《蛋白质工程的崛起》PPT课件
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蛋白质工程的崛起(共15张PPT)
可以产生它本身不能产生的 蛋白，质进而表现 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）
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
出 新的性状 。 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。 序列是_____________________。 （1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种
第8页，共15页。
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：基因改造 3、过程
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
DNA mRNA 多肽链
转录
翻译
三维结构 折叠
预期功能 生物功能
第9页，共15页。
4、概念：
是指以蛋白质分子的结构规律及其
序列是_____________________。
2、基因工程的不足： ______________，所用的酶是______________。
（1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种 ______________，所用的酶是______________。 玉米中赖氨酸含量可提高数倍
在原则上只能生产 天冬氨酸激酶（异亮氨酸） 自然界已存在的蛋白质， （3）如果指导番茄合成PG的信使RNA的碱基序列是 – A – U – C – C – A – G – G – U – C –，那么，PG反义基因的这段碱基对
质在粒原（ 则这或上运只些载能体生天、产病然毒） 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 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
出 新的性状 。 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。 序列是_____________________。 （1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种
第8页，共15页。
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：基因改造 3、过程
DNA合成
分子设计
基因
氨基酸序列
蛋白质
DNA mRNA 多肽链
转录
翻译
三维结构 折叠
预期功能 生物功能
第9页，共15页。
4、概念：
是指以蛋白质分子的结构规律及其
序列是_____________________。
2、基因工程的不足： ______________，所用的酶是______________。
（1）反义基因像一般基因一样是一段双链的DNA分子，合成该分子的第一条链时，使用的模板是细胞质中的反义RNA，原料是四种 ______________，所用的酶是______________。 玉米中赖氨酸含量可提高数倍
在原则上只能生产 天冬氨酸激酶（异亮氨酸） 自然界已存在的蛋白质， （3）如果指导番茄合成PG的信使RNA的碱基序列是 – A – U – C – C – A – G – G – U – C –，那么，PG反义基因的这段碱基对
质在粒原（ 则这或上运只些载能体生天、产病然毒） 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 自然界已存在的蛋白质，
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）
1.4 蛋白质工程的崛起 课件（共25张ppt）
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）
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）
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。
生物：《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版选修)-精26页PPT
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
生物：《蛋白质工程的崛起》课件(新 人教版选修)-精
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
生物：《蛋白质工程的崛起》课件(新 人教版选修)-精
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
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h
11
3．蛋白质工程的基本操作程序正确的是( ) ①蛋白质分子结构合成 ②DNA合成 ③mRNA合成 ④蛋白质的预期功能 ⑤根据氨基酸的序列推出脱氧核苷 酸的序列 A．①→②→③→④→⑤→① B．⑤→④→③→②→①→② C．④→①→⑤→②→③→① D．②→③→⑤→①→②→④
解析：蛋白质工程的操作流程为：从预期的蛋白质功能出发
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应
生产和使用需要的。
h
3
二、蛋白质工程的基本原理
1、蛋白质工程的目标
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、天然蛋白质的合成过程
转录
DNA（基因）
翻译
mRNA
蛋白质
由于基因决定蛋白质，要对蛋白质的结构进 行设计改造，最终还必须通过基因来完成
h
4
３、蛋白质工程的基本途径
预期的蛋白质功能 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）
h
5
比较基因工程和蛋白质工程
h
6
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。它是第二代基因工程。
h
15
2．下列关于蛋白质工程的设计思路中，说法不正 确的是( ) A．从蛋白质的功能推测蛋白质应有的结构 B．从蛋白质的结构推测氨基酸的排列顺序 C．从氨基酸的排列顺序推测基因中脱氧核苷酸的 排列顺序 D．蛋白质工程完全不遵循中心法则
解析：蛋白质工程的基本途径是根据中心法则反推出来的。
答案：D
h
16
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,却不一定完全符合人类生产和生活的需
要。
h
2
例如：
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存
改造
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
玉米中赖氨酸含量可提高数倍 天冬氨酸激酶（异亮氨酸）
h
14
[课时跟踪训练]
1．下列说法不正确的是( ) A．天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的 B．天然蛋白质都能符合人类生产和生活的需要 C．天然干扰素在体外保存相当困难 D．许多工业用酶是由天然酶改造而来的
解析：天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存 的需要，但不一定完全符合人类生产和生活的需要。 答案：B
前提： 了解蛋白质的结构和功能
原理： 改造基因（基因修饰或基因合成）
目的： 定向改造或制造蛋白质
h
7
蛋白质工程的进展和前景
如：胰岛素改造
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，也增加了抗原性，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。
（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。
h
9
[随堂基础巩固]
1．蛋白质工程中需要直接进行操作的对象是( )
→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。
答案：C
h
12
4．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__(加__工_；) ④_分__子__设__计_；⑤_D__N_A_合__成_。
如今，生物材料科学家正积极探索将蛋白质应用于
微电子方面。用蛋白质工程方法制成的电子元件具
有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广
泛的发展前景。
hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8
旁栏思考题：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？
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：
3．科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠
杆菌中表达，使干扰素第十七位的半胱氨酸改变
成丝氨酸，结果大大提高了β干扰素的抗病活性，
并且提高了储存稳定性。该生物技术为( )
A．基因工程
B．蛋白质工程
C．基因突变
D．组织培养
解析：题目中的操作中涉及的基因显然不再是原来 的基因，其合成的β干扰素也不是天然β干扰素，而 是经过改造的、具人类所需优点的蛋白质，因而整 个过程利用的生物技术应为蛋白质工程。 答案：B
学习目标
1、了解蛋白质工程崛起的缘由 2、掌握蛋白质工程的基本原理 3、掌握蛋白质工程与基因工程的区别和联系
h
1
一、蛋白质工程的崛起的缘由
基因工程的实质：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，进而表现出新的形状
基因工程产物：
基因工程在原则上只能生产自然界已存在 的蛋白质。
A．氨基酸结构
B．蛋白质空间结构
C．肽链结构
D．基因结构
解析：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需求。因此，归 根到底，还是要对基因进行改造。 答案：D
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10
2．蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据的是( ) A．基因功能 B．蛋白质功能 C．氨基酸序列 D．mRNA密码子序列 解析：蛋白质工程在设计蛋白质结构时依据蛋白质 功能，设计了蛋白质结构后再推测并合成相应的基 因。 答案：B
h
13
4．下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
(3)蛋白质工程的目的是 __对__蛋_白__质__的__结__构__进_行__分__子__设__计______________________， 通过__基__因__修__饰__或_基__因__合__成_________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。