《蛋白质工程的崛起》课件
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高中生物选修三1.4蛋白质工程的崛起课件 共17张
目的基因导入受体 细胞并表达
对现有蛋白质进行 改造，对创造新的 蛋白质还未成功
已被广泛应用
基因工程原则上只能生产自然界已存在蛋白质。 天然蛋白质不一定完全符合人类的需要。 生产符合人们需要的并非自然界已存在蛋白质。
对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋 白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
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②DNA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
退 出
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。
三、蛋白质工程的进展和前景
蛋白质工程目前的现状： 成功的例子不多，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，而科 学家目前对大多数蛋白质的 空间结构了解很少。
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 B.蛋白质空间结构
1.4 蛋白质工程的崛起
“超级植物”
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
你已经知道了基因工程可应用于动植物遗 传育种、人类疾病预防和生态环境保护。
除了这些应用之外，基因工程在其他领域 还有哪些应用吗？
1.理解蛋白质工程与基因工程的关系。 2.描述蛋白质工程的基本原理。 3.举例阐述蛋白质工程的应用和发展。
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。
对现有蛋白质进行 改造，对创造新的 蛋白质还未成功
已被广泛应用
基因工程原则上只能生产自然界已存在蛋白质。 天然蛋白质不一定完全符合人类的需要。 生产符合人们需要的并非自然界已存在蛋白质。
对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋 白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
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②DNA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
退 出
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。
三、蛋白质工程的进展和前景
蛋白质工程目前的现状： 成功的例子不多，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，而科 学家目前对大多数蛋白质的 空间结构了解很少。
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 B.蛋白质空间结构
1.4 蛋白质工程的崛起
“超级植物”
1t水中只有10个病毒也能被DNA探针检测出来
你已经知道了基因工程可应用于动植物遗 传育种、人类疾病预防和生态环境保护。
除了这些应用之外，基因工程在其他领域 还有哪些应用吗？
1.理解蛋白质工程与基因工程的关系。 2.描述蛋白质工程的基本原理。 3.举例阐述蛋白质工程的应用和发展。
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。
蛋白质工程的崛起 课件
基因 预期的蛋白质功能
项目
基因工程
蛋白质工程
预期蛋白质功能→设计
获取目的基因→构建
蛋白质结构→推测氨基
Байду номын сангаас
基因表达载体→导入
过程
酸序列→推测脱氧核苷
区
受体细胞→目的基因
酸序列→合成 DNA→表
别
的检测与鉴定
达出蛋白质
生产自然界已存在的 可以创造出自然界不存
结果
蛋白质
在的蛋白质
蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第
联系 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修饰或基因合成实现
[提醒] (1)基因工程与蛋白质工程的判断方法
(2)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新 基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序 列，而蛋白质工程中的新基因则没有。
交汇点 1 蛋白质 蛋白质多样性的原因： (1)组成蛋白质的氨基酸的____________、数量和____________ 不同。 (2)肽链的盘曲、折叠方式及其形成的____________千差万别。
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
(改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高 5 倍和 2 倍)
1．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( ) A．分析蛋白质分子的精细结构 B．对蛋白质进行有目的的改造 C．分析氨基酸的化学组成 D．按照人们的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 答案：C
2．下列不属于蛋白质工程的成果的是( ) A．改造酶的结构，提高其热稳定性 B．生产鼠—人嵌合抗体 C．将干扰素分子中的半胱氨酸替换为丝氨酸 D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素 解析：选 D。将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛 素是基因工程的成果。
项目
基因工程
蛋白质工程
预期蛋白质功能→设计
获取目的基因→构建
蛋白质结构→推测氨基
Байду номын сангаас
基因表达载体→导入
过程
酸序列→推测脱氧核苷
区
受体细胞→目的基因
酸序列→合成 DNA→表
别
的检测与鉴定
达出蛋白质
生产自然界已存在的 可以创造出自然界不存
结果
蛋白质
在的蛋白质
蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第
联系 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修饰或基因合成实现
[提醒] (1)基因工程与蛋白质工程的判断方法
(2)蛋白质工程中经过处理得到的新基因与基因突变得到的新 基因有较大差别，基因突变的新基因中含有不编码蛋白质的序 列，而蛋白质工程中的新基因则没有。
交汇点 1 蛋白质 蛋白质多样性的原因： (1)组成蛋白质的氨基酸的____________、数量和____________ 不同。 (2)肽链的盘曲、折叠方式及其形成的____________千差万别。
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
(改造后玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高 5 倍和 2 倍)
1．下列哪项不是蛋白质工程的研究内容( ) A．分析蛋白质分子的精细结构 B．对蛋白质进行有目的的改造 C．分析氨基酸的化学组成 D．按照人们的意愿将天然蛋白质改造成新的蛋白质 答案：C
2．下列不属于蛋白质工程的成果的是( ) A．改造酶的结构，提高其热稳定性 B．生产鼠—人嵌合抗体 C．将干扰素分子中的半胱氨酸替换为丝氨酸 D．将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛素 解析：选 D。将人的胰岛素基因整合到大肠杆菌体内生产胰岛 素是基因工程的成果。
蛋白质工程的崛起讲课课件.ppt
问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
