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1、 基 因 工 程的 成 果 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 蛋 白 質(zhì) 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 。 基 因 工 程 的 局 限 性 ： 閱 讀 P26第 二 段 思 考 ：科 學(xué) 家 在 干 擾 素 的 保 存 和 玉 米 的 賴 氨 酸的 產(chǎn) 量 上 面 臨 什 么 樣 的 問 題 ？ 如 何 解 決這 些 問 題 ？一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由蛋 白 質(zhì) 功 能 不 能 滿 足 需 求解 決 ： 改 變 蛋 白 質(zhì)

2、 的 結(jié) 構(gòu) 改 造 方 案 ： 改 造干 擾 素 （ 半 胱 氨 酸 ）體 外 很 難 保 存 干 擾 素 （ 絲 氨 酸 ）體 外 可 以 保 存 半 年玉 米 中 賴 氨 酸 含 量 比 較 低天 冬 氨 酸 激 酶（ 352位 的 蘇 氨 酸 ）二 氫 吡 啶 二 羧 酸 合 成 酶（ 104位 的 天 冬 酰 胺 ） 天 冬 氨 酸 激 酶（ 異 亮 氨 酸 ）二 氫 吡 啶 二 羧 酸 合 成 酶（ 異 亮 氨 酸 ）玉 米 中 賴 氨 酸 含 量 可 提 高 數(shù) 倍改 造改 造 問 題 ： 如 何 對(duì) 天 然 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 改 造 ？(你 認(rèn) 為 直 接 對(duì) 蛋

3、 白 質(zhì) 分 子 進(jìn) 行 操 作 ， 還 是 通 過對(duì) 基 因 的 操 作 來 實(shí) 現(xiàn) ？ 能 否 說 出 你 的 理 由 ？ ) 答 ： 毫 無 疑 問 應(yīng) 該 從 對(duì) 基 因 的 操 作 來 實(shí) 現(xiàn) 對(duì)天 然 蛋 白 質(zhì) 改 造 ， 主 要 原 因 如 下 ：（ 1） 任 何 一 種 天 然 蛋 白 質(zhì) 都 是 由 基 因 編 碼 的 ，改 造 了 基 因 即 對(duì) 蛋 白 質(zhì) 進(jìn) 行 了 改 造 ， 而 且 改造 過 的 蛋 白 質(zhì) 可 以 遺 傳 下 去 。 如 果 對(duì) 蛋 白 質(zhì)直 接 改 造 ， 即 使 改 造 成 功 ， 被 改 造 過 的 蛋 白質(zhì) 分 子 還 是 無 法 遺 傳

4、 的 。（ 基 因 改 造 可 遺 傳 ； 蛋 白 質(zhì) 改 造 不 可 遺 傳 ）（ 2） 對(duì) 基 因 進(jìn) 行 改 造 比 對(duì) 蛋 白 質(zhì) 直 接 改 造 要容 易 操 作 ， 難 度 要 小 得 多 。 1、 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 途 徑 預(yù) 期 蛋 白 質(zhì) 功 能 設(shè) 計(jì) 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 應(yīng) 的 脫 氧 核 苷 酸 序列 (得 到 相 應(yīng) 目 的 基 因 )基 因DNA 氨 基 酸 序 列多 肽 鏈 蛋 白 質(zhì)三 維 結(jié) 構(gòu) 預(yù) 期 功 能生 物 功 能mRNA 轉(zhuǎn) 錄 翻 譯 折 疊DNA合 成 分 子 設(shè) 計(jì) -中

5、心 法 則 的 逆 推二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 基 因 工 程 操 作 程 序 得 到 符 合 人 們 需 求 的 蛋 白 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 決 定 功 能 中 心 法 則 某 多 肽 鏈 的 一 段 氨 基 酸 序 列 是 ：-丙 氨 酸 -色 氨 酸 -賴 氨 酸 -甲 硫 氨 酸 -苯 丙 氨 酸 -丙 氨 酸 ： GCU、 GCC、 GCA、 GCG 色 氨 酸 ： UGG 賴 氨 酸 ： AAA、 AAG 甲 硫 氨 酸 ： AUG 苯 丙 氨 酸 ： UUU、 UUC 討 論 ：1、 請(qǐng) 寫 出 決 定 這 一 段 肽 鏈 的 mRNA片 段 和 基 因 片 段的 核 苷 酸 序 列 。

