《高中生物《蛋白質(zhì)工程的崛起》課件一（29張PPT）（人教版選修3）》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中生物《蛋白質(zhì)工程的崛起》課件一（29張PPT）（人教版選修3）（32頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

歡迎進(jìn)入生物課堂 蛋白質(zhì)工程的崛起 活動(dòng) 1 描述基因工程的操作步驟 目的基因的獲取 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的基因的檢測(cè)與鑒定 2 討論基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的特點(diǎn) 基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人類(lèi)生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì) 甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì) 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(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)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(lèi)生產(chǎn)和生活的需要 一 蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 二 蛋白質(zhì)工程的概念 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(guò)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(mǎn)足人類(lèi)對(duì)生產(chǎn)和生活的需求 前提 原理 目的 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 定向改造或制造蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)的功能是DNA決定的 那么要制造出新的蛋白質(zhì) 就要改造DNA 所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推 三 蛋白質(zhì)工程的基本原理 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) 討論 1 怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列 請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái) 某多肽鏈的一段氨基酸序列是 丙氨酸 色氨酸 賴(lài)氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 丙氨酸 GCU GCC GCA GCG色氨酸 UGG賴(lài)氨酸 AAA AAG甲硫氨酸 AUG苯丙氨酸 UUU UUC 每種氨基酸都有對(duì)應(yīng)的三聯(lián)密碼子 只要查一下遺傳密碼子表 就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來(lái) 但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基酸是由多個(gè)三聯(lián)密碼子編碼 因此其堿基排列組合起來(lái)就比較復(fù)雜 至少可以排列出16種 同學(xué)們可以根據(jù)學(xué)過(guò)的排列組合知識(shí)自己排列一下 首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列為GCU 或C或A或G UGGAAA 或G AUGUUU 或C 再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律推出脫氧核苷酸序列 CGA 或G或T或C ACCTTT 或C TACAAA 或G 基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的常用方法是PCR法 突變點(diǎn) 人工合成的引物上 手段 PCR技術(shù) 定點(diǎn)突變?cè)噭┖?目的 獲得定點(diǎn)突變的基因 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 可以通過(guò)人工合成的方法獲取或基因的定點(diǎn)誘變技術(shù)來(lái)改變 基因會(huì)發(fā)生突變 突變可以自發(fā) 也可以誘發(fā) 這是每個(gè)稍有生物學(xué)知識(shí)的人都知道的常識(shí) 但在加拿大生物化學(xué)家M 史密斯 1932 2000 發(fā)明定點(diǎn)突變法之前 突變株的產(chǎn)生必須經(jīng)由自然界或用化學(xué)等方法誘使基因體突變 這類(lèi)方法屬于隨機(jī)突變 突變株必須在生物性狀上有所改變 才能確定有突變發(fā)生 但除非用分子生物方法或遺傳方法找到此突變處 否則無(wú)法確定突變位置 也就是說(shuō) 這種突變是盲目的 而史密斯發(fā)明的定點(diǎn)突變法卻是有目的的 該法可經(jīng)由設(shè)計(jì)好的寡核苷酸 在任何一個(gè)基因片段上進(jìn)行隨意或設(shè)計(jì)好的突變 也就是說(shuō) 這種突變是預(yù)先設(shè)定好的 所以也有人將該法稱(chēng)為 反遺傳法 有意思的是這一給生命科學(xué)研究及應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡時(shí)閑聊出來(lái)的 現(xiàn)在 幾乎每個(gè)生物實(shí)驗(yàn)室都會(huì)用定點(diǎn)突變法來(lái)研究基因或蛋白質(zhì)的功能 蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括 1 從生物體中分離純化目的蛋白 2 測(cè)定其氨基酸序列 3 借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段 盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu) 4 設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件 了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化 包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響 5 設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案 如定點(diǎn)突變 6 分離 純化新蛋白 功能檢測(cè)后投入實(shí)際使用 蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì) 對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造 二 蛋白質(zhì)改造工程舉例1 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HV2的設(shè)計(jì)方案 將47位的Asn 天冬酰胺 變成Lys 賴(lài)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(lái)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)活性提高了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 生長(zhǎng)激素改造生長(zhǎng)激素通過(guò)對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育 然而它不僅可以結(jié)合生長(zhǎng)激素受體 還可以結(jié)合許多種不同類(lèi)型細(xì)胞的催乳激素受體 引發(fā)其他生理過(guò)程 在治療過(guò)程中為減少副作用 需使人的重組生長(zhǎng)激素只與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合 盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn) 二者受體結(jié)合區(qū)有一部分重疊 但并不完全相同 有可能通過(guò)改造加以區(qū)別 由于人的生長(zhǎng)激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用 而它與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合則無(wú)需鋅離子參與 于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈 如第18和第21位His 組氨酸 和第17位Glu 谷氨酸 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致 