选修三课：1．4蛋白质工程的崛起 （共31张PPT）
文档属性
| 名称 | 选修三课：1．4蛋白质工程的崛起 （共31张PPT） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 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 | 2020-04-26 17:02:26 | ||
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文档简介
(共31张PPT)
1.4 蛋白质工程的崛起
教学目的：
1、举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2、简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
一、蛋白质工程崛起的缘由
自然界中让一种生物的性状在另一种生物中表达的方法：
1.基因工程（种内）
A.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，使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状。
B.不足：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。
2.蛋白质工程（种间）
2.玉米中赖氨酸的含量较低
A.原因:赖氨酸合成过程中的两种关键酶-----天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。
B.方法：蛋白质工程
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
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
提高在低温的保存时间
半胱氨酸
丝氨酸
3.干扰素的保存的解决方法
4. 人类蛋白质组计划：
1.继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。
2.2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。
3.2003年该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
5.A.“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京.
B.目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
C.人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。
二、蛋白质工程原理
1.中心法则：
2.天然蛋白质的合成途径：
基因 表达（转录和翻译） 形成氨基酸序列的多肽
链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能
预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测
应有的氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列酸
3.蛋白质工程的途径：
4.蛋白质工程的流程
基因
DNA
氨基酸序列
多肽链
蛋白质
三维结构
预期功能（开始）
生物功能（结束）
mRNA
转录
翻译
折叠
DNA合成
分子设计
5.基因工程和蛋白质工程比较的比较：
基因工程 蛋白质工程
相同点 都要改造基因，都属于分子水平
产生新的 基因型，无新基因 有新基因（型）
产生的蛋白质 原有的 新的
联系 蛋白质工程以基因工程为基础，
是基因工程的应用和延伸
6.讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：
……—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……
（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。有多少种？
mRNA序列为：
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
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，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
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。
7.蛋白质工程：
A.概念: 以蛋白质分子的结构规律及其与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，以满足人类对生产和生活的需求。
B.前提：
C.原理：
D.目的：
了解蛋白质的结构和功能
改造基因（基因修饰或基因合成）
定向改造或制造蛋白质
8. 人类最早合成蛋白质成功的工程：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，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。
1. 蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
三、蛋白质工程的进展和前景
2.蛋白质的一级结构
3.蛋白质二级结构:指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式。二级结构主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角。
4.蛋白质的三级结构：蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象。三级结构是在二级结构的基础上进一步盘绕，折叠形成的。
5.血红蛋白质的四级结构
血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的α亚基和二个由146个氨基酸残基组成的β亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。
四.基因定点诱变技术
项目 内容
条件 原料
酶
引物
能量 ＡＴＰ
操作方法 ＰＣＲ法
结果
适应范围
后代中半数为诱变的ＤＮＡ分子
脱氧核苷酸
ＤＮＡ聚合酶和ＤＮＡ连接酶
含突变顺序的ＤＮＡ分子片段
空间结构完全清楚的蛋白质
基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。
突变点：
人工合成的引物上
手段：
PCR技术（定点突变试剂盒）
目的：
获得定点突变的基因
1.可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。
2.基因定点诱变技术与基因突变的比较
比较 基因定点诱变 基因突变
相同点 发生的过程
结果
不同点 场所
手段
方向
DNA复制过程中
产生新基因，从而产生新性状
生物体外
生物体内
定向改造
不定向性
PCR技术
物理化学方法
总结:
1、蛋白质工程崛起的缘由
2、蛋白质工程的原理：
中心法则的逆推
预期的蛋白质功能出发
推测应有的氨基酸序列
设计预期的蛋白质结构