题 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。 2、原理：
归 改造基因（基因修饰或基因合成）
纳
问 题
复制
复制
转录
DNA
逆转录
翻译
RNA
蛋白质
归 纳
天然蛋白质的合成遵循中心法则
问 天然蛋白质的合成过程
题 归
DNA 转录
RNA
表达生物特有 的功能或性状
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
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）？
确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人
类的缘由
堂 小 结
2、蛋白质工程的原理： 中心法则的逆推
作 应该从对基因的操作来实现对天然蛋 白质改造，主要原因如下：
探 究
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码 的，改造了基因即对蛋白质进行了改造， 而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果 对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改 造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造 要容易操作，难度要小得多。
布
置
练习册及报纸相关习题
作 业
练 2．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 B．蛋白质空间结构
习 C．肽链结构 D．基因结构
反 ❖ 3．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
馈 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
蛋白质工程的崛起 课件
预期功能-设计结构-推测氨基 列-找到核苷酸序列
基因工程
获取目的基因-构建载体-导酸序 入受体细胞-目的基因检测与鉴定
实质 结果
改造基因 生产自然界没有的蛋白质
定向改造生物的遗传性状 生产自然界已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是第二代基因工程，必须通过基因修饰或基因合成才能实 现
四、蛋白质工程的进展和前景
1、天然蛋白质是怎样合成的？
氨基酸
二肽 三肽等
多肽
蛋白质
2、蛋白质工程的基本途径
原理： 1、天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行
2、蛋白质工程的基本途径是：中心法则的逆推
三、什么是蛋白质工程
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,以满足人类的生 产和生活的需求
进展：胰岛素
速效型药品的生产
前景：微电子
方面、干扰素、高 产赖氨酸玉米的设 计等
五、思维误区：
蛋白质工程就是酶工程吗？
酶大多是蛋白质。酶工程包 括酶制剂的生产和应用两方面， 其重点在于对已存在酶的合理充 分利用。而蛋白质工程的重点则 在于对已存在的蛋白质分子的改 造。酶工程至多是蛋白质工程的 一部分。
一、蛋白质工程崛起的缘由
❖ 1、原因： 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的
蛋白质，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，却不能完全满 足人类生产和生活的需要。
❖ 2、蛋白质工程的目的：生产符合人们需要的、自然界不存 在的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
练习
已知某多肽的氨基酸序列是： —丙氨 酸—色氨酸—赖氨酸—（已知部分氨基酸的 密码子：丙氨酸为GGU、GCC、GCA、 GCG，色氨酸为UGG，赖氨酸为AAA、 AAG），控制此多肽合成的基因中的碱基序 列有多少种情况？
基因工程
获取目的基因-构建载体-导酸序 入受体细胞-目的基因检测与鉴定
实质 结果
改造基因 生产自然界没有的蛋白质
定向改造生物的遗传性状 生产自然界已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是第二代基因工程，必须通过基因修饰或基因合成才能实 现
四、蛋白质工程的进展和前景
1、天然蛋白质是怎样合成的？
氨基酸
二肽 三肽等
多肽
蛋白质
2、蛋白质工程的基本途径
原理： 1、天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行
2、蛋白质工程的基本途径是：中心法则的逆推
三、什么是蛋白质工程
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,以满足人类的生 产和生活的需求
进展：胰岛素
速效型药品的生产
前景：微电子
方面、干扰素、高 产赖氨酸玉米的设 计等
五、思维误区：
蛋白质工程就是酶工程吗？
酶大多是蛋白质。酶工程包 括酶制剂的生产和应用两方面， 其重点在于对已存在酶的合理充 分利用。而蛋白质工程的重点则 在于对已存在的蛋白质分子的改 造。酶工程至多是蛋白质工程的 一部分。
一、蛋白质工程崛起的缘由
❖ 1、原因： 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的
蛋白质，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，却不能完全满 足人类生产和生活的需要。
❖ 2、蛋白质工程的目的：生产符合人们需要的、自然界不存 在的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
练习
已知某多肽的氨基酸序列是： —丙氨 酸—色氨酸—赖氨酸—（已知部分氨基酸的 密码子：丙氨酸为GGU、GCC、GCA、 GCG，色氨酸为UGG，赖氨酸为AAA、 AAG），控制此多肽合成的基因中的碱基序 列有多少种情况？
蛋白质工程的崛起 课件
概
通过基因修饰 或 基因合成 ，对现有蛋白质进行改
手段
念
造，或制造一种新的蛋白质
目的
获得 满足人类生产和生活需求 的蛋白质
原理
由预期的蛋白质功能找到相对应的_脱__氧__核__苷__酸__序__列__(基__因__)
目标 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
基本流程 预期蛋白质的功能→设计预期的
1.基因工程的优势与不足分别是什么？ 答案 (1)优势：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可 以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。这是基因工程 的实质。 (2)不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。
2.蛋白质工程的实例： (1)经改造的干扰素基因合成的干扰素和原来的相比，在结构和功能 上有什么改变？ 答案 经改造的干扰素，其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，结 果大大提高该干扰素在体外储存的稳定性。 (2)可以通过哪些途径提高玉米中的赖氨酸含量？ 答案 ①可以将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，②可以改 变赖氨酸合成途径中关键酶的活性。
3.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 _④__⑤__ ； 代 表 中 心 法 则 内 容 的 是 __①__②__③___(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_转__录__；②__翻__译__；③___折__叠___；④_分__子__设__计__；⑤_D__N_A__合__成__。 (3)蛋白质工程的目的是_根__据__人__们__对__蛋__白__质__功__能__的__特__定__需__求Байду номын сангаас_，__对__蛋__白_ _质__的__结__构__进__行__分__子__设__计_，通过__基__因__合__成__或__改__造___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___相__反___的。
