1、第四節(jié) 蛋白質(zhì)工程的崛起,學(xué)習(xí)目標(biāo)： 1、舉例說(shuō)出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。 2、簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)工程的基本原理及基本途徑。 3、嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問(wèn)題。 重點(diǎn)： 蛋白質(zhì)工程崛起的緣由和蛋白質(zhì)工程的基本原理。 難點(diǎn)：蛋白質(zhì)工程的原理,思考問(wèn)題,1、描述基因工程的操作步驟。,目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測(cè)與鑒定。,2、討論基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的特點(diǎn)。,基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。,回答:為什么要進(jìn)行蛋白質(zhì)工程?,我們已經(jīng)掌握了基因工程，它能夠定向的改變生物的性狀，為什么還要去研究蛋白質(zhì)工程，難道基因工程有什么不足之處？,閱讀P26.,一

2、.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,1.基因工程的實(shí)質(zhì):,將一種生物的 轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的 ，進(jìn)而表現(xiàn)出 。,基因,蛋白質(zhì),新性狀,2. 基因工程的不足:,在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的 。,蛋白質(zhì),即天然蛋白質(zhì),3. 天然蛋白質(zhì)的不足:,天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期 過(guò)程中 形成的，它們的 符合特定物種 的需要，卻不一定完全符合人類生 產(chǎn)和生活的需要。,進(jìn)化,結(jié)構(gòu)和功能,生存,4. 蛋白質(zhì)工程的目的:,生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活需要的 。,蛋白質(zhì),天然蛋白質(zhì)的不足的實(shí)例:,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

3、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,許多工業(yè)用酶是在改變天然酶的特性后，才使之適應(yīng)生產(chǎn)和使用需要的。,實(shí)例1:,實(shí)例2:,實(shí)例3:,蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。,滿足人類生產(chǎn)和生活的需要,蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,思考: 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)？,應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下： (1)任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造

4、過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的。 (2)對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。,1、目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì) 功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的 進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。 2、原理：改造基因（基因 或基因 ）。 3、流程： 預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì) 推測(cè)應(yīng)有的 序列找到對(duì)應(yīng)的 序列。,蛋白質(zhì),結(jié)構(gòu),修飾,合成,預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),氨基酸,脫氧核苷酸,二.蛋白質(zhì)工程的基本原理,蛋白質(zhì)工程流程圖：,蛋白質(zhì) 三維結(jié)構(gòu),氨基酸序列 多肽鏈,基因 DNA,mRNA,中心法則,蛋白質(zhì)工程,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-,丙氨酸:GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸:UGG

5、賴氨酸:AAA、AAG 甲硫氨酸:AUG 苯丙氨酸:UUU、UUC,思考與討論:,討論: 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)。,首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列為GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C)，再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律推出脫氧核苷酸序列為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，怎樣才能合成或改造目的基因(DNA)？,可以通過(guò)人工合成的方法獲取。,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-,思考與討論:,獲得滿足人類生產(chǎn)和生活需求的新的

6、。,理解蛋白質(zhì)工程概念的3個(gè)角度:,基礎(chǔ):,蛋白質(zhì)分子的 及其與 的關(guān)系。,手段:,通過(guò) 或 ，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行 ，或制造一種新的蛋白質(zhì)。,目的:,結(jié)構(gòu)規(guī)律,生物功能,基因修飾,基因合成,“改造”,蛋白質(zhì),4、蛋白質(zhì)工程概念: P27,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，從DNAmRNA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)。,注意：蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。,目的基

7、因,預(yù)期的蛋白質(zhì)功能,基因表達(dá)載體的構(gòu)建,基因,獲取目的基因構(gòu)建基因表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與表達(dá),預(yù)期蛋白質(zhì)功能 設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測(cè)氨基酸序列 推測(cè)核苷酸序列 合成DNA 表達(dá)出蛋白質(zhì),定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生物類型或產(chǎn)品,定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì),生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來(lái)的第二代基因工程。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過(guò)基因的修飾或基因的合成。,生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì),基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較,小結(jié)：,主要是目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì) 的了解還很不夠。,三. 蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,(1)前景誘人:

8、,采用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有 、 和 的特點(diǎn)；通過(guò)對(duì)胰島素的改造，使其成為 藥品。,體積小,耗電少,速效型,(2)難度很大:,效率高,高級(jí)結(jié)構(gòu),一、為什么發(fā)展蛋白質(zhì)工程,1、基因工程的實(shí)質(zhì),2、基因工程的不足和天然蛋白質(zhì)的不足,3、蛋白質(zhì)工程的目的,二、什么是蛋白質(zhì)工程？,1、蛋白質(zhì)工程的概念,2、蛋白質(zhì)工程的原理,3、蛋白質(zhì)工程的流程,4、蛋白質(zhì)工程得到的基因序列唯一嗎？,小結(jié)：,三、 蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,1.關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說(shuō)法不正確的是（ ） A.是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的 B.它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要 C.構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)

9、的有20種 D.一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要,D,當(dāng)堂訓(xùn)練,2.蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對(duì)象是（ ） .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),D,3.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（） A.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要 B.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu) C.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子 D.蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程,B,4、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 根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列

10、A B C D,C,5、關(guān)于蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和應(yīng)用，下列說(shuō)法不正確的是（ ） A.科學(xué)家通過(guò)對(duì)胰島素的改造，已使其成為速效藥品 B.生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面 C.蛋白質(zhì)工程技術(shù)已經(jīng)非常成熟，目前正被大力推廣應(yīng)用 D.蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程，目前成功的例子不多,C,6. 科研人員通過(guò)蛋白質(zhì)工程來(lái)設(shè)計(jì)改變酶的構(gòu)象。在研究溶菌酶的過(guò)程中，得到了多種突變酶，測(cè)其酶50%發(fā)生變性時(shí)的溫度（Tm），部分結(jié)果見(jiàn)下表：,溶菌酶熱穩(wěn)定性的提高，是通過(guò)改變和增加得以實(shí)現(xiàn)的。從熱穩(wěn)定性高的酶的氨基酸序列出發(fā)，利用 方法獲得目的基因，通過(guò)基因工程的手段，可以生產(chǎn)自然界中不存在的蛋白質(zhì)。,（注：Cys上角的數(shù)字表示半胱氨酸在肽鏈中的位置）,半胱氨酸的位置和數(shù)目,二硫鍵的數(shù)目,人工合成（化學(xué)）,7、人們發(fā)現(xiàn)蛛絲蛋白比蠶絲蛋白更細(xì)，