找到相应的脱氧核苷酸序列
3、蛋白质工程的进展和前景
1．蛋白质工程崛起的缘由是( C )
A．天然蛋白质使生物适应环境
B．天然蛋白质均为自然界 已经存在的种类
C．天然蛋白质不能够完全满足人类生产、生活的需要
D．天然蛋白质的结构和种类是长期自然选择的结果
2．下列不属于蛋白质工程成果的是( D )
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
3．下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是( B )
A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的
4．下列不属于蛋白质工程的是( D )
A．对胰岛素进行改造，生产速效型药品 B．改造酶的结构，提高酶的热稳定 性
C．将天冬氨酸激酶的一个苏氨酸替换为异亮氨酸
D．将控制人的胰岛素合成的基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素
5．蛋白质工程的实质是( C )
A．改造蛋白质B．改造mRNA
C．改造基因 D．改造氨基酸
6．蛋白质工程的基本流程是( C )
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
7．蛋白质工程中，直接进行操作改造的是( D )
A．氨基酸结构
B．蛋白质的空间结构
C．肽链结构
D．基因结构
8．蛋白质工程在实 施中遇到的最大的难题是( C )
A．生产的蛋白质无法应用
B．发展前景太窄
C．对大多数蛋白质的高级结构不清楚
D．无法人工合成目的基因
9．下列关于蛋白质工程的说法不正确的是( C )
A．蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变
C．理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
10．医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法正确的是( C )
A．都与天然产物完全相同
B．都与天然产物完全不相同
C．基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物可不相同
D．基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同
11．人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推 出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是( D)
A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质
B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质
C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质
D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质
12．目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是( B )[来源:学科网]
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序 列和基因的核苷酸序列
②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列
③蓝色荧光蛋白基因的合成 ④表达出蓝色荧光蛋白
A．①②③④ B．②①③④
C．②③①④ D．④②①③
13．蛋白质工程中，对蛋白质的结构进行分子设计的根据是( A )
A．人们对蛋白质功能的特定需求
B．蛋白质中氨基酸序列
C．信使RNA中核糖核苷酸序列
D．基因中脱氧核苷酸序列
1.4 蛋白质工程的崛起
教学目的：
1、举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2、简述蛋白质工程的原理。
3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。
一、蛋白质工程崛起的缘由
自然界中让一种生物的性状在另一种生物中表达的方法：
1.基因工程（种内）
A.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，使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状。
B.不足：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。
2.蛋白质工程（种间）
2.玉米中赖氨酸的含量较低
A.原因:赖氨酸合成过程中的两种关键酶-----天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。
B.方法：蛋白质工程
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
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
提高在低温的保存时间
半胱氨酸
丝氨酸
3.干扰素的保存的解决方法
4. 人类蛋白质组计划：
1.继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。
2.2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。
3.2003年该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
5.A.“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京.
B.目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
C.人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。
二、蛋白质工程原理
1.中心法则：
2.天然蛋白质的合成途径：
基因 表达（转录和翻译） 形成氨基酸序列的多肽
链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能
预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测
应有的氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列酸
3.蛋白质工程的途径：
4.蛋白质工程的流程
基因
DNA
氨基酸序列
多肽链
蛋白质
三维结构
预期功能（开始）
生物功能（结束）
mRNA
转录
翻译
折叠
DNA合成
分子设计
5.基因工程和蛋白质工程比较的比较：
基因工程 蛋白质工程
相同点 都要改造基因，都属于分子水平
产生新的 基因型，无新基因 有新基因（型）
产生的蛋白质 原有的 新的
联系 蛋白质工程以基因工程为基础，
是基因工程的应用和延伸
6.讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：