蛋白质工程的崛起课件(25张)-PPT优秀课件
(2)科技人员获得“M酶”基因后，常利用___P_C_R___技术在 体外将其大量扩增，此过程需要一种特殊的酶是__T_a_q_酶____。
(3)“M酶”基因只有插入玉__米__细__胞__的__染__色___体_D__N_A__中，才能 确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传。科技人员将 “M酶”基因导入玉米细胞中需要借助__载__体__的运输。
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 不正确的是（ D ） A．是生物在长期进化过程中形成的 B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
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练习检测
6、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
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt） 1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
四、蛋白质工程的进展和前景 进展 胰岛素速效型药品 前景 制作电子元件 现状 蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极 其复杂的高级结构，目前科学家对大多 数蛋白质的高级结构了解还不够，要设 计出更加符合人类需求的蛋白质换需经 过艰辛的探索。
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
(3)“M酶”基因只有插入玉__米__细__胞__的__染__色___体_D__N_A__中，才能 确保“M酶”基因在玉米细胞中得以稳定遗传。科技人员将 “M酶”基因导入玉米细胞中需要借助__载__体__的运输。
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 不正确的是（ D ） A．是生物在长期进化过程中形成的 B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
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1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
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练习检测
6、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
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt） 1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
四、蛋白质工程的进展和前景 进展 胰岛素速效型药品 前景 制作电子元件 现状 蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极 其复杂的高级结构，目前科学家对大多 数蛋白质的高级结构了解还不够，要设 计出更加符合人类需求的蛋白质换需经 过艰辛的探索。
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
高中生物选修三蛋白质工程的崛起.ppt
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
基因工程和蛋白质工程的比较
基因工程
蛋白质工程
区别 场所 核心 起点 结果
联系
生物体外
生物体内
基因
基因
目的基因
生产自然界已 存在的蛋白质
6、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
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容 易操作，难度要小得多。
二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对
蛋白质的结构进行分子设计。 2、原理： 改造基因（基因修饰或基因合成）
思考：
天然蛋白质如何合成？
遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
DNA转录
RNA翻译 肽链折叠等
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．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( Ｄ)
蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造
基因工程和蛋白质工程的比较
基因工程
蛋白质工程
区别 场所 核心 起点 结果
联系
生物体外
生物体内
基因
基因
目的基因
生产自然界已 存在的蛋白质
6、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
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容 易操作，难度要小得多。
二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对
蛋白质的结构进行分子设计。 2、原理： 改造基因（基因修饰或基因合成）
思考：
天然蛋白质如何合成？
遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
DNA转录
RNA翻译 肽链折叠等
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．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( Ｄ)
3、1.4《 蛋白质工程的崛起》ppt
4.蛋白质工程的主要步骤通常包括： 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； 从生物体中分离纯化目的蛋白； （2）测定其氨基酸序列； 测定其氨基酸序列； 借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段， （ 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; 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 设计各种处理条件 ， 白质的结构变化， 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； 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，如点突变； 方案，如点突变； 分离、 纯化新蛋白， （ 6 ） 分离 、 纯化新蛋白 ， 功能检 测后投入实际使用。 测后投入实际使用。
