生物：1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版选修3).ppt

生物：1.4蛋白质工程的崛起课件(新人教版选修3)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望怎样让一种生物的性状在另一种生物中表达？在种内可以用常规的杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了,则应采用什么技术？杂交育种杂交育种基因工程基因工程思考生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中产生的，它的结构和性能不能完全满足中产生的，它的结构和性能不能完全满足人类生产生活的需要。人类生产生活的需要。例如：干扰素是动物体内的一种蛋白质是一种抗例如：干扰素是动物体内的一种蛋白质是一种抗病毒抗肿瘤的药物，但在体外保存相当困难。于病毒抗肿瘤的药物，但在体外保存相当困难。于是我们要对现有的蛋白质进行改造，制造出目前是我们要对现有的蛋白质进行改造，制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们由开从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们由开始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了。你知道人类蛋白质组计你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了么关系？我国科学家承担了什么任务？什么任务？人类蛋白质组计划是继人类基因组计划人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域中的一项之后，生命科学乃至自然科学领域中的一项重大的科学命题。重大的科学命题。20012001年，国际人类蛋白质年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：一项是有中国科动两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行的学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划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；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类人类血浆蛋白质组计划血浆蛋白质组计划”。“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺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，目前重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有有1616个国家和地区的个国家和地区的8080多个实验室报名参加。多个实验室报名参加。它的科学它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为为重大肝病预防重大肝病预防、诊断诊断、治疗和新药研发的突破治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础提供重要的科学基础。人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白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质工程的有力推动和理论支持。蛋蛋白白质质工工程程就就是是在在对对蛋蛋白白质质的的化化学学、晶晶体体学学、动动力力学学等等结结构构与与功功能能认认识识的的基基础础上上，对对蛋蛋白白质质人工改造与合成的产品。人工改造与合成的产品。“后后基基因因组组时时代代”将将是是“蛋蛋白白质质组组学学时时代代”，即即从从对对基基因因信信息息的的研研究究转转向向对对蛋蛋白白质质信信息息的的研研究究，包包括括研研究究蛋蛋白白质质结结构构、功功能能与与应应用用及及蛋蛋白白质相互关系和作用。质相互关系和作用。一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要例如：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二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 对天然蛋白质进行改造，对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的进行操作，还是通过对基因的操作来实现？操作来实现？1、目标：、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋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。白质的结构进行分子设计。通过对基因的操作来实现，因为基因决定蛋白质的合成。2、蛋白质工程的原理：基因改造、蛋白质工程的原理：基因改造3、基本途径：、基本途径：从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列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）找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？程有什么不同？答：基因工程是遵循中心法则，答：基因工程是遵循中心法则，DNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能，折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质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：蛋白质工程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蛋白质应有的高级结构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氨应有的氨基酸序列基酸序列应有的碱基排列，可以创造自应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质然界不存在的蛋白质蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构血红蛋白质的四级结构血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子血红蛋白分子就是由二个由就是由二个由141个氨基酸残个氨基酸残基组成的基组成的亚基亚基和二个由和二个由146个个氨基酸残基组氨基酸残基组成的成的亚基按特亚基按特定的接触和排定的接触和排列组成的一个列组成的一个球状蛋白质分球状蛋白质分子，每个亚基子，每个亚基中各有一个含中各有一个含亚铁离子的血亚铁离子的血红素辅基。红素辅基。讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨甲硫氨酸酸苯丙氨酸苯丙氨酸（1 1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序）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？列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？（2 2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合）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（成或改造目的基因（DNADNA）？）？（1 1）mRNAmRNA序列为：序列为：GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列：CGACGA（或（或G G或或T T或或C C）ACCTTTACCTTT（或（或C C）TACAAATACAAA（或（或G G）（2 2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人）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类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。