1、第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的崛起,1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。 2.簡述蛋白質(zhì)工程的原理和基本途徑。 3.嘗試運(yùn)用逆向思維分析和解決問題。,一,二,一、蛋白質(zhì)工程概述 1.蛋白質(zhì)工程的概念:蛋白質(zhì)工程是指根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物活性以及結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系,利用基因工程的手段,按照人類自身的需要,定向地改造天然的蛋白質(zhì),甚至創(chuàng)造新的、自然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。 2.蛋白質(zhì)改造和設(shè)計的辦法 (1)多肽合成法,即利用多肽合成儀,從組成蛋白質(zhì)的第一個 氨基酸合成起,合成一種全新的蛋白質(zhì)。 (2)采用基因工程手段,對負(fù)責(zé)編碼某種蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行設(shè)計,合成出更符合人們要求的蛋白質(zhì)。,一

2、,二,3.蛋白質(zhì)工程的研究主要包括以下幾個方面:通過基因工程技術(shù)分析蛋白質(zhì)的DNA編碼序列,對蛋白質(zhì)進(jìn)行分離純化,測定蛋白質(zhì)的序列并對其結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行分析,通過計算機(jī)輔助設(shè)計突變區(qū),對編碼蛋白質(zhì)的DNA進(jìn)行定點突變改造等。,一,二,二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥業(yè)和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用。有些天然生物酶的應(yīng)用,有很大的局限性。因此,人們運(yùn)用蛋白質(zhì)工程技術(shù)來改造天然生物酶,使其能適應(yīng)特殊的工業(yè)過程;或者設(shè)計制造全新的人工酶或人工蛋白,以生產(chǎn)全新的醫(yī)用藥品、農(nóng)業(yè)藥物等,如加酶洗衣粉。 1.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,提高光合作用效率是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的關(guān)鍵。通過對一些酶的改造,使固定二氧化

3、碳的作用加強(qiáng),光呼吸作用減弱,就能提高光合作用的效率。 2.在環(huán)境保護(hù)中,對一些基因進(jìn)行改造,并將其連接到表達(dá)載體上,轉(zhuǎn)移到微生物或植物體內(nèi),使含有這一新基因的微生物或植物都具有很強(qiáng)的吸附重金屬的能力,保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。,1.蛋白質(zhì)工程 (1)概念理解 基礎(chǔ):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。 操作:基因修飾或基因合成。 結(jié)果:改造了現(xiàn)有蛋白質(zhì)或創(chuàng)造出新的蛋白質(zhì)。 目的:滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 (2)操作過程,(3)有關(guān)蛋白質(zhì)工程的理解 對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行改造,其本質(zhì)是改變其基因組成。如果對蛋白質(zhì)直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳。 蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是根據(jù)蛋白質(zhì)的

4、結(jié)構(gòu),創(chuàng)造新基因或者改造老基因,是基因工程的發(fā)展與延續(xù)。 蛋白質(zhì)工程與DNA分子重組技術(shù)是分不開的,常用到基因工程的工具酶,如限制性內(nèi)切酶和DNA連接酶。,2.蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較,題型一,題型二,題型三,蛋白質(zhì)工程的概念 【典例1】 下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法,錯誤的是() A.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)的分子結(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蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作,定向改變分子結(jié)構(gòu) C.蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子 D.蛋白質(zhì)工程又稱為第二代基因工程 解析:蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對基因直接進(jìn)行操作,定向改變天然蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或創(chuàng)造自然

5、界不存在的新蛋白質(zhì)。 答案:B,題型一,題型二,題型三,反思領(lǐng)悟(1)蛋白質(zhì)工程的最終目的是改造蛋白質(zhì),但不是直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作,而是通過對基因的操作,實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造。 (2)合成或修飾的基因,作為新的目的基因通過基因工程操作步驟實現(xiàn)其表達(dá)。,題型一,題型二,題型三,蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 【典例2】 下列有關(guān)基因工程和蛋白質(zhì)工程的敘述,正確的是() A.基因工程需對基因進(jìn)行操作,蛋白質(zhì)工程需對蛋白質(zhì)進(jìn)行操作 B.基因工程合成天然存在的基因,蛋白質(zhì)工程合成天然存在的蛋白質(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)操作 D.蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出的