例如:干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。 例如 干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将 干扰素是一种抗病毒 人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生 在大肠杆菌中进行表达， 人的干扰素的 在大肠杆菌中进行表达 的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天 的干扰素的抗病毒活性为 ， 然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的 干扰素量很多， 干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式 存在。为什么会这样？如何改变这种状况？ 存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究 发现， 干扰素蛋白质中有 个半胱氨酸（ 干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸 发现，β-干扰素蛋白质中有 个半胱氨酸（第17位、 位 31位和 位和141位），推测可能是有一个或几个半胱氨 位和 位），推测可能是有一个或几个半胱氨 酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的 酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第 位的 半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸， 半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结 果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提 果使大肠杆菌中生产的 干扰素的抗病性活性提 高到108 U/mg，并且比天然 干扰素的贮存稳定 高到 ，并且比天然β-干扰素的贮存稳定 性高很多。 性高很多。
蛋白质工程的崛起课件
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。
蛋白质工程：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， 以满足人类的生产和生活的需求。
三、蛋白质工程的进展和前景。
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。
３、蛋白质工程：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，以满足人类的生产 和生活的需求。
应用于电子方面
蛋白质工程 ——制造电子元件。
改造胰岛素
优点：体积小、
——特效药品 耗电少、效率高。
蛋白质工程 ——难度大
原因：蛋白质发挥 功能必须依赖于正 确的高级结构。 这种高级结构很复 杂，目前对其了解 还很不够，还需探 索。
血红蛋白结构
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：
折分子Biblioteka 叠 设计蛋白质 三维结构
天然蛋白质合成
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—……
１、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷 酸序列？写出相应的碱基序列。
２、确定目的基因的碱基序列后，怎样合 成或改造目的基因？
３、总结：什么叫做蛋白质工程？
１、每种氨基酸有相 对应的密码子。查表 可得： ＧＣＵＵＧＧＡＡＡ ＡＵＧＵＵＵ； 再根据碱基互补配对 推出脱氧核苷酸序列： ＣＧＡＡＣＣＴＴＴ ＴＡＣＡＡＡ。
改变分子 结构： 半胱氨酸
蛋白质工程：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， 以满足人类的生产和生活的需求。
三、蛋白质工程的进展和前景。
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。
３、蛋白质工程：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，以满足人类的生产 和生活的需求。
应用于电子方面
蛋白质工程 ——制造电子元件。
改造胰岛素
优点：体积小、
——特效药品 耗电少、效率高。
蛋白质工程 ——难度大
原因：蛋白质发挥 功能必须依赖于正 确的高级结构。 这种高级结构很复 杂，目前对其了解 还很不够，还需探 索。
血红蛋白结构
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：
折分子Biblioteka 叠 设计蛋白质 三维结构
天然蛋白质合成
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—……
１、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷 酸序列？写出相应的碱基序列。
２、确定目的基因的碱基序列后，怎样合 成或改造目的基因？
３、总结：什么叫做蛋白质工程？
１、每种氨基酸有相 对应的密码子。查表 可得： ＧＣＵＵＧＧＡＡＡ ＡＵＧＵＵＵ； 再根据碱基互补配对 推出脱氧核苷酸序列： ＣＧＡＡＣＣＴＴＴ ＴＡＣＡＡＡ。
改变分子 结构： 半胱氨酸
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题 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。
归
纳
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。
最新 PPT
16
合
讨论：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-
作 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
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造
要容易操作，难度要小得多。
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9
问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
题 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。
2、原理：
归 改造基因（基因修饰或基因合成）
纳
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10
问 题
复制
复制
NA
蛋白质
归 纳
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。
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15
问 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
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13
DNA合成 基因 DNA 转录 mRNA翻译
分子 设计
氨基酸序 列多肽链
折叠
蛋白质 三维结构
图1-29蛋白质工程流程图
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生物 预期 功能 功能
14
➢ 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
探 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
究 出来。
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17
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
生产符合人类生产和生活的需
要的蛋白质。
纳
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5
例如：
满足人类生 产和生活的
需要
干扰素（半胱氨酸） 改造 干扰素（丝氨酸）
体外很难保存
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
（异亮氨酸）
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6
自 主 学 习
任务：阅读教材第26页第三段 时间：3分钟 问题：
1.蛋白质工程的目标是什么？ 2.蛋白质工程的原理？思考26页第二个问号 3. 蛋白质工程的基本途径是什么？ 4.总结出什么是蛋白质工程？
