高中生物 第一章 基因工程 1.3 蛋白質(zhì)工程課件 蘇教版選修3.ppt

第三節(jié)蛋白質(zhì)工程 第一章基因工程 學(xué)習(xí)導(dǎo)航1 結(jié)合教材p35 概述蛋白質(zhì)工程的概念和基本原理 2 結(jié)合教材p35 37 說出蛋白質(zhì)工程的基本過程 3 結(jié)合教材p38 39 舉例描述蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用和發(fā)展 重難點擊蛋白質(zhì)工程的概念和基本原理 課堂導(dǎo)入方式一人類可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)嗎 答案是肯定的 例如 科學(xué)家已生產(chǎn)出一種以前必須從南極魚類身體中提取的抗凍蛋白質(zhì) 這一技術(shù)可用于儲存大量新鮮的動植物和人類的組織細胞 防止形成冰晶 破壞脆弱的細胞膜和細胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 你想了解這方面的知識嗎 請跟著我一起學(xué)習(xí) 蛋白質(zhì)工程 方式二基因工程的誕生 為克服遠緣雜交的障礙問題 帶來了新的希望 并取得了豐碩成果 大腸桿菌為人類生產(chǎn)出了胰島素 牛的乳腺生物反應(yīng)器為人類制造出了蛋白質(zhì)類藥物 煙草植物體內(nèi)含有了某種藥物蛋白 至此 人們也只是實現(xiàn)了自然界現(xiàn)有基因在轉(zhuǎn)基因生物中的表達 但一個新問題出現(xiàn)了 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進化過程中形成的 它的結(jié)構(gòu) 性能不能完全滿足人類生產(chǎn)和生活的需要 于是要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造 制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì) 這樣人們又開始了新一輪的探索 蛋白質(zhì)工程應(yīng)運而生了 一 蛋白質(zhì)工程概述 內(nèi)容索引 當(dāng)堂檢測 二 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 一 蛋白質(zhì)工程概述 基礎(chǔ)梳理 1 蛋白質(zhì)工程的概念 1 基礎(chǔ) 的結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系 2 手段 借助計算機輔助設(shè)計 和重組dna技術(shù)改造 3 目的 天然蛋白質(zhì) 甚至創(chuàng)造自然界的蛋白質(zhì) 4 關(guān)鍵技術(shù) 基因工程 2 蛋白質(zhì)工程的流程預(yù)期功能 蛋白質(zhì) 3 蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)是 蛋白質(zhì)工程又被稱為 基因定點誘變 蛋白質(zhì) 基因 不存在 定向改造 氨基酸序列 基因 基因工程 第二代基因工程 4 對蛋白質(zhì)改進的三種類型 氨基酸的性質(zhì)和特點 不存在 氨基酸序列 功能 預(yù)期 蛋白質(zhì)分子 多肽鏈片段 基因工程 蛋白質(zhì)分子 氨基酸殘基 5 兩種改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術(shù) 1 適用于已知空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 2 適用于不能預(yù)先確定誘變位點的蛋白質(zhì) 定點誘變技術(shù) 非定點誘變技術(shù) 答案 1 中心法則如下 2 獲取目的基因的方法是人工合成法 問題探究 對照右面蛋白質(zhì)工程的基本過程 分析回答問題 1 請寫出中心法則 并說明蛋白質(zhì)工程中獲取目的基因的方法 答案 2 基因工程合成的蛋白質(zhì)有哪些不足 答案 答案在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要 卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要 3 對天然蛋白質(zhì)進行改造 你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作 還是通過對基因的操作來實現(xiàn) 答案 答案應(yīng)該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造 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)進行了改造 而且改造過的蛋白質(zhì)可能會遺傳下去 如果對蛋白質(zhì)直接改造 即使改造成功 但被改造過的蛋白質(zhì)分子也是無法遺傳的 2 對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作 難度要小得多 4 基因的定點誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一 試從以下各項分析此技術(shù) 脫氧核苷酸 dna聚合酶和dna連接酶 突變位點 pcr技術(shù) 空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì) 目的性和針對性 5 非定點誘變技術(shù)的適用對象和特點是什么 答案 答案 1 適用對象 