1、第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的崛起,第4章基因工程,目標(biāo)導(dǎo)讀 1.閱讀教材P9192內(nèi)容，了解蛋白質(zhì)工程的誕生。 2.分析教材P92內(nèi)容，闡述蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用。 重難點擊 1.蛋白質(zhì)工程的誕生。 2.蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用。,課堂導(dǎo)入,方式一人類可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)嗎？答案是肯定的。例如：科學(xué)家已生產(chǎn)出一種以前必須從南極魚類身體中提取的抗凍蛋白質(zhì)。這一技術(shù)可用于儲存大量新鮮的動植物和人類的組織細(xì)胞，防止形成冰晶，破壞脆弱的細(xì)胞膜和細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。你想了解這方面的知識嗎？請跟著我一起學(xué)習(xí)：蛋白質(zhì)工程的崛起。,方式二基因工程的誕生，為克服遠(yuǎn)緣雜交的障礙問題，帶來了新的希望，并取得了豐碩成果：大

2、腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素，牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類制造出了蛋白質(zhì)類藥物，煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白至此，人們也只是實現(xiàn)了自然界現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達(dá)。但一個新問題出現(xiàn)了，生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進(jìn)化過程中形成的，它的結(jié)構(gòu)、性能符合特定物種生存的需要，卻不一定能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。 于是要對現(xiàn)有蛋白質(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)。這樣人們又開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。,一、蛋白質(zhì)工程的誕生,二、蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用,內(nèi)容索引,當(dāng)堂檢測,一、蛋白質(zhì)工程的誕生,1.概念：蛋白質(zhì)工程是根據(jù)蛋白質(zhì)的 以及結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系，利用 的手段

3、，按照人類自身的需要，_ 地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、 不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。 2.方法 (1)多肽合成法：利用 ，直接合成一種全新的蛋白質(zhì)。 (2)基因改造法：利用基因工程手段對負(fù)責(zé)編碼某種蛋白質(zhì)的 進(jìn)行改造設(shè)計，合成出更符合人們要求的蛋白質(zhì)。,精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物活性,基因工程,基礎(chǔ)梳理,定向,自然界,多肽合成儀,基因,問題探究,天然的干擾素很難在體外保存，如果能把其中的一個半胱氨酸替換成絲氨酸，在體外70 下可以保存半年，據(jù)此分析：,答案應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造，主要原因如下： (1)天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造。如果對蛋白質(zhì)

4、直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。 (2)對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。,1.對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？,答案,3.蛋白質(zhì)工程是否需要限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具？,答案,答案需要。蛋白質(zhì)工程要改造DNA、構(gòu)建基因表達(dá)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(zhì)，因此該過程中需要限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶等工具。,2.為什么改變一個氨基酸就可以改變蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性甚至某種蛋白酶的活性？,答案蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由其氨基酸組成決定的，個別氨基酸的改變就會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的改變，從而影

5、響到其性質(zhì)和功能。,拓展應(yīng)用,1.蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是 A.氨基酸結(jié)構(gòu) B.蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C.肽鏈結(jié)構(gòu) D.基因結(jié)構(gòu),答案,2.下列哪項不是蛋白質(zhì)工程的研究內(nèi)容 A.分析蛋白質(zhì)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu) B.對蛋白質(zhì)進(jìn)行有目的的改造 C.分析氨基酸的化學(xué)組成 D.按照人的意愿將天然蛋白質(zhì)改造成新的蛋白質(zhì),答案,解析,解析蛋白質(zhì)工程就是指根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物活性以及結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，利用基因工程的手段，按照人的意愿改造蛋白質(zhì)分子，形成自然界中不存在的蛋白質(zhì)分子，對蛋白質(zhì)的改造包括氨基酸的種類、數(shù)量和排列順序，但不包括氨基酸的化學(xué)組成。,二、蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用,1.研究內(nèi)容 通

6、過基因工程技術(shù)分析蛋白質(zhì)的，對蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化，測定蛋白質(zhì)的序列并對其 進(jìn)行分析，通過計算機(jī)輔助設(shè)計 ，對編碼蛋白質(zhì)的DNA進(jìn)行 等。 2.應(yīng)用舉例 (1)工業(yè) 改造天然生物酶或者設(shè)計制造出全新的 ，使其適應(yīng)特殊的工業(yè)過程。,DNA編碼序列,基礎(chǔ)梳理,結(jié)構(gòu)與功能,突變區(qū),定點突變改造,人工酶或人工蛋白,(2)農(nóng)業(yè) 改造 酶，使其固定CO2能力提高，光呼吸作用減弱，就能提高光合作用的效率。 (3)環(huán)保 改造 ，轉(zhuǎn)移到微生物或植物中，加強(qiáng)吸附重金屬的能力，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。,RuBP羧化,金屬硫蛋白,知識拓展基因的定點誘變技術(shù) 基因定點誘變技術(shù)的具體操作方法較多，其中PCR法是目前常用的方法之一。P