6、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） ？ （ 1） mRNA序 列 為 ： GCU（ 或 C或 A或 G） UGGAAA（ 或 G） AUGUUU（ 或 C） 脫 氧 核 苷 酸 序 列 ： CGA（ 或 G或 T或 C） ACCTTT（ 或 C） TACAAA（ 或 G）（ 2） 確 定 目 的 基 因 的 堿 基 序 列 后 ， 通 過 人 工 合 成的 方 法 或 從 基 因 庫 中 獲 取 ， 或 者 就 可 以 根 據(jù) 人 類的 需 要 改 造 它 （ 可 以 通 過 定 點(diǎn) 突 變 ） 。 蛋 白

7、 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(duì) 現(xiàn) 有 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 對(duì) 生 產(chǎn) 和 生 活 的 需 求 。4、 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 概 念了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能改造基因（基因修飾或基因合成）前 提 ：途 徑 /實(shí) 質(zhì) ：目 的 ：定向改造或制造全新的蛋白質(zhì)，滿足人類的生產(chǎn)生活需求 5、 基 因 工 程 與 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 區(qū) 別基 因 工 程 蛋 白 質(zhì) 工 程實(shí) 質(zhì)結(jié) 果聯(lián) 系

8、通 過 改 造 基 因 ， 可以 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)將 目 的 基 因 從 供 體轉(zhuǎn) 移 到 受 體 細(xì) 胞 ，并 在 受 體 細(xì) 胞 中 表達(dá) （ 基 因 重 組 ）只 能 生 產(chǎn) 自 然 界已 存 在 的 蛋 白 質(zhì)蛋 白 質(zhì) 工 程 是 在 基 因 工 程 基 礎(chǔ) 上 ， 延伸 出 的 第 二 代 基 因 工 程 能 生 產(chǎn) 自 然 界不 存 在 的 蛋 白 質(zhì) 能 不 能 根 據(jù) 人 類 需 要 的 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) ， 設(shè) 計(jì) 相 應(yīng) 的基 因 ， 導(dǎo) 入 合 適 的 細(xì) 菌 中 ， 讓 細(xì) 菌 生 產(chǎn) 人

9、 類 所 需 要 的 蛋白 質(zhì) 食 品 呢 ？ 理 論 上 講 可 以 ， 但 目 前 還 沒 有 真 正 成 功 的 例 子 。 一些 報(bào) 道 利 用 細(xì) 菌 生 產(chǎn) 人 類 需 要 的 蛋 白 質(zhì) 往 往 都 是 自 然 界已 經(jīng) 存 在 的 蛋 白 質(zhì) 經(jīng) 過 改 造 得 到 的 ， 并 非 完 全 是 人 工 設(shè)計(jì) 出 來 而 自 然 不 存 在 的 蛋 白 質(zhì) 。主 要 原 因 是 蛋 白 質(zhì) 的 高 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 非 常 復(fù) 雜 ， 人 類 對(duì) 蛋 白 質(zhì)的 高 級(jí) 結(jié) 構(gòu) 和 在 生 物 體 內(nèi) 如 何 行 使 功 能 知 之 甚 少 ， 很 難設(shè) 計(jì) 出 一 個(gè) 嶄 新 而 又

