采用什么技術(shù) 雜交育種 基因工程 思考 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生的 它的結(jié)構(gòu)和性能不能完全滿足人類生產(chǎn)生活的需要 例如 干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)是一種抗病毒抗腫瘤的藥物 但在體外保存相當(dāng)困難 于是我們要對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì) 這樣人們由開(kāi)始了新一輪的探索 蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了 你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎 它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系 我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù) 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后 生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大的科學(xué)命題 2001年 國(guó)際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立 之后 該組織正是提出啟動(dòng)兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行為 一項(xiàng)是有中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的 人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃 另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的 人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃 人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃 是國(guó)際上第一個(gè)人類組織 器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃 由我國(guó)賀福初院士牽頭 這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃 總部設(shè)在北京 目前有16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的80多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加 它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì) 為重大肝病預(yù)防 診斷 治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ) 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持 蛋白質(zhì)工程就是在對(duì)蛋白質(zhì)的化學(xué) 晶體學(xué) 動(dòng)力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上 對(duì)蛋白質(zhì)人工改造與合成的產(chǎn)品 后基因組時(shí)代 將是 蛋白質(zhì)組學(xué)時(shí)代 即從對(duì)基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研究 包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 功能與應(yīng)用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用 一 蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 滿足人類生產(chǎn)和生活的需要 例如 改造 玉米中賴氨酸含量比較低 天冬氨酸激酶 352位的蘇氨酸 二氫吡啶二羧酸合成酶 104位的天冬酰胺 天冬氨酸激酶 異亮氨酸 二氫吡啶二羧酸合成酶 異亮氨酸 玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍 改造 改造 二 蛋白質(zhì)工程的基本原理 對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作 還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn) 1 目標(biāo) 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求 對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn) 因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)的合成 2 蛋白質(zhì)工程的原理 基因改造 3 基本途徑 從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列 基因 蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同 答 基因工程是遵循中心法則 DNA mRNA 蛋白質(zhì) 折疊產(chǎn)生功能 基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的 確定蛋白質(zhì)的功能 蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài) 應(yīng)有的氨基酸序列 應(yīng)有的堿基排列 可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 血紅蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子就是由二個(gè)由141個(gè)氨基酸殘基組成的 亞基和二個(gè)由146個(gè)氨基酸殘基組成的 亞基按特定的接觸和排列組成的一個(gè)球狀蛋白質(zhì)分子 每個(gè)亞基中各有一個(gè)含亞鐵離子的血紅素輔基 討論 某多肽鏈的一段氨基酸序列是 丙氨酸 色氨酸 賴氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 1 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)的堿基序列寫出來(lái) 有多少種 2 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 DNA 1 mRNA序列為 GCU 或C或A或G UGGAAA 或G AUGUUU 或C 脫氧核苷酸序列 CGA 或G或T或C ACCTTT 或C TACAAA 或G 2 確定目的基因的堿基序列后 就可以根據(jù)人類的需要改造它 通過(guò)人工合成的方法或從基因庫(kù)中獲取 蛋白質(zhì)工程的概念 蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ) 通過(guò)基因修飾或基因合成 對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì) 以滿足人類對(duì)生產(chǎn)和生活的需求 前提 了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能 原理 改造基因 基因修飾或基因合成 目的 定向改造或制造蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面 根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 而氨基酸排序由基因決定 所以還需要改造相應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段 用于蛋白質(zhì)工程 異想天開(kāi) 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因 導(dǎo)入合適的細(xì)菌中 讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢 理論上講可以 但目前還沒(méi)有真正成功的例子 一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì) 并非完全是人工設(shè)計(jì)出來(lái)而自然不存在的蛋白質(zhì) 主要原因是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 人類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少 很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì) 而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的 三 蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景 1 蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的 它是隨著分子生物學(xué) 晶體學(xué)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而誕生的 與基因組學(xué) 蛋白質(zhì)組學(xué) 生物信息學(xué)的發(fā)展等因素有關(guān)2 現(xiàn)狀 成功的例子不多 主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu) 而科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少 你知道酶工程嗎 絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì) 酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用 借助工程學(xué)的手段 應(yīng)用于生產(chǎn) 生活 醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù) 概括地說(shuō) 酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的 酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè) 輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中 通常所說(shuō)的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑 而沒(méi)有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu) 然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟 因此 酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶的合理充分利用 而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對(duì)已存在的蛋白質(zhì)分子的改造 當(dāng)然 隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展 其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中 使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分 關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的是 A 都是分子水平上的操作B 基因工程就是改造基因的分子結(jié)構(gòu)C 蛋白質(zhì)工程就是改造蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)D 基因工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的基因 蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的蛋白質(zhì) A 蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) DNA合成 預(yù)期蛋白質(zhì)功能 據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A B C D C 枯草桿菌產(chǎn)生的蛋白酶具有催化分解蛋白質(zhì)的特性 但極易被氧化而失效 1985年 美國(guó)的埃斯特爾將枯草桿菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替換后 雖然其水解活性有所下降 但抗氧化能力大大提高 用這種水解酶作為洗滌劑的添加劑 可以有效地除去血漬 奶漬等蛋白質(zhì)污漬 1 改造枯草桿菌蛋白酶的生物技術(shù)是 2 改造后的枯草桿菌中的控制合成蛋白酶的基因與原來(lái)相比 至少有個(gè)堿基對(duì)發(fā)生變化 3 利用生物技術(shù)改造蛋白質(zhì) 是提高了蛋白質(zhì)的性 埃斯特爾所作的工作是對(duì)已知蛋白質(zhì)進(jìn)行 蛋白質(zhì)工程 1 穩(wěn)定 少數(shù)氨基酸的替換 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全