2015-2016高中生物人教版（选修《现代生物科技专题》）第一章第四节 蛋白质工程（共33张PPT）.ppt

1.4 蛋白质工程的崛起 1、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ，进而表现出新的 。 （2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的 。 2、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，它们的 符合特定物种 的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 3、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的 。 一、蛋白质工程崛起的缘由 基因 蛋白质 性状 蛋白质 进化 结构和功能 生存 蛋白质 二、蛋白质工程的基本原理 1、目标：根据人们对 功能的特定需求，对蛋白质的 进行分子设计。 2、原理：改造基因（基因 或基因 ）。 3、流程： 预期蛋白质功能→设计 →推测应有的 序列→找到对应的 序列。 蛋白质 结构 修饰 合成 预期的蛋白质 氨基酸 脱氧核苷酸 三、蛋白质工程的基本原理 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 预期功能 生物功能 mRNA 转录 翻译 折叠 DNA合成 分子设计 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。 某多肽链的一段氨基酸序列是： ……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-…… 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 同学们可以根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：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或从基因库中获取。 蛋白质工程的主要步骤通常包括： （1）从生物体中分离纯化目的蛋白； （2）测定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构; （4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响； （5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变； （6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。 基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家M·史密斯（1932－2000）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。 　　有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。 定点突变 蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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，以满足人类的生产和生活的需求。 蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造 项目 基因工程 蛋白质工程 操作起点 操作核心 过程 目标 结果 联系 目的基因 预期的蛋白质功能 基因表达载体 基因 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 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 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 定向改造或生产人类所需的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质 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。 生产自然界没有的蛋白质 （二）蛋白质改造工程举例 1．水蛭素改造