10、具 有 生 命 功 能 作 用 的 蛋 白 質(zhì) ， 而 且一 個(gè) 嶄 新 的 蛋 白 質(zhì) 會(huì) 帶 來 什 么 危 害 也 是 人 們 所 擔(dān) 心 的 。 而 也 正 是 因 為 ， 我 們 對(duì) 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) 和 功 能 之 間 的 對(duì) 應(yīng) 關(guān)系 掌 握 的 非 常 少 ， 所 以 導(dǎo) 致 我 們 從 蛋 白 質(zhì) 的 預(yù) 期 功 能 出 發(fā)時(shí) ， 不 能 一 步 到 位 的 設(shè) 計(jì) 好 蛋 白 質(zhì) 的 結(jié) 構(gòu) 和 氨 基 酸 序 列 ，而 只 能 設(shè) 計(jì) 一 系 列 的 候 選 的 蛋 白 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) ， 最 終 再 從 得 到 的蛋 白 質(zhì) 中 去 篩 選 出 符 合 我 們 要 求

11、 的 蛋 白 質(zhì) 。預(yù) 期 蛋白 質(zhì) 功能 設(shè) 計(jì) 一 系列 預(yù) 期 的蛋 白 質(zhì) 結(jié)構(gòu) ； 推 測各 個(gè) 相 應(yīng)的 氨 基 酸序 列 ；（ 設(shè) 計(jì) 一系 列 的 模擬 肽 ） 找 到 相應(yīng) 的 脫氧 核 苷酸 序 列(得 到 一系 列 相應(yīng) 的 候選 目 的基 因 ) 基 因工 程操 作程 序 得 到 許 多的 蛋 白 質(zhì) ；篩 選 出 符合 人 們 需求 的 蛋 白質(zhì)確 認(rèn) 三 、 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 進(jìn) 展 和 前 景1、 進(jìn) 展 ： （ 1） 對(duì) 胰 島 素 的 改 造 ， 使 其 成 為 速 效 型 藥 品 天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液

12、，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素 23-28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。 （2）水蛭素改造 水 蛭 素 是 水 蛭 唾 液 腺 分 泌 的 凝 血 酶 特 異 抑 制 劑 ，它 有 多 種 變 異 體 ， 由 65或 66個(gè) 氨 基 酸 殘 基 組 成 。 水蛭 素 在 臨 床 上 可 作 為 抗 栓 藥 物 用 于 治 療 血 栓 疾 病 。為 提 高 水 蛭 素 活 性 ， 在 綜 合 各 變 異 體 結(jié) 構(gòu) 特 點(diǎn) 的 基礎(chǔ) 上 提 出 改 造 水 蛭 素 主 要 變 異 體

13、HV2的 設(shè) 計(jì) 方 案 ，將 47位 的 Asn（ 天 冬 酰 胺 ） 變 成 Lys（ 賴 氨 酸 ） ， 使其 與 分 子 內(nèi) 第 4或 第 5位 Thr（ 蘇 氨 酸 ） 間 形 成 氫 鍵來 幫 助 水 蛭 素 N端 肽 段 的 正 確 取 向 ， 從 而 提 高 抗 凝血 效 率 ， 試 管 試 驗(yàn) 活 性 提 高 4倍 ， 在 動(dòng) 物 模 型 上 檢驗(yàn) 抗 血 栓 形 成 的 效 果 ， 提 高 20倍 。 2、 前 景 誘 人 ： 探 索 將 蛋 白 質(zhì) 工 程 應(yīng) 用 于 微 電 子 方 面 。 3、 難 度 很 大 ： 主 要 是 目 前 科 學(xué) 家 對(duì) 大 多 數(shù) 蛋 白

14、 質(zhì) 的 高 級(jí)結(jié) 構(gòu) 的 了 解 還 很 不 夠 。 用 蛋 白 質(zhì) 工 程 制 造 的 電 子 元 件 具 有 體 積 小 、耗 電 少 和 效 率 高 的 特 點(diǎn) 。 P28思 考 探 究你 知 道 酶 工 程 嗎 ?絕 大 多 數(shù) 酶 都 是 蛋 白 質(zhì) ，酶 工 程 和 蛋 白 質(zhì) 工 程 有 什 么 區(qū) 別 ？ 酶 工 程 就 是 指 將 酶 所 具 有 的 生 物 催 化 作 用 ， 借 助工 程 學(xué) 的 手 段 ， 應(yīng) 用 于 生 產(chǎn) 、 生 活 、 醫(yī) 療 診 斷 和 環(huán) 境保 護(hù) 等 方 面 的 一 門 科 學(xué) 技 術(shù) 。 （ 如 加 酶 洗 衣 粉 ） 通 常 所 說 的

