高考生物一輪復(fù)習(xí)核心要點突破系列課件：第一章第三節(jié)《蛋白質(zhì)工程》（蘇教版選修3）

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歡迎進(jìn)入生物課堂 第三節(jié)蛋白質(zhì)工程 課標(biāo)領(lǐng)航通過本節(jié)的學(xué)習(xí) 我能夠1 理解蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系 2 描述蛋白質(zhì)工程的基本原理 3 舉例闡述蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用和發(fā)展 情景導(dǎo)引人類可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)嗎 答案是肯定的 例如 科學(xué)家已生產(chǎn)出一種以前必須從南極魚類體中提取的抗凍蛋白質(zhì) 這一技術(shù)可用于儲存大量新鮮的動植物和人類的組織細(xì)胞 防止形成冰晶 破壞脆弱的細(xì)胞膜和細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 你想了解這方面的知識嗎 核心要點突破 知能過關(guān)演練 第三節(jié) 基礎(chǔ)自主梳理 基礎(chǔ)自主梳理 一 蛋白質(zhì)工程的概念和原理1 蛋白質(zhì)工程是指通過 與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 并借助計算機(jī)輔助設(shè)計 和重組DNA技術(shù)改造基因 以定向改造天然蛋白質(zhì) 甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù) 基因工程是蛋白質(zhì)工程中的關(guān)鍵技術(shù) 因此 蛋白質(zhì)工程又被稱為 物理化學(xué) 基因定點誘變 第二代基因工程 2 實施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)的 和 的關(guān)系 應(yīng)用X射線晶體衍射法 可以測定蛋白質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu) 利用 法可以了解其構(gòu)象 3 根據(jù)蛋白質(zhì)被改造部位的多少 可以將對蛋白質(zhì)的改造分成 結(jié)構(gòu) 功能 核磁共振 大改 中改 小改 4 大改 是指根據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點 設(shè)計并制造出 使之具有特定的氨基酸序列 空間結(jié)構(gòu)和預(yù)期功能 中改 是指在蛋白質(zhì)分子中替代某一個肽段或一個特定的結(jié)構(gòu)域 小改 是指通過基因工程中的定點誘變技術(shù) 有目的地改造蛋白質(zhì)分子中 的1個或幾個氨基酸殘基 以改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能 是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一 自然界中不存在的全新蛋白質(zhì) 某活性部位 基因的定點誘變技術(shù) 思考感悟1 對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 是直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作 還是通過對基因的操作來實現(xiàn) 提示 對基因的操作 二 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1 蛋白質(zhì)工程可通過改造酶的結(jié)構(gòu) 有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性 如在蛋白質(zhì)分子中引入 可以顯著提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性 2 科學(xué)家發(fā)明的利用鼠源雜交瘤抗體來處理癌細(xì)胞的方法 對癌細(xì)胞有一定的殺傷力 但也有導(dǎo)致機(jī)體高度過敏的副作用 為了解決這一問題 科學(xué)家又對該抗體進(jìn)行了改造 生產(chǎn)出效果良好的 二硫鍵 鼠 人嵌合抗體 3 我國科學(xué)家為蛋白質(zhì)工程的理論和技術(shù)發(fā)展做出的積極貢獻(xiàn) 最著名的是完成了 的人工合成 4 蛋白質(zhì)工程使我們不僅能更充分地利用自然界存在的基因和蛋白質(zhì) 而且能在 上對基因和蛋白質(zhì)進(jìn)行再設(shè)計和改造 進(jìn)而創(chuàng)造出自然界不存在的基因和蛋白質(zhì) 結(jié)晶牛胰島素 分子水平 思考感悟2 一般的藻類植物僅能生活在40 以下的水環(huán)境中 但也有少數(shù)種類的藻類植物可以生活在80 以上的溫泉中 若從酶的角度考慮 其主要原因是什么 提示 溫泉藻類植物體內(nèi)酶肽鏈中的某些氨基酸與一般藻類植物的不同 導(dǎo)致了酶的熱穩(wěn)定性的差異 核心要點突破 1 產(chǎn)生基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 這些天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)化過程中形成的 它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要 卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要 這就需要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì) 這樣 人們又開始了新一輪的探索 蛋白質(zhì)工程應(yīng)運而生 2 基本原理 1 從理論上分析 蛋白質(zhì)工程的最基本原理就是中心法則的逆推 2 過程 從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列 找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 合成DNA 表達(dá)出蛋白質(zhì) 