蛋白质工程的崛起—上课版

复习检测1、基因工程的基本操作程序？ 2、乳腺生物反应器的形成过程？ 3、什么是基因治疗？有哪些类型？

问题：人的胰岛素在大肠杆菌内表达，能否利用杂交的 方法呢？原因是？存在生殖隔离。 用什么方法可以做到？

基因工程基因工程的优点是什么？ 克服远源杂交不亲和；定向改造生物的性状

基因工程的成果有哪些呢？大肠杆菌生产胰岛素；乳腺生物反应器生产药 用蛋白；

基因工程的结果是什么呢？

实现了现有基因在不同生物的表达。新问题：生物产生的天然蛋白质是在长期进化中形成 的，它的结构性能不能完全满足生产和生活的需要。 例如：II-糖尿病。 原因： 胰岛B细胞受损，胰岛素分泌不足。 治疗： (注射) 胰岛素 不利： 皮下积累，进入血液所需时间长，不利 于疗效的发挥。

例如：干扰素 来源： 动物或人体受到病毒感染产生的一种糖蛋白功能： 抵抗几乎所有病毒引起的感染，抗癌和抗 白血病 问题： 体外保存相当的困难。

例如：工业用酶 来源： 微生物功能： 果葡糖浆；葡萄糖；饴糖，等等。 问题： 酶的作用条件较温和，条件比较苛刻。 热稳定性较差。

要求：对现有蛋白质进行改造。

专题一 基因工程第四节 蛋白质工程的崛起

本节聚焦1、举例说出蛋白质工程崛起的缘由 2、简述蛋白质工程的原理 3、尝试运用逆向思维分析和解决问题

什么是蛋白质工程？蛋白质工程的原理又是什么呢？ 蛋白质工程的目标，是根据对蛋白质功能特定需求， 对蛋白质的结构进行设计。由于基因决定蛋白质，对 蛋白质的改造最终需通过基因来完成

DNA合成

分子设计

基因 DNA

转录

mRNA 翻译

氨基酸序列 多肽链

折叠

蛋白质 三维结构

生物 预期 功能 功能

举例：正常的干扰素在体外保存相当困难，将半胱氨 酸变成丝氨酸，就可以在-70℃保存半年，这是怎么做 到的呢？ 是不是直接改造蛋白质？ 不是；因为这样是不能遗传给下一代的，核心改造 基因。 常见：定点诱变。

讨 论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。mRNA序列为GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C) 脱氧核苷酸序列：CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)

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)?可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变(个别氨基酸)技术来改变

总 结蛋白质工程是指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，以满足人类对生产和生活的需求。

基

础： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系改造对象： 改造蛋白质的结构，本质上是改造控制该 蛋白质的基因结构(基因修饰或合成)。 产物： 新的蛋白质 目的： 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质 结构进行分子设计，生产符合使人们生活需要 的并非自然界已经存在的蛋白质

说明： 蛋白质制成的电子元件具有很多特点： 体积小；耗电少；效率高等。 但是，目前成功的例子并不多；主要是因为蛋 白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构， 而目前科学家对大多数蛋白质的空间结构了解 很少。

项目操作起点 操作核心 过程

基因工程目的基因 基因表达载体获取目的基因→ 构建表达载体→ 导入受体细胞→ 目的基因的检测与表达 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 生产自然界中已有的蛋 白质

蛋白质工程预期的蛋白质功能 基因改造预期蛋白质功能→ 设计蛋白质结构→ 推测氨基酸序列→ 推测核苷酸序列→合成DNA →表达出蛋白质

目标

定向改造或生产人类所 需的蛋白质生产自然界没有的蛋 白质

结果联系

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。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因的合成。

补充实例

玉米中赖氨酸含量比较低

玉米中赖氨酸含量可提高数倍 改造

天冬氨酸激酶 (352位的苏氨酸) 二氢吡啶二羧酸合成酶 (104位的天冬酰胺)

天冬氨酸激酶 (异亮氨酸) 二氢吡啶二羧酸合成酶 (异亮氨酸)

改造

练习： 1、 蛋白质工程中直接需要进行操作的对 象是( D ) A.氨基酸结构 C.肽链结构 B.蛋白质空间结构 D.基因结构

2 、 下列关于蛋白质工程的说法错误的是 ( B ) A.蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构， 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，定向改变分子的结构 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，又被称 为第二代基因工程

3以下关于蛋白质工程的说法正确的是 ( A ) A、蛋白质工程以基因工程为基础 B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行 改造 D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质

4蛋白质工程的基本流程正确的是( C ) ①蛋白质分子结构设计② DNA 合成③预期蛋 白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序 列 A.①②③④ B.④②①③ C.③①④② D.③④①②

5蛋白质工程是在

基因工程基础上，延伸出 来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白 质是( D ) A.氨基酸种类增多 B.氨基酸种类减少 C.仍为天然存在蛋白质 D.可合成天然不存在蛋白质

7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 不正确的是( C ) A.科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 速效药品 B.生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工 程应用于微电子方面 C.蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被 大力推广应用 D.蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前 成功的例子不多

8、T4溶菌酶的稳定性大大提高的根本原因是 ( A) A.控制T4溶菌酶合成的基因的一个位点发生 突变 B.控制T4溶菌酶合成的mRNA上的密码子发 生变化 C.T4溶菌酶中一个氨基酸发生了替换 D.T4溶菌酶中的第3位氨基酸由异亮氨酸变 为半胱氨酸

9、下列不属于蛋白质工程成果的是( D ) A.改造酶的结构，提高酶的热稳定性 B.生产出鼠—人嵌合抗体 C.将t—PA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨 酰胺 D.蛋白质酶洗衣粉容易洗掉或除奶渍、血渍