但要開(kāi)發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做 3 胰島素改造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 從而延緩了其降血糖作用 也增加了抗原性 這是胰島素B23 B28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(guò)臨床實(shí)驗(yàn) 4 治癌酶的改造癌癥的基因治療分二個(gè)方面 藥物作用于癌細(xì)胞 特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞 藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)藥物的侵害 可以提高化學(xué)治療的劑量 皰疹病毒 HSV 胸腺嘧啶激酶 TK 可以催化胸腺嘧啶和其它結(jié)構(gòu)類(lèi)似物磷酸化而使這些堿基3 OH缺乏 從而阻斷DNA的合成 殺死癌細(xì)胞 HSV TK催化能力可以通過(guò)基因突變來(lái)提高 從大量的隨機(jī)突變中進(jìn)行篩選出一種酶 在酶活性部位附近有6個(gè)氨基酸被替換 催化能力20倍以上 蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快 研究工作很多 以上僅介紹了幾個(gè)例子 蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)制造新的蛋白質(zhì)外 其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的一種強(qiáng)有力的工具 它在解決生物理論方面所起的作用 可以和任何重大的生物研究方法相提并論 三 蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景 蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就 它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來(lái)研究 蛋白質(zhì)工程將蛋白質(zhì)與酶的研究推進(jìn)到嶄新的時(shí)代 為蛋白質(zhì)和酶在工業(yè) 農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的應(yīng)用開(kāi)拓了誘人的前景 蛋白質(zhì)工程開(kāi)創(chuàng)了按照人類(lèi)意愿改造 創(chuàng)造符合人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期 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) 練習(xí) 2 下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法錯(cuò)誤的是 A 蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu) 使之更加符合人類(lèi)的需要B 蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作 定向改變分子的結(jié)構(gòu)C 蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子D 蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分 又被稱(chēng)為第二代基因工程 3以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的是 A 蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)B 蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸C 蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造D 蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì) 4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 根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A B C D 5蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上 延伸出來(lái)的第二代基因工程 其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是 A 氨基酸種類(lèi)增多B 氨基酸種類(lèi)減少C 仍為天然存在蛋白質(zhì)D 可合成天然不存在蛋白質(zhì) 1 你知道人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎 它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系 我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù) 旁欄思考題 人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃之后 生命科學(xué)乃至自然領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題 2001年 國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織宣告成立 2003年 該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行動(dòng) 一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的 人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃 另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭的 人類(lèi)血將蛋白質(zhì)組計(jì)劃 由此拉開(kāi)了人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕 人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃 是國(guó)際上第一個(gè)人類(lèi)組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃 由我國(guó)賀福初院士牽頭 這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃 總部設(shè)在北京 它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì) 為重大肝病預(yù)防 診斷 治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ) 隨后 相繼啟動(dòng)了由德國(guó) 瑞士 英國(guó) 加拿大和日本等國(guó)牽頭的各類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃 人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持 2 對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作 還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn) 答 毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)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(guò)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(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的 2 對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作 難度要小得多 異想天開(kāi) 能不能根據(jù)人類(lèi)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)人類(lèi)所需要的蛋白質(zhì)食品呢 理論講可以 但目前還沒(méi)有真正成功的例子 一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì) 并非完全是人工設(shè)計(jì)出來(lái)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(lèi)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(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的 再見(jiàn) 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來(lái)學(xué)校和回家的路上要注意安全