资源简介 (共27张PPT)3.4 蛋白质工程的原理和应用细菌的艺术-微生物培养大赛情境视频为什么这些细菌会发出不同颜色的荧光?因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白改造黄色荧光蛋白及其他颜色的荧光蛋白这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。这个团块就是长在患儿肝脏上的肿瘤如何改造蛋白质?一、蛋白质工程崛起的缘由按照人们的愿望,通过 等技术,赋予生物以新的 ,创造出更符合人们需要的新的 ,又叫重组DNA技术。转基因遗传特性生物类型和生物产品知识回顾:基因工程概念1.基因工程的实质及不足①实质:基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内,使后者可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。②不足:基因工程原则上只能生产自然界中已存在(天然)的蛋白质。基因重组一、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的实质及不足(1)实质:基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内,使后者可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。(2)不足:基因工程原则上只能生产自然界中已存在(天然)的蛋白质。基因重组这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的它们的结构和功能符合特定物种生存的需要不一定完全符合人类生产和生活的需要2.实例:赖氨酸合成调控达到一定浓度两种酶的活性二氢吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶+赖氨酸含量抑制提高提高限制提高提高5倍提高2倍异亮氨酸(352位)苏氨酸(352位)变为异亮氨酸(104位)天冬酰胺(104位)变为提高玉米赖氨酸含量1.蛋白质工程概念:以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础,通过改造或合成基因,来改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程,是涉及多学科的综合科技工程。思考:对天然的蛋白质进行改造,为什么不是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的?①基因决定蛋白质的合成,改造了基因可以间接改造蛋白质;②改造基因可以遗传,改造蛋白质无法遗传;③改造基因比改造蛋白质更容易操作。二、蛋白质工程的基本原理2.蛋白质工程的目标:根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行设计改造。2.天然蛋白质合成的过程:4.原理:中心法则的逆推预期功能生物功能设计蛋白质(三维结构)推测改造或合成转录翻译折叠行使目的基因mRNA多肽链从____________________出发→设计____________________→推测___________________→找到并改变____________________________或_____________→获得所需要的蛋白质预期的蛋白质功能预期的蛋白质结构应有的氨基酸序列相对应的脱氧核苷酸序列合成新基因3.蛋白质工程思路:【思考 讨论】蛋白质工程基本思路的应用已知某多肽链的一段氨基酸序列是:丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸1.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。查密码子表【思考 讨论】蛋白质工程基本思路的应用已知某多肽链的一段氨基酸序列是:丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸1.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。查密码子表得知:推知mRNA序列为:丙氨酸(GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG)、谷氨酸(GAA、GAG)、苯丙氨酸(UUU、UUC)。GCU(或C或A或G)UGG AAA(或G)GAA(或G)UUU(或C)共 种可能序列32【思考 讨论】蛋白质工程基本思路的应用丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸已知某多肽链的一段氨基酸序列是:1.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。GCU(或C或A或G) UGG AAA(或G) GAA(或G) UUU(或C)mRNA序列脱氧核苷酸序列GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA(或G) TTT(或C)CGA(或G或T或C) ACC TTT(或C)CTT(或C) AAA(或G)【思考 讨论】蛋白质工程基本思路的应用已知某多肽链的一段氨基酸序列是:丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸2.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?学科交叉蛋白质工程经常要借助计算机来建立蛋白质的三维结构模型;要制备蛋白质晶体,然后通过X射线衍射技术,分析晶体结构;要用到基因的定点突变技术来进行碱基的替换。确定目的基因的碱基序列后,可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。