1、專題1 基因工程 蛋白質(zhì)工程 揚(yáng)大附中 朱鳳蘭導(dǎo)入普通棉花(無抗蟲特性)蘇云金芽孢桿菌提取抗蟲基因棉花細(xì)胞(含抗蟲基因)棉花植株(有抗蟲特性)重組DNA形成復(fù)習(xí)與思考：以上抗蟲棉的培育使用了什么技術(shù)？說說該技術(shù)的操作流程。你認(rèn)為這個(gè)技術(shù)的實(shí)質(zhì)是什么？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)，使后者產(chǎn)生 ，進(jìn)而表現(xiàn)出 ?；虮静荒墚a(chǎn)生的蛋白質(zhì)新的性狀基因異體表達(dá)它產(chǎn)生的蛋白質(zhì)自然界中有嗎？ 基因工程原則上只能生產(chǎn) 的蛋白質(zhì)。這些天然蛋白質(zhì)是生物在長期 過程中形成的，它們的 符合特定物種 的需要。但它們能否完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要呢？藍(lán)玫瑰轉(zhuǎn)基因矮牽牛轉(zhuǎn)基因小鼠 基因工程的成果基因工

2、程的不足：自然界已經(jīng)存在進(jìn)化生存結(jié)構(gòu)和功能閱讀人教版P26第二自然段思考： 科學(xué)家在干擾素的保存和玉米的賴氨酸的產(chǎn)量上面臨什么樣的問題？如何解決這些問題？一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由學(xué)習(xí)任務(wù)1.改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外70可以保存半年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)倍改造改造問題1：解決：蛋白質(zhì)功能不能滿足需求改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)工程的目標(biāo): 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，生產(chǎn) 符合人們需要的、

3、甚至自然界不存在的蛋白質(zhì)。-半胱氨酸-體外很難保存？如何改造-絲氨酸-體外可以保存半年問題2：如何對天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造？干擾素干擾素（改）思考與討論(你認(rèn)為直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？能否說出你的理由？) 蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜 ,人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和如何行使功能知之甚少，有待進(jìn)一步探索。 應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(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，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的?；蚋脑?可遺傳； 蛋白質(zhì)改造-

4、-不可遺傳（2）對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 1.原理：改造基因（基因修飾或基因合成）溫故知新：天然蛋白質(zhì)如何合成呢？ 逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制復(fù)制天然蛋白質(zhì)的合成遵循中心法則轉(zhuǎn)錄DNA（基因）mRNA翻譯形成氨基酸序列的多肽鏈盤曲折疊形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能 蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是生產(chǎn)符合人們需要的蛋白質(zhì)，應(yīng)該從哪里出發(fā)？天然蛋白質(zhì)合成過程：. 途徑:預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）中心法則的逆推學(xué)習(xí)任務(wù)2： mRNA核苷酸序列 GCU/C/A/G UGG AA

5、A/G AUG UUU/C DNA脫氧核苷酸序列 CGA/G/T/C ACC TTT/C TAC AAA/G根據(jù)以下氨基酸序列寫出決定這一肽鏈的脫氧核苷酸序列。 已知部分氨基酸的密碼子： 丙氨酸為GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸為UGG 賴氨酸為AAA、AAG 甲硫氨酸AUG 苯丙氨酸UUU、UUC 氨基酸序列 丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸 想一想：1.控制此多肽合成的基因中的堿基序列可能有多少種？想一想：氨基酸序列與密碼子序列、脫氧核苷酸序列之間有什么關(guān)系？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）？ 根據(jù)人類的需要改造它,通過人工合成的方法或根據(jù)蛋白質(zhì)改

6、造部位多少,進(jìn)行大改、中改、小改。如何進(jìn)行大改、中改、小改？學(xué)習(xí)任務(wù)3： 閱讀蘇教版P35-37并完成以下填空：1.蛋白質(zhì)的改造：大改:設(shè)計(jì)并制造自然界中不存在的_，使之具有特定的 序列、空間結(jié)構(gòu)和 。中改:在蛋白質(zhì)分子中改變 的結(jié)構(gòu)。小改:通過基因工程中的 技術(shù)，有目的改造蛋白質(zhì)分子中某活性部位的 氨基酸殘基，以改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能。全新蛋白質(zhì) 氨基酸 預(yù)期功能 某一多肽鏈片段或一個(gè)特定 定點(diǎn)誘變 一個(gè)或幾個(gè) 學(xué)習(xí)任務(wù)4.在基因水平上實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造 你能否利用具有正常基因的載體質(zhì)粒，含突變序列的引物 GCC,4種游離的脫氧核苷酸,DNA聚合酶,DNA連接酶等條件。借鑒PCR技術(shù)反應(yīng)過程

7、，在導(dǎo)學(xué)案上模擬改造基因改造蛋白質(zhì)的過程。（參考蘇教版P36頁積極思維）？事實(shí)1.改變蛋白質(zhì)肽鏈中的個(gè)別氨基酸或一段氨基酸序列可以實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造。事實(shí)2.改變蛋白質(zhì)肽鏈中的個(gè)別氨基酸時(shí),通常采用定點(diǎn)誘變技術(shù)獲得人類需要的目的蛋白質(zhì)。歸納：1.基因定點(diǎn)誘變技術(shù)實(shí)際上就是基因中 的定向改變。2.PCR技術(shù)是基因定點(diǎn)誘變的常用方法：先通過 獲得定點(diǎn)突變的基因，再通過 的方法，將突變基因?qū)?細(xì)胞，經(jīng)過 合成所需的蛋白質(zhì)。 可見蛋白質(zhì)工程的基礎(chǔ)是 工程，蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程。一個(gè)或幾個(gè)核苷酸 PCR擴(kuò)增轉(zhuǎn)錄和翻譯基因工程 受體 基因 （PCR技術(shù)，基因工程 ）基因定點(diǎn)誘變技術(shù) 項(xiàng)目內(nèi)容條件原

