人教版选修3专题一第四节蛋白质工程的崛起
文档属性
| 名称 | 人教版选修3专题一第四节蛋白质工程的崛起 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 310.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2014-11-24 09:05:51 | ||
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文档简介
课件29张PPT。蛋白质工程的崛起为什么要进行蛋白质工程?一、蛋白质工程崛起的缘由自然界的蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要，所以需要加以改造。一、蛋白质工程崛起的缘由（1）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。（2）基因工程的不足： 天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
2、天然蛋白质的不足3、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。满足人类生产和生活的需要例如：改造玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶
（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：2、原理：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。 二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：2、原理：改造基因（基因修饰或基因合成）逆转录转录DNARNA翻译蛋白质复制复制天然蛋白质的合成遵循中心法则转录DNARNA翻译肽链折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变３. 途径:预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）蛋白质
三维结构氨基酸序
列多肽链基因
DNA预期功能分子设计mRNA生物功能转录翻译折叠图1-29蛋白质工程流程图讨 论答：（1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出16种，可以根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。（2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。
蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二基因工程。蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？？答：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
蛋白质工程是按照以下思路进行的：
确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。 注意：蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
目的基因预期的蛋白质功能基因表达载体基因获取目的基因→
构建表达载体→
导入受体细胞→
目的基因的检测与表达预期蛋白质功能→
设计蛋白质结构→
推测氨基酸序列→
推测核苷酸序列→
合成DNA →表达出蛋白质定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。生产自然界没有的蛋白质（一）蛋白质工程的内容
蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。
实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系。（二）蛋白质工程的主要步骤通常包括：
（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；
（2）测定其氨基酸序列；
（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；
（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。五、蛋白质工程的进展和前景1.进展胰岛素速效型药品 2.前景制作电子元件3.现状蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。应用于微电子方面具有 、耗电少和 的特点体积小效率高2.基因工程是遵循中心法则，
从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
蛋白质工程是按照以下思路进行的：
确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，
可以创造自然界不存在的蛋白质。思考与探究 3.酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。
概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。
通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（ ）
A．是生物在长期进化过程中形成的
B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要
C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种
D．一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测D2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构 Ｄ3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ）
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要
B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构
C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程
Ｂ4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ ）
A、蛋白质工程以基因工程为基础
B、蛋白质工程就是酶工程的延伸
C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 Ａ5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②Ｃ6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（ ）
A．氨基酸种类增多
B．氨基酸种类减少
C．仍为天然存在蛋白质
D．可合成天然不存在蛋白质Ｄ7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ）
A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品
B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面
C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用
D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多C
2、天然蛋白质的不足3、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。满足人类生产和生活的需要例如：改造玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶
（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：2、原理：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。 二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：2、原理：改造基因（基因修饰或基因合成）逆转录转录DNARNA翻译蛋白质复制复制天然蛋白质的合成遵循中心法则转录DNARNA翻译肽链折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变３. 途径:预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）蛋白质
三维结构氨基酸序
列多肽链基因
DNA预期功能分子设计mRNA生物功能转录翻译折叠图1-29蛋白质工程流程图讨 论答：（1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出16种，可以根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。（2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。
蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二基因工程。蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？？答：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
蛋白质工程是按照以下思路进行的：
确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。 注意：蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
目的基因预期的蛋白质功能基因表达载体基因获取目的基因→
构建表达载体→
导入受体细胞→
目的基因的检测与表达预期蛋白质功能→
设计蛋白质结构→
推测氨基酸序列→
推测核苷酸序列→
合成DNA →表达出蛋白质定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。生产自然界没有的蛋白质（一）蛋白质工程的内容
蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系。
实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系。（二）蛋白质工程的主要步骤通常包括：
（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；
（2）测定其氨基酸序列；
（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；
（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。五、蛋白质工程的进展和前景1.进展胰岛素速效型药品 2.前景制作电子元件3.现状蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。应用于微电子方面具有 、耗电少和 的特点体积小效率高2.基因工程是遵循中心法则，
从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
蛋白质工程是按照以下思路进行的：
确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，
可以创造自然界不存在的蛋白质。思考与探究 3.酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。
概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。
通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（ ）
A．是生物在长期进化过程中形成的
B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要
C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种
D．一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测D2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
C．肽链结构 D．基因结构 Ｄ3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ）
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要
B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构
C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程
Ｂ4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ ）
A、蛋白质工程以基因工程为基础
B、蛋白质工程就是酶工程的延伸
C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 Ａ5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②Ｃ6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（ ）
A．氨基酸种类增多
B．氨基酸种类减少
C．仍为天然存在蛋白质
D．可合成天然不存在蛋白质Ｄ7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ）
A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品
B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面
C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用
D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多C