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7
问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
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18
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 点诱变技术来改变。
基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。
突变点： 人工合成的引物上
手段： PCR技术（定点突变试剂盒）
目的： 获得定点最突新 P变PT 的基因
19
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体内，使后者产生本不能产生的蛋白 质，进而表现出新的性状。
归
（2）基因工程的不足：
纳 在原则上只能生产自然界已存 在的蛋白质。
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4
问 2、天然蛋白质的不足
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
题 特定物种生存的需要，却不一定完 全符合人类生产和生活的需要。
归 3、蛋白质工程的目的
题
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。
2、原理：
归
纳
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8
合 思考：对天然蛋白质进行改造，你认为 应该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？
作 应该从对基因的操作来实现对天然蛋 白质改造，主要原因如下：
探 究
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码 的，改造了基因即对蛋白质进行了改造， 而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果 对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改 造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
蛋白质工程的崛起
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1
创
胰岛素改造
设 情 境
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚
体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进
入血液，从而延缓了其降血糖作用，这
是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。
利用蛋白质工程技术改变这些残基，则
可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作
用。该速效胰岛素已通过临床实验。这
种制剂的形成正是利用了蛋白质工程技
术。
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2
自 主 学
任务：阅读教材第26页第二段 时间：3分钟 问题：
1.基因工程的实质是什么？ 2.基因工程的不足是什么？ 3.天然蛋白质的不足是什么？ 4.蛋白质工程的目的是什么？
习
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3
问 一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：
题 将一种生物的基因转移到另一种生物
天然蛋白质的合成遵循中心法则
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11
问 天然蛋白质的合成过程
题 归
DNA 转录
RNA
表达生物特有 的功能或性状
翻译 肽链
折叠 等
具有空间结 构的蛋白质
纳 遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
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12
问 ３. 途径:
预期的蛋白质功能
题
设计预期的蛋白质结构
归
推测应有的氨基酸序列
纳 找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
20
三、蛋白质工程的进展和前景
❖ 1.进展
水蛭素改造 生长激素改造 胰岛素改造 治癌酶的改造
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21
（二）蛋白质改造工程举例
1．水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂， 它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水 蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。 为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基 础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案， 将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸）， 使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢 键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高抗 凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型 上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。
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22
2．生长激素改造
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。
归
纳
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。
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合
讨论：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-
作 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
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造
要容易操作，难度要小得多。
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问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
题 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。
2、原理：
归 改造基因（基因修饰或基因合成）
纳
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问 题
复制
复制
NA
蛋白质
归 纳
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。
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问 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
