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第一章
第4节 蛋白质工程的原理和应用
1.动物体细胞核移植技术去核的方法是： P54
2.在畜牧业生产中，利用体细胞核移植技术可以加速 ，
促进 。
3.受精是指 和 结合形成 （即受精卵）的过程。包括受精前的 阶段和 阶段。在自然条件下，哺乳动物的受精在 内完成。
4.卵子一般在排出2-3h后才能被精子穿入，动物排出的卵子成熟度不同，有的可能是 ，有的可能是 。它们都要
在 中发育到 ，才具备与精子受精的能力。
每课默写（3min）：
显微操作法
家畜遗传改良进程
促进优良畜群繁育
精子 卵子 合子
准备阶段 受精
输卵管
初级卵母细胞 次级卵母细胞
输卵管 MⅡ期
医药卫生领域
食品工业方面
农牧业方面
基因工程的应用
3
转基因动物作为器官供体
①猪的内脏构造、大小、血管分布与人的极为相似。
②与灵长类动物相比，猪体内隐藏的、可导致人类疾病的病毒要少得多。
（2）最大难题是： ；
（3）器官改造方法：
（1）选用猪作为器官供体的原因
免疫排斥
①在器官供体的基因组中导入某种调节因子，以抑制抗原决定基因的表达
②设法除去抗原决定基因，然后再结合克隆技术培育出不会引起免疫排斥反应的转基因克隆猪器官。
用___________的方法，使___________得到__________的菌类，一般称为基因工程菌
基因工程
外源基因
高效表达
基因工程构建基因工程菌
工业发酵批量生产
概念：
步骤：
应用：
利用基因工程菌，除了可以生产药物，还能生产食品工业用酶、氨基酸和维生素等
1
基因工程菌
：凝聚固化奶中的蛋白质
牛凝乳酶的基因导入大肠杆菌、黑曲霉、酵母中，再通过工业发酵批量生产凝乳酶
制备方法：
主要由天冬氨酸和苯丙氨酸形成，这两种氨基酸可通过基因工程实现大规模生产。
2
实例——阿斯巴甜：甜味剂
2
实例——凝乳酶
传统制备方法：
未断奶的小牛第四胃的黏膜取出来提取。
实例——淀粉酶、脂酶
2
基因工程获得的工业用酶的优点：
纯度更高、
生产成本显著降低、生产效率较高
　　基因工程做成的DNA探针能够十分灵敏地检测环境中的病毒、细菌等污染。
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
1
环境监测
基因工程将能分解三种烃类的假单孢杆菌的基因都转移到能分解另一种烃类的假单孢杆菌内，创造出了能同时分解四种烃类的“超级细菌”。
2
净化污染的环境
基因工程在其他方面的应用
从社会中来
用细菌“画”的画
1. 科学家利用了什么技术让细菌也能发出荧光？
思考：
基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。
2. 如果想要获得能产生更多其他颜色的细菌还能用基因工程吗？
将一种生物的基因转移到另一种生物的体内，后者可以产生它原本不能产生的蛋白质 ，进而表现出新性状。
转基因生物原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
基因工程的实质：
：天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。
2. 蛋白质工程崛起的缘由
局限性：
1.
3. 实例：对天然酶的改造
天冬氨酸激酶
赖氨酸
催化合成
一定浓度
抑制
含量低
352位苏氨酸
异亮氨酸
104位天冬酰胺
异亮氨酸
二氢吡啶二羧酸合成酶
赖氨酸含量升高
改造
4、蛋白质工程目标：
5、天然蛋白质合成过程：
转录
DNA
RNA
翻译
肽链
逆转录
复制
复制
折叠等
具有空间结构的蛋白质
表达生物特有的功能或性状
血红蛋白的三级结构
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
思考：要如何对蛋白质按照我们的需求进行改造？
按照中心法则
蛋白质的结构三级结构一级结构四级结构二级结构思考讨论
阅读课本P94-95，思考：
1.对蛋白质进行改造时，改造的是蛋白质本身吗？如果不是改造的对象是什么？
2.确定改造对象后如何具体实施蛋白质工程？
3.【自主学习】：自主阅读课本P95相关内容，总结蛋白质工程可以应用于哪些领域，有哪些案例。
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
思考：某多肽链的一段氨基酸序列是：
丙氨酸
色氨酸
赖氨酸
谷氨酸
苯丙氨酸
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。
U C A G
U 苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 U
苯丙氨酸 丝氨酸 酪氨酸 半胱氨酸 C
亮氨酸 丝氨酸 终止 终止、硒代半胱氨酸 A
亮氨酸 丝氨酸 终止 色氨酸 G
C 亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 U
亮氨酸 脯氨酸 组氨酸 精氨酸 C
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 A
亮氨酸 脯氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 G
A 异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 U
异亮氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 丝氨酸 C
异亮氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 A
甲硫氨酸 苏氨酸 赖氨酸 精氨酸 G
G 缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 U
缬氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 甘氨酸 C
缬氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 A
缬氨酸、甲硫氨酸 丙氨酸 谷氨酸 甘氨酸 G
思考·讨论
丙氨酸 ：GCU、GCC、GCA、GCG
色氨酸：UGG
赖氨酸： AAA 、AAG
甲硫氨酸：AUG
苯丙氨酸：UUU 、UUC
丙氨酸 ：CGA、CGG、CGT、CGC
色氨酸： ACC
赖氨酸：TTT 、TTC
甲硫氨酸：TAC
苯丙氨酸：TTT 、TTG
找到DNA上相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
推出mRNA上的核糖核苷酸序列
丙氨酸
色氨酸
赖氨酸
谷氨酸
苯丙氨酸