二、蛋白质工程的基本原理比较项目 蛋白质工程 基因工程区别 过程实质结果联系 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定定向改造或生产人类所需的蛋白质定向改造生物的遗传特性,以获得人类所需的新的生物类型和生物产品创造出自然界不存在的蛋白质生产出自然界已有的蛋白质①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②基因工程中所利用的某些酶可以通过蛋白质工程进行修饰、改造蛋白质工程的应用03三、蛋白质工程的应用1. 医药工业方面(1)研发速效胰岛素类似物天然胰岛素易形成二聚体或六聚体预期结构改造B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置新胰岛素基因mRNA折叠预期功能功能降低胰岛素的聚合作用设计结构改变B链第20~29位氨基酸组成推测 序列翻译多肽链有效抑制胰岛素的聚合转录(2)延长干扰素体外保存时间天然干扰素(体外保存困难)改造后的干扰素(-70℃可保存半年)半胱氨酸丝氨酸干扰素在体外保存相当困难将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸在-70℃下干扰素可保存半年(3)降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应小鼠单克隆抗体会使人产生免疫反应,从而导致它的治疗效果大大降低。通过改造基因,将小鼠抗体上结合抗原的区域(即可变区)“嫁接”到人的抗体(即恒定区)上,经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。鼠抗体人抗体恒定区恒定区可变区可变区嵌合抗体2.在其他工业方面如:枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用,因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种,从中可能筛选出一些符合工业化生产需求的突变体,从而提高这种酶的使用价值。——广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶3.在农业方面①改造某些参与调控光合作用的酶,以提高植物光合作用的速率,增加粮食的产量。②设计优良微生物农药,通过改造微生物蛋白质的结构,使它防治病虫害的效果增强。伊维菌素是新型的广谱、高效、低毒抗生素类抗寄生虫药1.下列关于蛋白质工程的说法,错误的是( )A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构,使之更加符合人类的需要。B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作,定向改变分子结构。C.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。D.蛋白质工程与基因工程密不可分,又称为第二代基因工程。【现学现用】对基因分子直接进行操作B不能直接改变2.蛋白质工程中对蛋白质分子进行设计时,主要包括哪几种( )①进行少数氨基酸的替换②对不同来源的蛋白质的拼接③从预期蛋白质的功能出发去推测氨基酸排列顺序④直接改变蛋白质的空间结构A.①③④ B.①②③ C.②③④ D.①②④B3.下图为蛋白质工程操作的基本思路,请据图回答下列问题:(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_____;代表中心法则内容的是________。(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容: ①______;②______;③______;④______;⑤__________。(3)蛋白质工程的目标是_______________________________________ __________________,通过_____________________实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______的。④⑤①②③转录翻译折叠推测改造合成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改造或合成基因相反练习与应用一.概念检测1. 蛋白质工程可以说是基因工程的延伸。判断下列相关表述是否正确。(1)基因工程需要在分子水平对基因进行操作,蛋白质工程不需要对基因进行操作。( )(2)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。 ( )(3)蛋白质工程可以改造酶,提高酶的热稳定性。 ( )xx√2. 蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的,它最终要达到 的目的是 ( )A. 分析蛋白质的三维结构B. 研究蛋白质的氨基酸组成C. 获取编码蛋白质的基因序列信息D. 改造现有蛋白质或制造新的蛋白质,满 足人类的需求D3. 水蛭素是一种蛋白质,可用于预防和治疗血栓。研究人员发现,用赖氨酸替换水蛭素第 47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这 项替换研究中,目前可行的直接操作对象是( )A.基因 B.氨基酸 C.多肽链 D.蛋白质A蛋白质工程的基本原理a.以据氨基酸的性质和特点,制造全新蛋白质(到目前没有成功例子)b.改变蛋白质分子中某一个多肽链片段或一个特定的结构域c.利用基因工程中的定点诱变技术,改造蛋白质分子某活性部位的一个或几个氨基酸残基(实践中运用的最多)借助计算机构建蛋白质三维结构图(三)蛋白质工程的类型二、蛋白质工程的原理定点诱变技术定点诱变技术扩展:基因定点突变技术02引物突变DNA聚合酶DNA连接酶受体细胞转录突变项目 内容条件 原料酶引物操作方法 先通过 扩增已获得定点突变的基因,再通过基因工程将突变基因导入受体细胞,经过 和 合成所需的蛋白质。结果 后代中 为诱变的DNA分子适用范围 空间结构完全清楚的蛋白质,对其基因进行碱基的 等特点4种脱氧核苷酸DNA聚合酶和DNA连接酶含突变位点的DNA分子片段有目的性和针对性PCR转录翻译一半替换 展开更多...... 收起↑ 资源预览