3 蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較 特別提醒 蛋白質(zhì)工程最終還是回到基因工程上來 因為蛋白質(zhì)的合成由基因控制 所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程 基因工程中的目的基因一般為自然界存在的基因 而蛋白質(zhì)工程中的目的基因不是天然存在的 2011年陜西安康高二檢測 某多肽鏈的一段氨基酸序列是 甲硫氨酸 色氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 氨基酸及對應(yīng)的密碼子為 甲硫氨酸AUG 色氨酸UGG 苯丙氨酸UUU UUC 1 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列 請把相應(yīng)的堿基序列寫出來 2 確定目的基因的堿基序列后 怎樣才能合成或改造目的基因 DNA 思路點撥 本題考查蛋白質(zhì)工程的原理及實例 解答本題應(yīng)突破以下幾點 首先設(shè)計蛋白質(zhì)氨基酸序列 找到對應(yīng)的脫氧核苷酸序列 根據(jù)DNA 基因 脫氧核苷酸序列進(jìn)行人工合成或進(jìn)行基因改造 嘗試解答 1 根據(jù)氨基酸序列反推mRNA密碼子序列 再反推DNA上堿基序列 其DNA堿基序列為 TACACCAAGACC 或 ATGTGGTTCTGG TACACCAAAACC ATGTGGTTTTGG 2 確定目的基因的堿基序列后 就可以根據(jù)人類的需要改造它 通過人工合成的方法 或從基因庫中獲取 解析 由氨基酸序列知 翻譯該蛋白質(zhì)的mRNA上堿基序列為 AUGUGGUUCUGG 或 AUGUGGUUUUGG 由mRNA上堿基序列知 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生mRNA的DNA堿基序列為 TACACCAAGACC 或 ATGTGGTTCTGG TACACCAAAACC ATGTGGTTTTGG 互動探究 由上述氨基酸序列推導(dǎo)出的目的基因為什么有多種 提示 一種氨基酸可以由一種或幾種不同的密碼子決定 這樣推導(dǎo)出的基因也就有多種 跟蹤訓(xùn)練蛋白質(zhì)工程中需要直接進(jìn)行操作的對象是 A 氨基酸結(jié)構(gòu)B 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)C 肽鏈結(jié)構(gòu)D 基因結(jié)構(gòu)解析 選D 蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ) 通過基因修飾或基因合成 對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 或制造一種新的蛋白質(zhì) 以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求 其目標(biāo)是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求 對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計 但因為基因決定蛋白質(zhì) 因此對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計改造 歸根到底還需要對相應(yīng)的基因進(jìn)行操作 按要求進(jìn)行修飾 加工 改造 使之能控制合成人類需要的蛋白質(zhì) 1 定點誘變技術(shù) 基因的定點誘變技術(shù)是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一 1 適用對象 適用于對已知空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 進(jìn)行 小改 2 特點 定點誘變有目的性和針對性 3 常用操作方法 PCR技術(shù)是目前常用的方法之一 4 具體操作過程 人工合成帶有突變位點的引物 通過技術(shù)擴(kuò)增獲得定點突變的基因 通過基因工程的方法 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 在受體細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄和翻譯合成所需的蛋白質(zhì) 5 結(jié)果 完成對蛋白質(zhì)分子的 小改 即通過定點誘變技術(shù)在蛋白質(zhì)肽鏈中引入替代氨基酸 從而改變其結(jié)構(gòu) 有目的地改造蛋白質(zhì)的功能 2 非定點誘變技術(shù) 1 適用對象 對于不能預(yù)先確定誘變位點的蛋白質(zhì) 可采用非定點誘變來進(jìn)行蛋白質(zhì)的改造 2 特點 非定點誘變突變位點多 有時甚至?xí)a(chǎn)生出意想不到的改造效果 下圖為蛋白質(zhì)的定點誘變過程的部分過程圖解 請據(jù)圖解回答下列問題 1 圖中的質(zhì)粒的本質(zhì)是 2 將定點誘變過的質(zhì)粒引入細(xì)胞進(jìn)行復(fù)制后 可得到 種結(jié)果 圖示的三對堿基的組成分別是 3 圖示的這種對遺傳物質(zhì)的改造和人工誘變的區(qū)別是 4 通過圖示技術(shù)實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造屬于 嘗試解答 1 小型環(huán)狀DNA分子 2 兩種CTG GACCGG GCC 3 人工誘變是遺傳物質(zhì)的不定向改變 而基因的定點誘變技術(shù)是對遺傳物質(zhì)的定向改變 4 小改 解析 基因的定點誘變技術(shù)是實現(xiàn)蛋白質(zhì)小改的核心技術(shù) 其實質(zhì)是通過基因水平的改造 實現(xiàn)對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的改造 與人工誘變相比這是一種定向的基因改造 而人工誘變則是不定向的 基因的定點誘變技術(shù)其原理是DNA分子的半保留復(fù)制 通過利用人工合成的含有所需突變順序的引物 利用DNA多聚酶合成完整的鏈 再用DNA連接酶連接 從而得到定點誘變了的DNA分子 這樣的DNA分子表達(dá)的結(jié)果 得到個別氨基酸發(fā)生改變的蛋白質(zhì)分子 跟蹤訓(xùn)練下列關(guān)于基因定點誘變技術(shù)的說法 正確的是 A 對任何蛋白質(zhì)的改造都可以用基因定點誘變技術(shù)B 對于已知空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的改造可以采用基因定點誘變技術(shù)C 基因定點誘變技術(shù)是蛋白質(zhì)工程中必須用到的技術(shù)D 采用基因定點誘變技術(shù)通?？