人教版高中生物选修三教学课件-蛋白质工程

1．4蛋白质工程的崛起课标领航1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由。2．理解蛋白质工程的原理。3．了解蛋白质工程的应用。【重点】蛋白质工程的原理。【难点】蛋白质工程的应用。情景导航快速起效的胰岛素实验证明：胰岛素在低浓度时主要以单体形式存在，在高浓度时多以二聚体形式存在，这是胰岛素β23－β28氨基酸残基结构所致。这样就会延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖的作用，也增加了抗原性。科学家根据胰岛素的结构和其功能间的关系，设计了对胰岛素基因的改造方案。通过碱基替换的方法，改变基因序列，将β链第28位改为赖氨酸、29位改为脯氨酸，从而改变了胰岛素的结构。这种改变了结构的胰岛素不会形成二聚体，从而使胰岛素快速起作用。由此，速效型胰岛素制剂诞生，这种制剂的形成正是利用的蛋白质工程技术，也就是本节我们将要探讨的内容。基础自主梳理一、蛋白质工程的崛起1．基因工程的实质：将一种生物的______转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的________，从而产生新性状。2．蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的、并非自然界已存在的_______。基因蛋白质蛋白质3．实例：______________和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受细胞内___________的影响，当赖氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性，改变两种酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。天冬氨酸激酶赖氨酸浓度思考感悟对天然蛋白质进行改造，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？【提示】对基因的操作。二、蛋白质工程的原理与进展1．目标：根据人们对_____________的特定需求对______________进行分子设计。2．原理：_________________。3．过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的_________序列→找到对应的____________序列(基因)。4．蛋白质工程的进展：前景广阔，但目前成功的例子不多。蛋白质功能蛋白质的结构中心法则的逆推氨基酸脱氧核苷酸核心要点突破对蛋白质工程的理解1．蛋白质工程崛起的缘由：基因工程只能生产出天然蛋白质，蛋白质工程是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质。2．基本原理和途径它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。其原理是：根据中心法则逆向推理。图示如下：3．设计中的困难：如何推测非编码区以及内含子的脱氧核苷酸序列。4．蛋白质工程的步骤某多肽链的一段氨基酸序列是：…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…(氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙氨酸UUU、UUC)(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。(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(DNA)?例1【思路点拨】本题考查蛋白质工程的原理及实例，解答本题应突破以下几点：①首先设计蛋白质氨基酸序列。②找到对应的脱氧核苷酸序列。③根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。【尝试解答】(1)根据氨基酸序列反推mRNA上密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为：(2)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，或从基因库中获取。【互动探究】由上述氨基酸序列推导出的目的基因为什么有多种？【提示】一种氨基酸可以由一种或几种不同的密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。【易误警示】(1)尽管蛋白质工程是从预期蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质,而应从改造基因入手，所以其本质和基础应为基因工程。(2)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。比较基因工程和蛋白质工程比较项目基因工程蛋白质工程操作对象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平基本过程获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→蛋白质应有的氨基酸序列→应有的碱基序列→合成DNA→表达出蛋白质比较项目基因工程蛋白质工程实质定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需蛋白质结果生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质)可以生产自然界没有的、不存在的新蛋白质联系蛋白质工程是以基因工程为基础的(2011年泰安市高二检测)科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠－人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠－人嵌合抗体的过程，据图回答：例2(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠－人嵌合抗体，属于________________(生物工程)的范畴。(2)图示过程是根据预期的__________，设计_________________________________，最终必须对________进行操作，此操作中改变的是________________。(3)经过改造的鼠－人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是_________________________________(从免疫角度考虑)。(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是________________________。【尝试解答】(1)蛋白质工程(2)嵌合抗体功能嵌合抗体的结构基因碱基对(3)对人体的不良反应减少(4)设计嵌合抗体的空间结构【解析】(1)通过图示可知鼠－人嵌合抗体是通过人工设计而形成的特定功能蛋白质，其生产过程应属于蛋白质工程的范畴。(2)蛋白质工程的流程：预期蛋白质的功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)→通过基因工程操作生产预期的蛋白质。(3)从免疫的角度考虑，对人体来说鼠源抗体为抗原,若利用人的抗体与之嵌合，则排斥作用会减轻，对人体的负作用会减少。(4)由于蛋白质空间结构比较复杂，不易确定，所以成为蛋白质工程中最大的障碍。【探规寻律】(1)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说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)基因工程中的目的基因一般为自然存在的基因,而蛋白质工程中的目的基因不是自然存在的。跟踪训练(2011年姜堰高二检测)运用某生物工程技术将毒性肽融合进入抗体分子，制造出“导弹药物”，它可自动瞄准和攻击体内的靶组织或靶细胞(如癌细胞)。此技术是()A．基因工程B．细胞工程C．蛋白质工程D．胚胎工程答案：C