人教版选修3专题一第四节蛋白质工程的崛起（共45张PPT）

课件45张PPT。蛋白质工程的崛起胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。如何使胰岛素快速发挥降糖作用？1、基因工程的应用
（1）基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ，进而表现出新的 。
（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的 。一、蛋白质工程崛起的缘由基因蛋白质性状蛋白质进化结构和功能生存2、天然蛋白质的不足
天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，它们的 符合特定物种 的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。基因工程的实质是什么？它有哪些不足二、蛋白质工程的基本原理1、研究基础：以蛋白质分子的 及其与
的关系。结构规律生物功能2、操作对象：基因 或基因 。 修饰合成3、目的:对现有蛋白质进行改造或制造新的 ，满足人类生产和生活的需求蛋白质思考感悟
对天然蛋白质进行改造，是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？
　对基因的操作。4、流程：
预期蛋白质功能→设计 →推测应有的 序列→找到对应的 序列。预期的蛋白质氨基酸脱氧核苷酸5．原理：_________________中心法则的逆向推理蛋白质工程原理及流程图基因
DNA氨基酸序列
多肽链蛋白质
三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计推测其原理是：根据中心法则逆向推理。蛋白质工程的实质是什么？基因修饰或基因合成.【巩固1】 下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是(　　)
A．将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使生物表现出新的性状
B．干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒的感染和癌症
C．由于赖氨酸抑制天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸产量难以提高
D．蛋白质工程能产生自然界已有的蛋白质解析　蛋白质工程崛起的缘由是为了得到完全符合人类生产和生活需要的特定的蛋白质。如玉米生产过程中将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。C三、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。蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行修饰或合成目前蛋白质工程进展如何？三、蛋白质工程的进展和前景2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的 的了解还很不够。高级结构前景诱人
(1)科学家通过对 的改造，已使其成为速效型药品。
(2)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，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有 的特点。胰岛素体积小、耗电少和效率高3、蛋白质工程还必须依靠 、 等技术才能实现。基因工程组织培养核心要点突破对蛋白质工程的理解要点一1．蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的新蛋白质。2．基本原理和途径
它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推理。图示如下：3．设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。
4．蛋白质工程的步骤 某多肽链的一段氨基酸序列是：…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…(氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙氨酸UUU、UUC)
(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
(2)确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因(DNA)?【思路点拨】　本题考查蛋白质工程的原理及实例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。
③根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。解答　(1)根据氨基酸序列反推mRNA上密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为：(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合成，或从基因库中获取…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…DNA…mRNA…AUGUGGUUUUGGUUC基因 基因 基因表达载体构建基因修饰或基因改造获取目的基因→
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以基因工程为基础,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、新的蛋白质【巩固2】 基因工程与蛋白质工程的区别是(　　)
A．基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作
B．基因工程合成自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质
C．基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)的操作
D．基因工程完全不同于蛋白质工程B【例1】 蛋白质工程是指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、生产的过程。下图是蛋白质工程的基本途径，试回答下列有关问题。蛋白质工程及其原理(1)图中③过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的________，后者位于________分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着________ 关系。
