蛋白质工程的崛起公开课课件.ppt

蛋白质工程的崛起公开课第1页，此课件共23页哦知识回顾基因工程的操作步骤？基因工程的操作步骤？思考：思考：基因工程产生的蛋白质是否完全基因工程产生的蛋白质是否完全符合人类生产和生活的需要？符合人类生产和生活的需要？“中心法则中心法则”的内容是什么？的内容是什么？第2页，此课件共23页哦为什么要进行蛋白质工程为什么要进行蛋白质工程?一、蛋白质工程崛起的缘由一、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身的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要类生产和生活需要，所以需要加，所以需要加以改造。以改造。第3页，此课件共23页哦一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由（1）基因工程的实质：）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生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。白质，进而表现出新的性状。第4页，此课件共23页哦 天然蛋白质是生物在天然蛋白质是生物在长期进化长期进化过程中过程中形成的，它们的形成的，它们的结构和功能结构和功能符合符合特定物种特定物种生存的需要生存的需要，却，却不一定完全符合人类生产和不一定完全符合人类生产和生活的需要生活的需要。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。要的蛋白质。第5页，此课件共23页哦满足人类生产满足人类生产和生活的需要和生活的需要例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（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可提高数倍改造改造改造改造第6页，此课件共23页哦二、蛋白质工程的基本原理二、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，对根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋蛋白质的结构进行分子设计白质的结构进行分子设计。1、目标：、目标：2、原理：、原理：（原理：（原理：基因修饰和基因合成基因修饰和基因合成）第7页，此课件共23页哦思考：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质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？分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？应该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，对天然蛋白质改造，主要原因如下：主要原因如下：（1 1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了）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，而且基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗改造过的基因可以遗传下去传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改。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。造过的蛋白质分子还是无法遗传的。（2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操容易操作，难度要小得多作，难度要小得多。第8页，此课件共23页哦二、蛋白质工程的基本原理二、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，对根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白蛋白质的结构进行分子设计质的结构进行分子设计。1、目标：、目标：2、原理：、原理：改造基因改造基因（基因修饰或基因合成）（基因修饰或基因合成）第9页，此课件共23页哦逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白质复制复制复制复制天然蛋白质的合成天然蛋白质的合成遵循中心法则遵循中心法则第10页，此课件共23页哦转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠折叠等等具有空间结构具有空间结构的蛋白质的蛋白质表达生物特有的表达生物特有的功能或性状功能或性状天然蛋白质的合成过程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遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变第11页，此课件共23页哦预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠图图图图1-291-29蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图.蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图:第12页，此课件共23页哦讨讨 论论某多肽链的一段氨基酸系列是：某多肽链的一段氨基酸系列是：.丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸.答：确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人答：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类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。库中获取。（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸系列）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸系列？请把相应的碱基系列写出来。？请把相应的碱基系列写出来。（2）确定目的基因的碱基系列后，怎样才能合成）确定目的基因的碱基系列后，怎样才能合成或改造目的基因？或改造目的基因？第13页，此课件共23页哦蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系的关系作为基础，通过作为基础，通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对，对现有现有蛋蛋白质进行改造，或制造一种白质进行改造，或制造一种新的蛋白质新的蛋白质，以满足人类的生，以满足人类的生产和生活的需求。产和生活的需求。蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二基第二基因工程。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。蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。第14页，此课件共23页哦蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？有什么不同？答：答：基因工程基因工程是遵循是遵循中心法则中心法则，从从DNAmRNA蛋蛋白质白质折叠产生功能折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有基本上是生产出自然界已有的蛋白质。的蛋白质。蛋白质工程蛋白质工程是按照以下思路进行的：是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应有的高级结构蛋白质蛋白质应具备的折叠状态应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应有的碱基应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。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注意：蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。则的逆推。第15页，此课件共23页哦项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作起点操作起点操作核心操作核心过程过程目标目标结果结果联系联系目的基因目的基因预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能基因表达载体基因表达载体基因基因获取目的基因获取目的基因构建表达载体构建表达载体导入受体细胞导入受体细胞目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列推测核苷酸序列推测核苷酸序列合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质定向改造生物的遗传特性，定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或获得人类所需的生物类型或生物产品生物产品定向改造或生产人类所需定向改造或生产人类所需的蛋白质的蛋白质生产自然界中已有的蛋白生产自然界中已有的蛋白质质蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二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。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生产自然界没有的蛋白质第16页，此课件共23页哦异想天开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？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。担心的。第17页，此课件共23页哦五、蛋白质工程的进展和前景1.1.进展进展胰岛素速效型药品胰岛素速效型药品 2.2.前景前景制作电子元件制作电子元件3.3.现状现状蛋白质工程目前成功的例子不多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。探索。应用于微电子方面应用于微电子方面具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点的特点体积小体积小效率高效率高第18页，此课件共23页哦思考与探究思考与探究 1.1.蛋白质工程是应怎样的社会需求而崛起的？蛋白质工程是应怎样的社会需求而崛起的？这说明社会需要与科技发展之间有什么关系？这说明社会需要与科技发展之间有什么关系？答：答：蛋白质工程是应工业生产和基础理论研究的需要蛋白质工程是应工业生产和基础理论研究的需要而崛起的，社会需要与科技发展相互促进共同发展。而崛起的，社会需要与科技发展相互促进共同发展。2.2.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？同？答：基因工程是遵循中心法则，从答：基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNADNAmRNA蛋白蛋白质质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。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工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能蛋蛋白质应有的高级结构白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应具备的折叠状态应有的应有的氨基酸序列氨基酸序列应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。蛋白质。第19页，此课件共23页哦3.3.酶工程酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，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。疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白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。到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。第20页，此课件共23页哦1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（正确的是（）A是生物在长期进化过程中形成的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构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测练习检测D第21页，此课件共23页哦2蛋白质工程中蛋白质工程中直接直接需要进行操作的对象是需要进行操作的对象是 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 v3下列关于蛋白质工程的说法下列关于蛋白质工程的说法错误错误的是（）的是（）vA蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更更加符合人类的需要加符合人类的需要vB蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行行操作，定向改变分子的结构操作，定向改变分子的结构vC蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过的的新新型型蛋蛋白质分子白质分子vD蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为为第第二二代代基基因工程因工程第22页，此课件共23页哦v4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）vA A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础vB B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸vC C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造vD D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 第23页，此课件共23页哦