6、第二代基因工程 解析:基因工程和蛋白質(zhì)工程都是對基因進(jìn)行分子水平操作,基因工程合成的是自然界中存在的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程可以合成自然界不存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上延伸出的第二代基因工程。 答案:D,題型一,題型二,題型三,反思領(lǐng)悟只能生產(chǎn)出自然界中已存在的蛋白質(zhì)是基因工程的缺點,能夠生產(chǎn)出自然界中不存在的蛋白質(zhì)是蛋白質(zhì)工程的優(yōu)點。,題型一,題型二,題型三,蛋白質(zhì)工程的研究與應(yīng)用 【典例3】 某種微生物合成的蛋白酶與人體消化液中的蛋白酶的結(jié)構(gòu)和功能很相似,只是對熱穩(wěn)定性較差,進(jìn)入人體后容易失效?，F(xiàn)要將此酶開發(fā)成一種片劑,臨床治療食物的消化不良,最佳方案是() A.對此酶中的少數(shù)氨基

7、酸替換,提高其熱穩(wěn)定性 B.將此酶與人蛋白酶進(jìn)行拼接,形成新的蛋白酶 C.重新設(shè)計,創(chuàng)造一種全新的蛋白酶 D.減少此酶在片劑中的含量 解析:要想使蛋白酶熱穩(wěn)定性有所提高,就要改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),可以通過對蛋白質(zhì)中的個別氨基酸進(jìn)行替換來提高蛋白酶的熱穩(wěn)定性。 答案:A,題型一,題型二,題型三,反思領(lǐng)悟目前對蛋白質(zhì)功能的改變,主要是改變蛋白質(zhì)中個別氨基酸,最根本的做法是改變控制合成該蛋白質(zhì)的基因的結(jié)構(gòu)。,1,2,3,4,1.以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法,正確的是() A.蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ) B.蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸 C.蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 D.蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋

8、白質(zhì) 解析:蛋白質(zhì)工程是指根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與生物活性以及結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系,利用基因工程的手段,按照人類自身的需要,定向地改造天然的蛋白質(zhì),甚至創(chuàng)造新的、自然界不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。所以,蛋白質(zhì)工程是以基因工程為基礎(chǔ)的,又稱為第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程不僅能生產(chǎn)天然蛋白質(zhì),還可以根據(jù)需要,改造控制蛋白質(zhì)合成的相應(yīng)基因中的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,從而合成自然界中本來不存在的蛋白質(zhì)。 答案:A,1,2,3,4,2.蛋白質(zhì)工程與基因工程相比,其突出特點是() A.基因工程原則上能生產(chǎn)任何蛋白質(zhì) B.蛋白質(zhì)工程能對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或創(chuàng)造

9、一種新的蛋白質(zhì) C.蛋白質(zhì)工程可以不通過轉(zhuǎn)錄和翻譯來實現(xiàn) D.蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第三代基因工程 解析:蛋白質(zhì)工程可通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或創(chuàng)造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。 答案:B,1,2,3,4,3.當(dāng)前醫(yī)學(xué)上,蛋白質(zhì)工程藥物正逐步取代第一代基因工程的蛋白質(zhì)類替代治療劑,基因工程藥物與蛋白質(zhì)工程藥物的區(qū)別是() A.都與天然蛋白質(zhì)完全相同 B.都與天然蛋白質(zhì)不相同 C.基因工程藥物與天然蛋白質(zhì)完全相同,蛋白質(zhì)工程藥物與天然蛋白質(zhì)不完全相同 D.基因工程藥物與天然蛋白質(zhì)不相同,蛋白質(zhì)工程藥物與天然蛋白質(zhì)完全相同 解析:蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)之一是對不符合人類需求的天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,使之更符合人類的需求,如蛋白質(zhì)藥物。蛋白質(zhì)工程的產(chǎn)物與天然蛋白質(zhì)不完全相同。 答案:C,1,2,3,4,4.下列有關(guān)基因工程和蛋白質(zhì)工程的敘述,正確的是() A.用同種限制性內(nèi)切酶切割運(yùn)載體與目的基因可獲得相同的黏性末端 B.以蛋白質(zhì)的氨基酸序列為依據(jù)合成的目的基因與原基因的堿基序列相同 C.檢測到受體細(xì)胞含有目的基因就標(biāo)志著基因工程操作的成功 D.用含抗生素抗性基因的質(zhì)粒作為運(yùn)載體是因為其抗性基因便于與外源基因連接,1,2,3,4,解析