7、CR法利用人工合成帶有突變位點的誘變引物，通過PCR擴(kuò)增而獲得定點突變的基因，再通過基因工程的方法將突變基因?qū)胧荏w細(xì)胞，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯就可以合成所需的蛋白質(zhì)。,1.過程和過程有何不同？,答案過程和過程基本相反。,答案都遵循中心法則。基因工程指導(dǎo)合成天然蛋白質(zhì)的過程是遵循中心法則的；蛋白質(zhì)工程操作時，經(jīng)改造的基因表達(dá)所需要的蛋白質(zhì)仍需遵循中心法則。,2.基因工程和蛋白質(zhì)工程是否都遵循中心法則？為什么？,問題探究,下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請據(jù)圖回答下列問題：,答案,答案不同。(1)操作對象不同：蛋白質(zhì)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(zhì)

8、不同：蛋白質(zhì)工程可以得到自然界沒有的新的蛋白質(zhì)；基因工程得到的是自然界原有的蛋白質(zhì)。,答案蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因修飾或基因合成實現(xiàn)。,4.有人把蛋白質(zhì)工程稱為第二代基因工程，你如何理解？,3.蛋白質(zhì)工程和基因工程的操作對象以及得到的蛋白質(zhì)相同嗎？分別體現(xiàn)在哪些方面？,答案,解析富含賴氨酸的蛋白質(zhì)是自然界中已有的蛋白質(zhì)，基因工程只是把該蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)入玉米細(xì)胞，并使之合成該蛋白質(zhì)，屬于基因工程；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(zhì)進(jìn)行改造，屬于蛋白質(zhì)工

9、程。,拓展應(yīng)用,3.將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩准?xì)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(shù)分別屬于 A.基因工程、基因工程 B.蛋白質(zhì)工程、蛋白質(zhì)工程 C.基因工程、蛋白質(zhì)工程 D.蛋白質(zhì)工程、基因工程,答案,解析,4.某多肽鏈的一段氨基酸序列是： 甲硫氨酸色氨酸苯丙氨酸色氨酸 (部分氨基酸的密碼子為：甲硫氨酸AUG；色氨酸UGG；苯丙氨酸UUU、UUC) (1)怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核糖核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。,答案,(2)確定目的基因的堿基

10、序列后，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)? _。,答案,根據(jù)DNA的堿基對序列或改造后的DNA堿基對序列，利用四種脫氧核糖核苷酸進(jìn)行人工合成,蛋白質(zhì)工程與基因工程比較,課堂小結(jié),蛋白質(zhì)工程的崛起,蛋白質(zhì)工程的誕生,定義 局限,蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用,改造 合成新的蛋白質(zhì) 第二代_,蛋白質(zhì),基因工程,當(dāng)堂檢測,1.蛋白質(zhì)工程制造的蛋白質(zhì)是 A.天然蛋白質(zhì) B.稀有蛋白質(zhì) C.自然界中不存在的蛋白質(zhì) D.尚沒有制造出來,2,3,4,5,1,解析蛋白質(zhì)工程是對基因進(jìn)行改造進(jìn)而產(chǎn)生符合人們需要的蛋白質(zhì)，因此不再是天然的蛋白質(zhì)。,答案,解析,2.添加在洗衣粉中的某種酶在低溫下活性較低，影響了洗衣粉的

11、洗滌效果。若讓你用生物工程的方法改變此酶的特性，首先考慮的是 A.基因工程 B.蛋白質(zhì)工程 C.誘變 D細(xì)胞工程,答案,2,3,4,1,5,解析可通過蛋白質(zhì)工程實現(xiàn)對蛋白質(zhì)改造的目的。,解析,2,3,4,1,5,3.科學(xué)家將干擾素基因進(jìn)行定點突變導(dǎo)入大腸桿菌表達(dá)，使干擾素分子上的半胱氨酸變成絲氨酸，結(jié)果大大提高了干擾素的抗病毒活性，并且提高了貯存穩(wěn)定性。該生物技術(shù)為 A.蛋白質(zhì)工程 B.基因工程 C.基因突變 D.細(xì)胞工程,答案,解析,解析題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因，其合成的干擾素也不是天然干擾素，而是經(jīng)過改造的，是具有人類所需優(yōu)點的蛋白質(zhì)，因而整個過程利用的生物技術(shù)為蛋白質(zhì)工

12、程。,4.基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是 A.基因工程需對基因進(jìn)行分子水平操作，蛋白質(zhì)工程不對基因進(jìn)行操作 B.基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的可以不是天 然存在的蛋白質(zhì) C.基因工程是分子水平操作，蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平(或性狀水平)的操作 D.基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程,2,3,4,1,答案,5,解析,解析蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，是從分子水平對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造設(shè)計，直接對相應(yīng)的基因進(jìn)行修飾加工甚至人工進(jìn)行基因合成，從而對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活需求，而基因工程只是將外源基因?qū)肓硪簧矬w內(nèi)，并使之表達(dá)，體現(xiàn)人類所需的性狀，或者獲取所需的產(chǎn)品，因此，基因工程只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)。,2,3,4,1,5,5.如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程，請據(jù)圖回答有關(guān)問題：,2,3,4,1,5,(1)構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵，圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是_。,蛋白質(zhì)的預(yù)期功能,答案,(2)通過人工合成D