(2)通过③过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上________和________，在这个过程中需要________ 酶的参与。
(3)完成④过程需要涉及________ 技术。密码子信使RNA碱基互补配对启动子终止子DNA连接基因工程深度剖析　(1)由氨基酸可推知mRNA中碱基序列，进而能推知相应基因中的核苷酸序列；(2)经③过程获得的脱氧核苷酸序列并非完整的基因，它还必需加入启动子、终止子等；(3)完成④过程需基因工程技术，从而实现改造的目的基因的表达。蛋白质工程的应用9、下列不属于蛋白质工程成果的是（ ）
A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性
B．生产出鼠—人嵌合抗体
C．将t—PA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺
D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素属于基因工程的成果D练习检测1．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 D练习检测2．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
B3、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 A4、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．③④①②
C 练习检测5、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D1．（8分）科学家将人的生长激素基因与大肠杆菌的DNA分子进行重组，并成功地在大肠杆菌中得以表达。但在进行基因工程的操作过程中，需使用特定的限制酶切割目的基因和质粒，便于重组和筛选。已知限制酶I的识别序列和切点是—G↓GATCC— ，限制酶II的识别序列和切点是—↓GATC—，据图回答：目的基因外源DNA限制酶Ⅰ限制酶Ⅱ目的基因与运载体有几种组合? (1)过程①表示的是采取 的方法来获取目的基因。
（2）根据图示分析，在构建基因表达载体过程中，应
用限制酶 切割质粒，用限制酶 酶切割目的基因。用限制酶切割目的基因和运载体后形成的黏性末端通过 原则进行连接。
(3)人的基因之所以能与大肠杆菌的DNA分子进行重组，原因是 。反转录法（人工合成法） ⅠⅡ 碱基互补配对 人的基因与大肠杆菌DNA的双螺旋结构相同 (4)人体的生长激素基因能在细菌体内成功表达是因为 。
写出目的基因导入细菌中表达的过程 。
(5)将得到的大肠杆菌B涂布在一个含有氨苄青霉素的培养基上，能够生长的，说明已导入了 ，反之则没有导入。共用一套（遗传）密码子 生长激素基因 → mRNA → 人生长素人生长激素基因转录翻译2.（9分）降钙素是一种多肽类激素，临床上用于治疗骨质疏松症等。人的降钙素活性很低，半衰期较短。某科学机构为了研发一种活性高、半衰期长的新型降钙素，从预期新型降钙素的功能出发，推测相应的脱氧核苷酸序列，并人工合成了两条72个碱基的DNA单链，两条链通过18个碱基对形成部分双链DNA片段，再利用Klenow酶补平，获得双链DNA，过程如下图。又称克列诺片段，是大肠杆菌聚合酶I的大片断，对突出的粘末端可以催化产生平末端，用于后续的平端连接（1）Klenow酶是一种________ 酶，合成的双链DNA有_______个碱基对。
（2）获得的双链DNA经EcoRⅠ（识别序列和切割位点-G↓AATTC-）和BamHⅠ（识别序列和切割位点-G↓GATCC-）双酶切后插入到大肠杆菌质粒中，筛选含重组质粒的大肠杆菌并进行DNA测序验证。
①大肠杆菌是理想的受体细胞，这是因为它_________________________。
②设计EcoRⅠ和BamHⅠ双酶切的目的是___________________________。
③要进行重组质粒的鉴定和选择，需要大肠杆菌质粒中含有_______________。DNA聚合酶 126 繁殖快、单细胞、遗传物质相对较少保证目的基因和载体定向连接（或防止目的基因
和载体在酶切后产生的末端发生任意连接) 标记基因 （3）经DNA测序表明，最初获得的多个重组质粒，均未发现完全正确的基因序列，最可能的原因是_______________。（4）上述制备该新型降钙素，运用的现代生物工程技术是____________________。合成的核苷酸单链仍较长，产生缺失碱基的现象　　 蛋白质工程、基因工程3．(广东卷39)（《现代生物科技专题》，10分）
天然酿酒酵母菌通常缺乏分解淀粉的酶类，用作发酵原料的淀粉需经一系列复杂的转化过程才能被利用。研究者从某丝状真菌中获取淀粉酶基因并转人酿酒酵母菌，获得的酿酒酵母工程菌可直接利用淀粉产生酒精。请回答下列问题：（1）将淀粉酶基因切割下来所用的工具是 ，用 将淀粉酶基因与载体拼接成新的DNA分子，下一步将该DNA分子 ，以完成工程菌的构建。限制酶DNA连接酶导入酿酒酵母菌（3）如何进一步鉴定不同的转基因工程菌菌株利用淀粉能力的大小？
?（2）若要鉴定淀粉酶基因是否插人酿酒酵母菌，可采用的检测方法是 ；若要鉴定淀粉酶基因是否翻译成淀粉酶，可采用
检测。将该工程菌接种在含淀粉的固体平板培养基上，培养一定时间后，加入碘液，工程菌周围出现透明圈，请解释该现象发生的原因。DNA分子杂交技术抗原—抗体杂交或淀粉酶活性该工程菌产生的淀粉酶可分泌至培养基，水解淀粉后的区域，遇碘不再变蓝色，产生透明圈测定相同培养条件下不同工程菌菌株的淀粉酶活性或酒精产量（4）微生物在基因工程领域中有哪些重要作用？①工具酶主要来自微生物；
②最重要的目的基因供体库之一；
③目的基因的载体之一；
④作为受体细胞；
⑤提供用于发酵的工程菌4．（9分）以重组DNA技术为核心的基因工程正在改善着人类的生活。请回答下列问题：
（1）获得目的基因的方法通常包
括 和 。
（2）切割和连接DNA分子所使用的酶分别
是 和 。
（3）运送目的基因进入受体细胞的载体一般选用病毒或 ，后者的形状成 。
（4）由于重组DNA分子成功导入受体细胞的频率 。所以在转化后通常需要进行 操作。
（5）将人胰岛素基因分别导入大肠杆菌与酵母菌，从两者生产的胰岛素在功能和 序列上是相同的。酶切获取化学合成或人工合成） 限制性内切酶DNA连接酶质粒小型环状低筛选氨基酸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练习检测C8、T4溶菌酶的稳定性大大提高的根本原因是（ ）
A．控制T4溶菌酶合成的基因的一个位点发生突变
B．控制T4溶菌酶合成的mRNA上的密码子发生变化
C．T4溶菌酶中一个氨基酸发生了替换
D．T4溶菌酶中的第3位氨基酸由异亮氨酸变为半胱氨酸练习检测A再见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。