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DNA合成 基因 DNA 转录 mRNA翻译
分子 设计
氨基酸序 列多肽链
折叠
蛋白质 三维结构
图1-29蛋白质工程流程图
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生物 预期 功能 功能
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➢ 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
探 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
究 出来。
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mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
生产符合人类生产和生活的需
要的蛋白质。
纳
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例如：
满足人类生 产和生活的
需要
干扰素（半胱氨酸） 改造 干扰素（丝氨酸）
体外很难保存
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
（异亮氨酸）
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自 主 学 习
任务：阅读教材第26页第三段 时间：3分钟 问题：
1.蛋白质工程的目标是什么？ 2.蛋白质工程的原理？思考26页第二个问号 3. 蛋白质工程的基本途径是什么？ 4.总结出什么是蛋白质工程？
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问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
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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 点诱变技术来改变。
基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。
突变点： 人工合成的引物上
手段： PCR技术（定点突变试剂盒）
目的： 获得定点最突新 P变PT 的基因
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体内，使后者产生本不能产生的蛋白 质，进而表现出新的性状。
归
（2）基因工程的不足：
纳 在原则上只能生产自然界已存 在的蛋白质。
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问 2、天然蛋白质的不足
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
题 特定物种生存的需要，却不一定完 全符合人类生产和生活的需要。
归 3、蛋白质工程的目的
题
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。
2、原理：
归
纳
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合 思考：对天然蛋白质进行改造，你认为 应该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？
作 应该从对基因的操作来实现对天然蛋 白质改造，主要原因如下：
探 究
（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码 的，改造了基因即对蛋白质进行了改造， 而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果 对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改 造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
蛋白质工程的崛起
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创
胰岛素改造
设 情 境
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚
体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进
入血液，从而延缓了其降血糖作用，这
是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。
利用蛋白质工程技术改变这些残基，则
可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作
用。该速效胰岛素已通过临床实验。这
种制剂的形成正是利用了蛋白质工程技
术。
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自 主 学
任务：阅读教材第26页第二段 时间：3分钟 问题：
1.基因工程的实质是什么？ 2.基因工程的不足是什么？ 3.天然蛋白质的不足是什么？ 4.蛋白质工程的目的是什么？
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问 一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：
题 将一种生物的基因转移到另一种生物
天然蛋白质的合成遵循中心法则
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11
问 天然蛋白质的合成过程
题 归
DNA 转录
RNA
表达生物特有 的功能或性状
翻译 肽链
折叠 等
具有空间结 构的蛋白质
纳 遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
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问 ３. 途径:
预期的蛋白质功能
题
设计预期的蛋白质结构
归
推测应有的氨基酸序列
纳 找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
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三、蛋白质工程的进展和前景
❖ 1.进展
水蛭素改造 生长激素改造 胰岛素改造 治癌酶的改造
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（二）蛋白质改造工程举例
1．水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂， 它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水 蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。 为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基 础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案， 将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸）， 使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢 键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高抗 凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型 上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。
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2．生长激素改造