……—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……
（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。有多少种？
mRNA序列为：
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
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，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
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。
7.蛋白质工程：
A.概念: 以蛋白质分子的结构规律及其与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，以满足人类对生产和生活的需求。
B.前提：
C.原理：
D.目的：
了解蛋白质的结构和功能
改造基因（基因修饰或基因合成）
定向改造或制造蛋白质
8. 人类最早合成蛋白质成功的工程：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，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。
1. 蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
三、蛋白质工程的进展和前景
2.蛋白质的一级结构
3.蛋白质二级结构:指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式。二级结构主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角。
4.蛋白质的三级结构：蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象。三级结构是在二级结构的基础上进一步盘绕，折叠形成的。
5.血红蛋白质的四级结构
血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的α亚基和二个由146个氨基酸残基组成的β亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。
四.基因定点诱变技术
项目 内容
条件 原料
酶
引物
能量 ＡＴＰ
操作方法 ＰＣＲ法
结果
适应范围
后代中半数为诱变的ＤＮＡ分子
脱氧核苷酸
ＤＮＡ聚合酶和ＤＮＡ连接酶
含突变顺序的ＤＮＡ分子片段
空间结构完全清楚的蛋白质
基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。
突变点：
人工合成的引物上
手段：
PCR技术（定点突变试剂盒）
目的：
获得定点突变的基因
1.可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。
2.基因定点诱变技术与基因突变的比较
比较 基因定点诱变 基因突变
相同点 发生的过程
结果
不同点 场所
手段
方向
DNA复制过程中
产生新基因，从而产生新性状
生物体外
生物体内
定向改造
不定向性
PCR技术
物理化学方法
总结:
1、蛋白质工程崛起的缘由
2、蛋白质工程的原理：
中心法则的逆推
预期的蛋白质功能出发
推测应有的氨基酸序列
设计预期的蛋白质结构
找到相应的脱氧核苷酸序列
3、蛋白质工程的进展和前景
1．蛋白质工程崛起的缘由是( C )
A．天然蛋白质使生物适应环境
B．天然蛋白质均为自然界 已经存在的种类
C．天然蛋白质不能够完全满足人类生产、生活的需要
D．天然蛋白质的结构和种类是长期自然选择的结果
2．下列不属于蛋白质工程成果的是( D )
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
3．下列关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是( B )
A．蛋白质工程和基因工程的目的都是获得人类需要的蛋白质，所以二者没有区别
B．基因工程是蛋白质工程的关键技术
C．通过蛋白质工程改造后的蛋白质有的仍然是天然的蛋白质
D．蛋白质工程是在蛋白质分子水平上直接改造蛋白质的
4．下列不属于蛋白质工程的是( D )
A．对胰岛素进行改造，生产速效型药品 B．改造酶的结构，提高酶的热稳定 性
C．将天冬氨酸激酶的一个苏氨酸替换为异亮氨酸
D．将控制人的胰岛素合成的基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素
5．蛋白质工程的实质是( C )
A．改造蛋白质B．改造mRNA
C．改造基因 D．改造氨基酸
6．蛋白质工程的基本流程是( C )
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
7．蛋白质工程中，直接进行操作改造的是( D )
A．氨基酸结构
B．蛋白质的空间结构
C．肽链结构
D．基因结构
8．蛋白质工程在实 施中遇到的最大的难题是( C )
A．生产的蛋白质无法应用
B．发展前景太窄
C．对大多数蛋白质的高级结构不清楚
D．无法人工合成目的基因
9．下列关于蛋白质工程的说法不正确的是( C )
A．蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的区段，降低鼠单克隆抗体免疫原性
B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变
C．理论上通过对关键氨基酸的置换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法
D．蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要
10．医学上，蛋白质工程药物正逐步取代第一代基因工程多肽蛋白质类替代治疗剂，下列关于基因工程药物与蛋白质工程药物的说法正确的是( C )
A．都与天然产物完全相同
B．都与天然产物完全不相同
C．基因工程药物与天然产物完全相同，蛋白质工程药物与天然产物可不相同
D．基因工程药物与天然产物不相同，蛋白质工程药物与天然产物完全相同
11．人们发现蛛丝蛋白比蚕丝蛋白更细，但强度却更大，于是有人试图通过破解蛛丝蛋白的结构从而推 出其基因结构，以指导对蚕丝蛋白基因的修改，从而让蚕也吐出像蛛丝蛋白一样坚韧的丝，此过程的名称和依据的原理分别是( D)
A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质
B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质
C．基因工程：DNA→RNA→蛋白质
D．蛋白质工程：蛋白质→RNA→DNA→RNA→蛋白质
12．目前科学家们通过蛋白质工程制造出了蓝色荧光蛋白、黄色荧光蛋白等，采用蛋白质工程技术制造出蓝色荧光蛋白过程的正确顺序是( B )[来源:学科网]
①推测蓝色荧光蛋白的氨基酸序 列和基因的核苷酸序列
②蓝色荧光蛋白的功能分析和结构设计序列
③蓝色荧光蛋白基因的合成 ④表达出蓝色荧光蛋白
A．①②③④ B．②①③④
C．②③①④ D．④②①③
13．蛋白质工程中，对蛋白质的结构进行分子设计的根据是( A )
A．人们对蛋白质功能的特定需求
B．蛋白质中氨基酸序列
C．信使RNA中核糖核苷酸序列
D．基因中脱氧核苷酸序列