15、 酶 工 程 是 用 工 程 菌 生 產(chǎn) 酶 制 劑 ， 而 沒有 經(jīng) 過 由 酶 的 功 能 來 設(shè) 計(jì) 酶 的 分 子 結(jié) 構(gòu) ， 然 后 由 酶 的分 子 結(jié) 構(gòu) 來 確 定 相 應(yīng) 基 因 的 堿 基 序 列 等 步 驟 。 因 此 ， 酶 工 程 的 重 點(diǎn) 在 于 對(duì) 已 存 酶 的 合 理 充 分 利 用 ，而 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 重 點(diǎn) 則 在 于 對(duì) 已 存 在 的 蛋 白 質(zhì) 分 子 的改 造 。 當(dāng) 然 ， 隨 著 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 發(fā) 展 ， 其 成 果 也 會(huì) 應(yīng)用 到 酶 工 程 中 ， 使 酶 工 程 成 為 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 一 部 分 。 隨

16、堂 練 習(xí)1 蛋 白 質(zhì) 工 程 中 直 接 需 要 進(jìn) 行 操 作 的 對(duì) 象 是 （ ） 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) 2、 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 基 本 流 程 正 確 的 是 （ ） 蛋 白 質(zhì) 分 子 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) DNA合 成 預(yù) 期 蛋 白 質(zhì) 功 能 據(jù) 氨 基 酸 序 列 推 出 脫 氧 核 苷 酸 序 列 A. B. C. D. C 3、 關(guān) 于 基 因 工 程 和 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 說 法 正 確 的 是 A 都 是 分 子 水 平 上 的 操 作 B 基 因 工 程 就 是 改 造 基 因 的 分

17、子 結(jié) 構(gòu) C 蛋 白 質(zhì) 工 程 就 是 改 造 蛋 白 質(zhì) 的 分 子 結(jié) 構(gòu) D 基 因 工 程 能 產(chǎn) 生 自 然 界 根 本 不 存 在 的 基 因 ，蛋 白 質(zhì) 工 程 能 產(chǎn) 生 自 然 界 已 存 在 的 蛋 白 質(zhì) A4、 關(guān) 于 生 物 體 內(nèi) 存 在 的 天 然 蛋 白 質(zhì) ， 下 列 說 法 不正 確 的 是 （ ）A 是 生 物 在 長 期 進(jìn) 化 過 程 中 形 成 的B 它 們 的 結(jié) 構(gòu) 和 功 能 符 合 特 定 物 種 生 存 的 需 要C 構(gòu) 成 天 然 蛋 白 質(zhì) 的 氨 基 酸 目 前 發(fā) 現(xiàn) 的 有 20種D 一 定 完 全 符 合 人 類 生 產(chǎn) 和 生 活 的 需 要 D 5、 關(guān) 于 蛋 白 質(zhì) 工 程 的 進(jìn) 展 和 應(yīng) 用 ， 下 列 說 法不 正 確 的 是 （ ）A 科 學(xué) 家 通 過 對(duì) 胰 島 素 的 改 造 ， 已 使 其 成 為速 效 藥 品B 生 物 和 材 料 科 學(xué) 家 正 積 極 探 索 將 蛋 白 質(zhì) 工程 應(yīng) 用 于 微 電 子 方 面C 蛋 白 質(zhì) 工 程 技 術(shù) 已 經(jīng) 非 常 成 熟 ， 目 前 正 被大 力 推 廣 應(yīng) 用D 蛋 白 質(zhì) 工 程 是 一 項(xiàng) 難 度 很 大 的 工 程 ， 目 前成 功 的 例 子 不 多 C