高中生物 第一章 基因工程 1.4 蛋白质工程的崛起 新人教版选修3.ppt

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1、1.41.4蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起温故知新温故知新1 1、基因工程的基本操作程序、基因工程的基本操作程序2 2、获取目的基因的方法、获取目的基因的方法3 3、基因表达载体的组成及各个组成部件的作用？、基因表达载体的组成及各个组成部件的作用？4 4、将目的基因导入受体细胞的方法及受体细胞分别、将目的基因导入受体细胞的方法及受体细胞分别是什么？是什么？5 5、目的基因的检测水平、步骤及方法、目的基因的检测水平、步骤及方法合作探究一、蛋白质工程崛起的缘由合作探究一、蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程的实质？不足之处？、基因工程的实质？不足之处？2 2、天然的蛋白质的不足？有何方法可弥补？

2、举例说、天然的蛋白质的不足？有何方法可弥补？举例说明明!3 3、蛋白质工程的目的是什么？、蛋白质工程的目的是什么？4 4、【旁栏思考题】对天然蛋白质进行改造，你认为、【旁栏思考题】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？因的操作来实现？一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程、基因工程（1 1）基因工程的实质：将一种生物的）基因工程的实质：将一种生物的_转移到另一转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的种生物体内，后者可以产生它本不能产生的_，进而表现出进而表现出_。（2 2

3、）基因工程的不足：）基因工程的不足：原则上只能生产自然界已存在的蛋白质原则上只能生产自然界已存在的蛋白质2 2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足天然蛋白质是生物在长期天然蛋白质是生物在长期_过程中形成的，它们的结过程中形成的，它们的结构与功能符合构与功能符合_生存的需要，却不一定完全生存的需要，却不一定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。3 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要的蛋白质生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质,甚至是自然界不存甚至是自然界不存在的蛋白质在的蛋白质基因基因蛋白质蛋白质新性状新性状进化进化特定物种特定物种案例案例改造改

4、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）改造改造改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）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可提高数倍4 4、思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对、思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分

5、子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？答案：应该答案：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，改造了基）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，而且因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的基因可以遗传改造过的基因可以遗传下去下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造。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。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

6、接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，容易操作，难度要小得多难度要小得多。合作探究二、蛋白质工程的基本原理合作探究二、蛋白质工程的基本原理阅读课本回答问题阅读课本回答问题1 1、蛋白质工程的目标？实质？、蛋白质工程的目标？实质？2 2、天然蛋白质的合成途径？蛋白质工程的基本途径、天然蛋白质的合成途径？蛋白质工程的基本途径？3 3、根据基本途径思考：蛋白质工程的原理、根据基本途径思考：蛋白质工程的原理4 4、理解并熟记蛋白质工程的流程图、理解并熟记蛋白质工程的流程图二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理1 1、目标：根据人们对、目标：根据人们对 功能的特定需求，对蛋白功

7、能的特定需求，对蛋白质的质的 进行分子设计。进行分子设计。2 2、实质：对、实质：对 的基因进行改造的基因进行改造 （基因（基因 或基因或基因 ）蛋白质蛋白质结构结构修饰修饰合成合成编码蛋白质编码蛋白质3 3、天然蛋白质的合成途径、天然蛋白质的合成途径基因基因表达表达形成氨基酸序列的多肽链形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能行使生物功能蛋白质工程的途径蛋白质工程的途径预期蛋白质功能预期蛋白质功能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应的脱氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列(基基因因)-中心法则中心法

8、则（转录和翻译）（转录和翻译）天然蛋白质的合成途径原理天然蛋白质的合成途径原理蛋白质工程的原理：蛋白质工程的原理：中心法则的逆推中心法则的逆推蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1 1）从生物体中）从生物体中分离纯化分离纯化目的目的蛋白蛋白；（2 2）测定测定其氨基酸其氨基酸序列序列；（3 3）借借助助核核磁磁共共振振和和X X射射线线晶晶体体衍衍射射等等手手段段，尽尽可可能能地地了了解解蛋蛋白质的二维重组和三维晶体白质的二维重组和三维晶体结构结构;（4 4）设设计计各各种种处处理理条条件件，了了解解蛋蛋白白质质的的结结构构变变化化，包包括括折折叠叠与去折叠等与去折叠

9、等对其活性与功能的影响对其活性与功能的影响；（5 5）设计设计编码该蛋白的编码该蛋白的基因改造方案基因改造方案，如点突变；，如点突变；（6 6）分离、纯化新蛋白分离、纯化新蛋白，功能检测功能检测后投入实际使用。后投入实际使用。基因基因DNADNA氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNAmRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNADNA合成合成分子设计分子设计中心法则中心法则蛋白质工程蛋白质工程总结总结蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念蛋白质工程与基因工程之间的区别与联系蛋白质工程与基因工程之间的区别与联系蛋蛋白白质质工工程程概概念念理理解解基

10、础：基础：途径：途径：结果：结果：蛋白质分子的蛋白质分子的结构规律结构规律及其及其生物功能生物功能的关系的关系基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对对现有现有蛋白质进行改造，或制造一种蛋白质进行改造，或制造一种新新的蛋的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。白质，以满足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念蛋白质工程蛋白质工程是指以是指以蛋白质分子的蛋白质分子的结构规律结构规律及其及其生物功生物功能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，对现现有有蛋白质进行改造，或制造一种蛋白质进行改造，或制造一种新新的蛋白质，以满足的蛋白质，以

11、满足人类的生产和生活的需求。人类的生产和生活的需求。蛋白质工程的实质是对蛋白质工程的实质是对编码蛋白质编码蛋白质的基因进行改造的基因进行改造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改造基因改造基因获取目的基因获取目的基因构建表达构建表达载体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蛋白质结构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 DNA 表达出蛋白质表达出蛋白

12、质定向改造生物的遗传特性，获得人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类所需的生物类型或生物产品定向定向改造或生产改造或生产人类所需人类所需的蛋白质的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白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,延伸出来的第二代基因工程延伸出来的第二代基因工程。因。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。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合作探究：比较基因工程和蛋白质工程合作探究：比较基因工程和蛋白质工程合作探究

13、三、蛋白质工程的进展和前景合作探究三、蛋白质工程的进展和前景举例说明蛋白质工程的应用举例说明蛋白质工程的应用蛋白质工程的现状？原因？蛋白质工程的现状？原因？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？理论上讲可以理论上讲可以，但，但目前还没有真正成功的例子目前还没有真正成功的例子。一些报道利用。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，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。主要原因是主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂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，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质，而且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一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的害也是人们所担心的。