對于不能預(yù)先確定誘變位點的蛋白質(zhì) 可采用非定點誘變技術(shù)來進行蛋白質(zhì)的改造 2 特點 非定點誘變突變位點多 有時甚至?xí)a(chǎn)生意想不到的改造效果 有關(guān)蛋白質(zhì)工程的三點提醒 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 被改造的蛋白質(zhì)也是無法遺傳下去的 2 蛋白質(zhì)工程在改造基因時需要與基因工程有關(guān)的工具酶 改造后的基因需要表達出相應(yīng)的蛋白質(zhì) 同樣需將改造或合成的基因?qū)胧荏w細胞 3 蛋白質(zhì)工程中經(jīng)過處理得到的新基因與基因突變得到的新基因有較大差別 基因突變的新基因中含有不編碼蛋白質(zhì)的序列 而蛋白質(zhì)工程中的新基因則沒有 歸納總結(jié) 拓展應(yīng)用 1 科學(xué)家將 干擾素基因進行定點突變導(dǎo)入大腸桿菌表達 使干擾素分子上的半胱氨酸變成絲氨酸 結(jié)果大大提高了 干擾素的抗病毒活性 并且提高了儲存穩(wěn)定性 該生物技術(shù)為a 蛋白質(zhì)工程b 基因工程c 基因突變d 細胞工程 解析題干中的操作涉及的基因顯然不再是原來的基因 其合成的 干擾素也不是天然 干擾素 而是經(jīng)過改造的 是具有人類所需優(yōu)點的蛋白質(zhì) 因而整個過程利用的生物技術(shù)為蛋白質(zhì)工程 解析 答案 解析富含賴氨酸的蛋白質(zhì)是自然界中已有的蛋白質(zhì) 基因工程只是把該蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)入玉米細胞 并使之合成該蛋白質(zhì) 屬于基因工程 更換賴氨酸合成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個別氨基酸 是對自然界中已有的蛋白質(zhì)進行改造 屬于蛋白質(zhì)工程 2 將富含賴氨酸的蛋白質(zhì)編碼基因?qū)胗衩准毎?可以提高玉米中的賴氨酸含量 更換賴氨酸形成過程中的天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的個別氨基酸 使兩種酶的活性提高 也可以提高玉米中的賴氨酸含量 以上兩種技術(shù)分別屬于a 基因工程 基因工程b 蛋白質(zhì)工程 蛋白質(zhì)工程c 基因工程 蛋白質(zhì)工程d 蛋白質(zhì)工程 基因工程 解析 答案 答案不相同 蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì) 基因工程的實質(zhì)是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi) 定向改造生物的遺傳特性 以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品 一題多變上述兩種提高玉米中賴氨酸含量的技術(shù)的實質(zhì)相同嗎 為什么 答案 二 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 1 改造酶的結(jié)構(gòu) 提高酶的熱穩(wěn)定性 2 生物工程制藥 1 實例1 鼠源雜交瘤抗體的改造 改造方法 在上對抗體進行重組 產(chǎn)生人恒定區(qū)和鼠可變區(qū)嵌合抗體 結(jié)果 對人體的不良反應(yīng)減少 2 實例2 對t pa的改造 t pa功能 溶解血栓塊 醫(yī)治心肌梗死等疾病 改造方法 將t pa分子中的天冬酰胺替換為 結(jié)果 t pa在血液循環(huán)中停留時間延長 療效更加顯著 基礎(chǔ)梳理 基因水平 谷氨酰胺 3 疾病診斷 1 方法 法 2 原理 的特異性結(jié)合 3 實例 sars病毒的檢測與診斷 4 基因工程和蛋白質(zhì)工程的優(yōu)缺點 1 基因工程 原則上只能生產(chǎn)自然界中的蛋白質(zhì) 2 蛋白質(zhì)工程 能更充分地利用自然界中存在的蛋白質(zhì) 能在上對蛋白質(zhì)進行再設(shè)計和改造 進而創(chuàng)造出 的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)芯片 抗原 抗體 已經(jīng)存在 分子水平 自然界中 不存在 答案依據(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)進行分子設(shè)計和改造 進而創(chuàng)造出自然界中不存在的蛋白質(zhì) 問題探究 1 從理論上分析 蛋白質(zhì)工程的最基本原理就是中心法則的逆推 但是由某一氨基酸序列推導(dǎo)出的目的基因為什么有多種 2 為什么說蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程 3 蛋白質(zhì)工程的目標是什么 答案一種氨基酸可以由一種或幾種不同的密碼子決定 這樣推導(dǎo)出的基因也就有多種 答案蛋白質(zhì)工程離不開基因工程 改造基因后 要通過基因工程生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì) 答案 基因工程和蛋白質(zhì)工程的對比 歸納總結(jié) 拓展應(yīng)用 3 下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路 請據(jù)圖回答下列問題 1 代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過程是 代表中心法則內(nèi)容的是 填寫數(shù)字 2 