梢愿淖兊鞍踪|(zhì)中多種氨基酸 解析 選B 基因定點誘變技術(shù)是 小改 時所用的一項技術(shù) 是有目的地改造蛋白質(zhì)分子中某活性部位的1個或幾個氨基酸殘基 是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一 主要應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)已知的蛋白質(zhì) 對于空間結(jié)構(gòu)未知的蛋白質(zhì)用非定點誘變來進(jìn)行蛋白質(zhì)的改造 利用蛋白質(zhì)工程改造或者設(shè)計制造出的人工蛋白 在活性 穩(wěn)定性及抗原性等方面都優(yōu)于天然蛋白質(zhì) 1 提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性一種方法是通過替換酶的幾種氨基酸 可以提高酶的熱穩(wěn)定性 另一種方法是在蛋白質(zhì)分子中引入二硫鍵也可提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性 2 改變蛋白質(zhì)的活性組織纖溶酶原激活物 t PA 專一激活人體內(nèi)的纖溶系統(tǒng) 保證血液循環(huán)的暢通 但t PA進(jìn)入血漿后大部分與纖溶酶原激活劑抑制物形成復(fù)合物 并迅速失去活性 利用蛋白質(zhì)工程將t PA分子中的天冬酰胺替換為谷氨酰胺后 t PA在血液循環(huán)中的停留時間會大大延長 3 合成嵌合抗體小鼠單克隆抗體的制備比較簡單 但這種鼠源性的單克隆抗體會被人的免疫系統(tǒng)排斥 不能直接用于人體 嵌合抗體就是保留鼠單克隆抗體的可變區(qū) 而用人體抗體的恒定區(qū)替換鼠單克隆抗體的恒定區(qū) 這種嵌合抗體的抗原性顯著下降 而抗體的特異識別功能沒有喪失 可用于臨床治療 目前蛋白質(zhì)工程成功的例子不多 主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu) 而目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還不夠 要設(shè)計出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過艱辛的探索 胰島素可以用于治療糖尿病 但是胰島素被注射到人體后 會堆積在皮下 需經(jīng)較長的時間才能進(jìn)入血液 而進(jìn)入血液的胰島素又容易分解 因此 治療效果受到影響 如圖是用蛋白質(zhì)工程設(shè)計速效胰島素的生產(chǎn)過程 請據(jù)圖回答有關(guān)問題 1 構(gòu)建新的蛋白質(zhì)模型是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵 圖中構(gòu)建新的胰島素模型的主要依據(jù)是 2 通過DNA合成形成的新基因應(yīng)與 結(jié)合后轉(zhuǎn)移到 中才能得到準(zhǔn)確表達(dá) 3 若要利用大腸桿菌生產(chǎn)速效胰島素 需用到的生物工程有 和發(fā)酵工程 4 圖解中從新的胰島素模型到新的胰島素基因的基本思路是什么 嘗試解答 1 蛋白質(zhì)的預(yù)期功能 2 載體大腸桿菌等受體細(xì)胞 3 蛋白質(zhì)工程基因工程 4 根據(jù)新的胰島素模型中氨基酸的序列 推測出其基因中的脫氧核苷酸序列 然后利用DNA合成儀來合成出新的胰島素基因 解析 1 蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求 對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計 因此 圖中構(gòu)建新的胰島素模型的依據(jù)是胰島素的預(yù)期功能 即速效胰島素 2 合成的目的基因應(yīng)與載體構(gòu)建基因表達(dá)載體后導(dǎo)入受體細(xì)胞中才能得以表達(dá) 3 利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)自然界原本不存在的蛋白質(zhì) 需對原有胰島素進(jìn)行改造 根據(jù)新的胰島素模型中氨基酸的序列推測出其基因中的脫氧核苷酸序列 人工合成新的胰島素基因 形成目的基因 改造好的目的基因需通過基因工程來生產(chǎn)基因產(chǎn)物 并且在生產(chǎn)過程中要借助工程菌 所以還需要進(jìn)行發(fā)酵 因此該過程涉及蛋白質(zhì)工程 基因工程和發(fā)酵工程 4 由新的蛋白質(zhì)模型到構(gòu)建新的基因 其基本設(shè)計思路是根據(jù)新的蛋白質(zhì)中氨基酸的序列 推測出基因中的脫氧核苷酸序列 然后用DNA合成儀直接合成出新的基因 跟蹤訓(xùn)練下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程應(yīng)用的敘述正確的是 多選 A 蛋白質(zhì)工程可以改造酶的結(jié)構(gòu) 提高酶的熱穩(wěn)定性B 通過蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的活性C 利用蛋白質(zhì)工程可以在大腸桿菌細(xì)胞中得到人的胰島素D 蛋白質(zhì)工程可以對胰島素進(jìn)行改造和修飾 合成速效型胰島素制劑 解析 選ABD 蛋白質(zhì)工程是依據(jù)人們設(shè)計的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)來改造基因 進(jìn)而控制合成或改變自然界中的蛋白質(zhì) 而在大腸桿菌中生產(chǎn)人胰島素利用基因工程技術(shù)便可達(dá)到 知能過關(guān)演練 本部分內(nèi)容講解結(jié)束 點此進(jìn)入課件目錄 按ESC鍵退出全屏播放 謝謝使用 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全