确定目的基因的碱基序列后，可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法获取。
改造方法：基因定点突变进行碱基的替换
基础：
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。
操作方法及对象：
改造或合成基因。
目的：
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。
蛋白质工程的实质：
相关学科及技术：
分子生物学、晶体学和计算机技术。
是对编码蛋白质的基因进行改造。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。
是否合成新的基因
蛋白质工程
是否对原有基因进行改造
是
否
是
否
蛋白质工程
基因工程
看蛋白质
看基因
是否为天然蛋白质
是
否
蛋白质工程
基因工程
蛋白质工程和基因工程的比较
思考：如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？
（1）研发速效胰岛素类似物天然蛋白质易形成二聚体或六聚体预期功能降低胰岛素的聚合作用设计结构改变B链第20～29位氨基酸组成改造新胰岛素基因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推测序列转录mRNA翻译多肽链行使功能速效胰岛素类似物预期结构折叠等阻碍胰岛素从注射部位进入血液，延缓了降血糖作用定点突变1.医药工业方面（2）延长干扰素体外保存时间天然干扰素不易保存改造新干扰素基因预期功能延长保存时间设计结构氨基酸替换一个半胱氨酸变成丝氨酸推测序列预期结构转录mRNA折叠翻译多肽链行使功能在-70℃下可以保存半年定点突变1.医药工业方面β-干扰素氨基酸序列1、医药工业方面
（3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应
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减低很多。
改进酶的性能或开发新的工业用酶。
如枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
3、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。
2、其他工业方面
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，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？
理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。
主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入的研究。
蛋白质食品的工厂化生产想象图
蛋白质工程应用
蛋白质工程与基因工程的比较
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 起点
过程
实质
结果
应用及现状
联系 预期蛋白质功能
目的基因
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的
基因重组
可以创造出自然界不存在的蛋白质
生产自然界已存在的蛋白质
①主要集中在对现有蛋白质进行改造，②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破
①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化
①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质
②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
课堂总结
一、蛋白质工程崛起的缘由：
基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
二、蛋白质工程的基本原理：
预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。
三、蛋白质工程的应用
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。
B
2.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）蛋白质工程的目的是_______________________________________ _____________________，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。
④⑤
①②③
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
基因改造或基因合成
相反
3.IKK激酶参与动物体内免疫细胞的分化。临床上发现某重症联合免疫缺陷(SCID)患儿IKK基因编码区第1183位碱基T突变为C,导致IKK上第395位酪氨酸被组氨酸代替。为研究该患儿发病机制,研究人员利用纯合野生鼠应用大引物PCR定点诱变技术培育出SCID模型小鼠(纯合),主要过程如图甲、乙。分析回答:
(1)在PCR反应体系中,需加入引物、IKK基因、缓冲液、Mg2+等外,还需加入　　　　 　等。
(2)在图甲获取突变基因过程中,需要以下3种引物:
则PCR1中使用的引物有　　　　　　,PCR2中使用的引物有　　　和图中大引物的　　　(填“①”或“②”)链。
(3)PCR的反应程序:94 ℃ 3 min;94 ℃ 30 s,58 ℃ 30 s,72 ℃ 50 s,30个循环。在循环之前的94 ℃ 3 min处理为预变性;循环中72 ℃处理的目的是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)研究人员经鉴定、筛选获得一只转基因杂合鼠F0,并确认突变基因已经稳定同源替代IKK基因,请你设计完成获得SCID模型鼠的实验步骤:
①杂交亲本:　　　　　　　　,杂交得F1;
②F1雌、雄鼠随机交配得F2;
③提取F2每只小鼠的基因组DNA,采用分子生物学方法,利用IKK基因探针和突变基因探针进行筛选,
则　　　 　　 　　 　　 　　　 　　 　的为模型鼠。
耐高温DNA聚合酶、4种脱氧核苷酸(dNTP)
引物A和引物B
引物C
②
耐高温的DNA聚合酶从引物起始进行互补链合成
F0×野生鼠
IKK基因探针检测未出现杂交带,突变基因探针检测出现杂交带
谢谢观看
Thank you

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