中获取。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蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础及其与生物功能的关系作为基础，通过基，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对以满足人类对生产和生活的需求。生产和生活的需求。前提前提：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能原理原理：改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）目的：目的：定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程。蛋白质工程的内容主要有两方面：蛋白质工程的内容主要有两方面：根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质的蛋白质而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造相而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。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？的蛋白质食品呢？理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。理论上讲可以，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。来什么危害也是人们所担心的。三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着它是随着分子生物学分子生物学、晶体学晶体学以及以及计算机技术计算机技术的发展而诞生的，与的发展而诞生的，与基因组学基因组学、蛋白质组学蛋白质组学、生物信息学生物信息学的发展等因素有关的发展等因素有关2 2、现状：成功的例子不多，、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质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发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学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。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。成为蛋白质工程的一部分。关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是（是（）A都是分子水平上的操作都是分子水平上的操作B基因工程基因工程就是改造基因的分子结构就是改造基因的分子结构C蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构D基因工程能产生自然界根本不存在的基基因工程能产生自然界根本不存在的基因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在的蛋白质的蛋白质A蛋白质工程的基本流程正确的是（蛋白质工程的基本流程正确的是（）蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计 DNA合成合成 预期蛋白质功能预期蛋白质功能 据氨基酸序列推出脱氧据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列核苷酸序列A.B.C.D.C 枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特性，但极易被氧化而失效。性，但极易被氧化而失效。19851985年，美国的埃斯年，美国的埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222222位氨基酸替位氨基酸替换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力换后，虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，大大提高。用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。可以有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。（1 1）改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是）改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是 。（2 2）改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基）改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因与原来相比，至少有因与原来相比，至少有 个碱基对发生变化。个碱基对发生变化。（3 3）利用生物技术改造蛋白质，是提高了蛋白质）利用生物技术改造蛋白质，是提高了蛋白质的的 性，埃斯特尔所作的工作是对已知性，埃斯特尔所作的工作是对已知蛋白质进行蛋白质进行 。蛋白质工程蛋白质工程1稳定稳定少数氨基酸的替换少数氨基酸的替换畅博平台 http:/ 畅博平台 wkd49xny 传来的温热的触感，司无言结巴的说道：“没，没事，我没事。昨天是你救了我！”听到司无言说自己没事，自己也没有把脉把出什么问题，夜北冥顿时就放下了紧张的心，从自己空间拿出一个白色玉甁，交给了司无言，说道：“这是复元丹，你每天吃一粒，对你的身体有好处。”司无言盯着夜北冥手上的瓶子半响才接过去，手握紧玉甁置在胸口，感觉心里暖暖的，从来没有人这么关心过自己，哪怕是自己以前组织里关系最好的兄弟也没有因为自己受伤而给专门给自己送药。“吃了药你再好好休息一下，有事就找外面的男仆，我还有事先走了。”夜北冥站起身对司无言说完，然后就准备转身出门，还坐在床上发愣的司无言听到夜北冥说要离开，立马焦急的说道：“等一下！”夜北冥往前迈出的步伐停顿了一下，然后收回，转过身疑惑的问道：“怎么了？”其实司无言叫停夜北冥后也很惊讶，正紧张的不知道说什么的时候，司无言眼尖的发现，夜北冥的眼神很空洞，视线没有对着自己，而是自己的上方，因为自己做着夜北冥站着的原因，所以夜北冥的眼睛是直视前方的。被自己的猜测吓到的司无言迟疑的开口道：“请问？你的眼睛是不是看不见？”闻言，夜北冥皱了一下眉头，接着又听到司无言紧张的说道：“我没有别的意思，我会一点个术，我可以帮你查看一下，或许我能治好！”夜北冥皱起的眉头松开，想着梦姨炼丹术那么厉害也对我的眼睛没有办法，让他看看也并无不妥，于是就点了点头，走过去床边坐下。司无言看着眼前乖乖坐着等着自己查看的夜北冥，觉得好可爱，按耐住自己心里一直往外冒的粉红泡泡，集中精力神情严肃的执起夜北冥的手腕给她把脉。而夜北冥感觉到自己手腕处有一种特别舒服的气流传进来，蔓延自己的全身，夜北冥很惊讶自己从来没有见过这种神奇的力量，这股力量带着非常浓重的生命的气息，都说木元素是带着生命气息的元素，可是这股进入到自己身体中的神秘力量并不是木元素，到底是什么呢？夜北冥疑惑的想着。司无言并不知道夜北冥的想法，此时的他被夜北冥身体中的发现所震撼，自己体内的个神之力在往夜北冥眼睛处走去的时候。经过了夜北冥的心脏，那里有一只蛊虫在沉睡着，它的周围不知道隔着什么使自己无法接触到它，但是自己的个神之力传来的信息告诉司无言那不是一般的蛊虫。虽然不知道为什么要把一只这么危险的蛊虫搁在心脏那么重要的地方，但是司无言也没有忘记自己的正事，个神之力抵达夜北冥的眼睛的时候，司无言就知道这阻塞着眼睛周围经脉的毒素都是来自于夜北冥心脏处的那只蛊虫，因为它们的气息一样的充满了吞噬性，不过再厉害的毒在自己的个术下都能得到解决。查看完毕，司无言收回自己的个神之力，对着夜