寫出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過程的名稱或內(nèi)容 3 蛋白質(zhì)工程的目的是 通過 實現(xiàn) 4 從圖中可以看出蛋白質(zhì)工程的基本途徑與中心法則是 的 答案 轉(zhuǎn)錄 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)進行分子設(shè)計 基因合成或改造 翻譯 折疊 分子設(shè)計 dna合成 相反 4 科學(xué)家通過對胰島素的改造 已使其成為速效型藥品 閱讀教材 結(jié)合資料完成下述分析 如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程 請據(jù)圖回答有關(guān)問題 1 構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵 圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是 2 通過人工合成dna形成的新基因應(yīng)與 結(jié)合后轉(zhuǎn)移到 中才能得到準確表達 答案 蛋白質(zhì)的預(yù)期功能 載體 受體細胞 大腸桿菌等 3 若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素 需用到的生物工程有 和發(fā)酵工程 4 圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是 答案 基因工程 蛋白質(zhì)工程 根據(jù)新的胰島素模型中氨基酸的序列 推測出其基因中的脫氧核苷酸序列 然后利用dna合成儀來合成出新的胰島素基因 課堂小結(jié) 結(jié)構(gòu)預(yù)測與設(shè)計 醫(yī)藥生產(chǎn) 當(dāng)堂檢測 1 蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計 dna合成 預(yù)期蛋白質(zhì)功能 據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列a b c d 2 3 4 5 1 解析蛋白質(zhì)工程是根據(jù)人們的需要首先要預(yù)期相應(yīng)功能 然后對其空間結(jié)構(gòu)進行設(shè)計 目前這一步是科學(xué)家們?nèi)晕赐耆莆盏?根據(jù)相應(yīng)的氨基酸序列推導(dǎo)出基因中的堿基序列 再利用人工合成法合成相應(yīng)的目的基因 答案 解析 2 蛋白質(zhì)工程與基因工程相比 其突出特點是a 蛋白質(zhì)工程能生產(chǎn)人類需要的基因產(chǎn)物b 蛋白質(zhì)工程能對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進行改造 或制造一種新的蛋白質(zhì)c 蛋白質(zhì)工程可以不通過轉(zhuǎn)錄和翻譯來實現(xiàn)d 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上 延伸出來的第三代基因工程 答案 2 3 4 1 5 解析蛋白質(zhì)工程通過基因修飾或基因合成 對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造 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 是延伸出來的第二代基因工程 解析 2 3 4 1 5 3 以下蛋白質(zhì)工程中 目前已成功的是a 對胰島素進行改造 生產(chǎn)速效型藥品b 蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面c 生產(chǎn)體外耐儲存的干擾素d 用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)血紅蛋白 答案 解析 解析a已經(jīng)實現(xiàn) b c d三項目前尚未實現(xiàn) 只是蛋白質(zhì)工程的發(fā)展前景 有待于進一步研究和設(shè)計 4 蛋白質(zhì)工程中 要對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造 必須通過基因修飾或基因合成來完成 而不直接改造蛋白質(zhì)的原因是a 缺乏改造蛋白質(zhì)所必需的工具酶b 改造基因易于操作且改造后能夠遺傳c 人類對大多數(shù)蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)知之甚少d 蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序千變?nèi)f化 操作難度大 2 3 4 1 答案 5 解析由于基因控制蛋白質(zhì)的合成 所以對蛋白質(zhì)設(shè)計改造可通過對基因進行修飾或合成來完成 且改造后的基因能夠遺傳給子代 解析 5 2008年諾貝爾化學(xué)獎授予了三位在研究綠色熒光蛋白 gfp 方面作出突出貢獻的科學(xué)家 綠色熒光蛋白能在藍光或紫外光的激發(fā)下發(fā)出熒光 這樣借助gfp發(fā)出的熒光就可以跟蹤蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)部的移動情況 幫助推斷蛋白質(zhì)的功能 gfp基因可作為目的基因用于培育綠色熒光小鼠 如圖表示培育綠色熒光小鼠的基本流程 請根據(jù)上述材料回答下列問題 1 用于培育綠色熒光小鼠的基因表達載體的組成必須有啟動子 標