8、料酶引物能量 操作方法 法 結(jié) 果適應(yīng)范圍后代中半數(shù)為誘變的分子脫氧核苷酸聚合酶、連接酶含突變順序的分子片段空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)與基因突變相比，基因定點(diǎn)誘變技術(shù)有什么特點(diǎn)？定向改造蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈基因DNA預(yù)期功能DNA合成分子設(shè)計(jì)mRNA生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯折疊4.蛋白質(zhì)工程流程圖中心法則 中心法則的逆推 蛋白質(zhì)工程（小改）的主要步驟通常包括：從生物體中分離純化目的蛋白；測定其氨基酸序列；借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維結(jié)構(gòu)和三維晶體結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如

9、點(diǎn)突變；通過基因工程表達(dá)，分離、純化新蛋白,功能檢測后投入實(shí)際使用。5.蛋白質(zhì)工程的概念(人教)蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。（蘇教）通過物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNA技術(shù)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)?；A(chǔ)：了解 ；途徑： ；目標(biāo)： ,滿足人類的生產(chǎn)或生活的需要蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能基因改造（基因修飾或制造）定向改造或制造蛋白質(zhì)歸納：蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較項(xiàng)目 蛋

10、白質(zhì)工程 基因工程過程實(shí)質(zhì)結(jié)果聯(lián)系改造基因基因異體表達(dá)生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì) 生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程，必須通過基因修飾或基因合成才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列推測核苷酸序列合成DNA ，表達(dá)出蛋白質(zhì)獲取目的基因構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測與表達(dá)謝謝！三.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 實(shí)例：科研人員通過蛋白質(zhì)工程來設(shè)計(jì)改變酶的構(gòu)象。在研究溶菌酶的過程中，得到了多種突變酶，測得酶50發(fā)生變性時(shí)的溫度(Tm)，部分結(jié)果見下表： 酶半胱氨酸(Cys)的位置和數(shù)目 二硫鍵數(shù)目 Tm野生型T。溶菌酶 Cys51，Cys97 無 41.9 突變酶1 Cys21，C

11、ys143 1 52.9 突變酶2Cys3,Cys9,Cys21,Cys142,Cys164 3 65.5從上述資料中可以看出溶菌酶熱穩(wěn)定性的提高，是通過改變 、 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，通過基因工程的手段，可以生產(chǎn)自然界中不存在的蛋白質(zhì)，屬于 工程。(注：Cys上角的數(shù)字表示半胱氨酸在肽鏈的位置)半胱氨酸(Cys)的位置和數(shù)目二硫鍵數(shù)目 人工合成 蛋白質(zhì) 改造酶的結(jié)構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性。 制藥領(lǐng)域 鼠源雜交瘤抗體對癌細(xì)胞有特異的識別能力和殺傷力，但有導(dǎo)致機(jī)體過渡敏感的副作用。 怎么改進(jìn)？說說流程.放眼社會、拓展視野。蛋白質(zhì)工程應(yīng)用前景廣闊

12、。 蛋白質(zhì)工程不僅能更充分地利用自然界中存在的蛋白質(zhì)，而且能在分子水平上對蛋白質(zhì)進(jìn)行再設(shè)計(jì)和改造，進(jìn)而創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。謝謝！-半胱氨酸-體外很難保存？如何改造-絲氨酸-體外可以保存半年問題3、你能推測出干擾素基因改造前和改造后的該部分序列嗎？ （半胱氨酸：UGU；絲氨酸：UCU）干擾素干擾素（改）思考與討論能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入適合的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)食品呢？異想天開： 理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來而自然界不存在的蛋白質(zhì)。 主要是因

13、為蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，要設(shè)計(jì)出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過艱辛的探索，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的 思維誤區(qū)： 蛋白質(zhì)工程就是酶工程嗎？ 酶大多是蛋白質(zhì)。酶工程包括酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面，其重點(diǎn)在于對已存在酶的合理充分利用。 而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。 酶工程至多是蛋白質(zhì)工程的一部分。項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程操作起點(diǎn)操作核心過程目標(biāo)結(jié)果聯(lián)系目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能基因表達(dá)載體基因獲取目的基因構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測與表達(dá)預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列推測

14、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生物產(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,延伸出來的第二代基因工程。因?yàn)閷ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)重組 創(chuàng)新四、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景進(jìn)展：胰島素速效型藥品的生產(chǎn) 前景：微電子方面、干擾素、高產(chǎn)賴氨酸玉米的設(shè)計(jì)等思考：基因定點(diǎn)誘變技術(shù)與基因突變的比較比較基因定點(diǎn)誘變基因突變相同點(diǎn)發(fā)生的過程結(jié)果不同點(diǎn)場所手段方向DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀生物體外生物體內(nèi)定向改造不定向性PCR技術(shù)物理

15、化學(xué)生物（一）蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)；二是確定蛋白質(zhì)的化學(xué)組成及空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系。 實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。（二）蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如點(diǎn)突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實(shí)際使用。異想天開能

16、不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？理論講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。五、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景1.進(jìn)展胰島素速效型藥品 2.前景制作電子元件3.現(xiàn)狀蛋白質(zhì)工程目前成功的例子不多,原因是對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解不夠。要設(shè)計(jì)出更

17、加符合人類需求的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過艱辛的探索。應(yīng)用于微電子方面具有 、耗電少和 的特點(diǎn)體積小效率高3.酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。 概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中

18、，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。 1 關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說法不正確的是（ ）A是生物在長期進(jìn)化過程中形成的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)的有20種D一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要練習(xí)檢測D2蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是 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) 3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)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4、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)