1、2021人人教版（教版（新教材新教材）必修二）必修二 遗传和进化遗传和进化第三章 基因工程第4节 基因工程的延伸蛋白质工程本节聚焦蛋白质工程的基本原理是什么？蛋白质工程已有哪些应用？知识回顾基因工程的实质是什么？基因工程的实质是什么？将将一种生物的基因一种生物的基因转移到转移到另一种生物体内另一种生物体内，后者后者可以产生可以产生它本来不能产生的蛋白质，它本来不能产生的蛋白质，进而进而表现出新的性状表现出新的性状。思考：思考：基因工程产生的蛋白质是否完全基因工程产生的蛋白质是否完全符合人类生产和生活的需要？符合人类生产和生活的需要？蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念: 是指以是指以蛋白质分子的蛋
2、白质分子的结构规律结构规律及其与及其与 生物功能生物功能的的关系关系作为基础，通过作为基础，通过 或或 ，对，对现有现有蛋白质进行蛋白质进行 ，或制造一种，或制造一种 ，以满，以满足人类的生产和生活的需求。足人类的生产和生活的需求。蛋白质工程的实质是对蛋白质工程的实质是对 的基因进行改造的基因进行改造从定义我们可以看出，蛋白质工程的操作包括两方面从定义我们可以看出，蛋白质工程的操作包括两方面: :1 1、对已有蛋白的基因进行修饰形成新的蛋白质。、对已有蛋白的基因进行修饰形成新的蛋白质。2 2、直接根据人的意愿合成符合我们需要的基因，、直接根据人的意愿合成符合我们需要的基因， 再合成相关蛋白质。
3、再合成相关蛋白质。基因修饰基因修饰基因合成基因合成改造改造新的蛋白质新的蛋白质编码蛋白质编码蛋白质三、蛋白质工程的概念三、蛋白质工程的概念通过改造通过改造基因基因，实现改造或制造新的蛋白质。，实现改造或制造新的蛋白质。四、蛋白质工程进展和前景四、蛋白质工程进展和前景胰岛素的改造胰岛素的改造制造电子元件制造电子元件蛋白质结构蛋白质结构一、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的局限性：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 干扰素（半胱氨酸）体外很难保存 干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年改造玉米中赖氨酸的含量较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶-天
4、冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）改造改造牛刀小试1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：( ) A. 蛋白质工程以基因工程为基础蛋白质工程以基因工程为基础 B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 D. 蛋白质工程的实质是改造蛋
5、白质蛋白质工程的实质是改造蛋白质A 对天然的蛋白质进行改造，你认为应该对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质直接对蛋白质分子进行操作分子进行操作，还是通过，还是通过对基因的操作对基因的操作来实现？来实现？1 1、基因决定蛋白质的合成基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质；，改造基因即为改造蛋白质；2 2、改造基因可以、改造基因可以遗传遗传，改造蛋白质无法遗传；，改造蛋白质无法遗传；3 3、改造基因比改造蛋白质更、改造基因比改造蛋白质更容易操作容易操作。蛋白质工程的目的：蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的、生产符合人们生活需要的、自然界中没有的蛋白质自然界中没有的蛋白质二、蛋
6、白质工程的基本原理蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链基因基因DNA预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计mRNA生物生物功能功能转录翻译折叠从预期的蛋白质功能从预期的蛋白质功能出发出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸推测应有的氨基酸序列序列找到相应的脱氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列2.蛋白质工程的流程1. 1.蛋白质工程是直接改造蛋白质吗？蛋白质工程是直接改造蛋白质吗？2.2. 设计好了新蛋白质的氨基酸序列，能否写出设计好了新蛋白质的氨基酸序列，能否写出相应基因的碱基序列？相应基因的碱基序列？丙丙色色赖赖甲硫甲硫苯丙苯丙例如
7、例如，已知一段氨基酸序列，已知一段氨基酸序列改造基因改造基因丙丙色色赖赖甲硫甲硫苯丙苯丙3.3. 确定基因的碱基序列后，怎样才能合成该基因？确定基因的碱基序列后，怎样才能合成该基因？人工合成人工合成从基因文库中寻找从基因文库中寻找预期预期_设计设计_推测推测_找到找到_4.4. 如果让你设计一种蛋白质，你的思路或途径？如果让你设计一种蛋白质，你的思路或途径？蛋白质工程的基本操作程序正确的是（蛋白质工程的基本操作程序正确的是（ ）设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构 找到相对应的脱氧核苷酸的序列找到相对应的脱氧核苷酸的序列推测应有的氨基酸的序列推测应有的氨基酸的序列 蛋白质的预期功能蛋白质的
8、预期功能A BC D牛刀小试C比较基因工程和蛋白质工程：基因工程蛋白质工程相同点都要改造基因，都属于分子水平都要改造基因，都属于分子水平产生新的基因型，无新基因基因型，无新基因基因（型）基因（型）产生的蛋白质原有的原有的新的新的联系蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延伸 你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？系？我国科学家承担了什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学
9、领域一项重大的科学命题。乃至自然科学领域一项重大的科学命题。20012001年，国际人类年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头由中国科学家牵头执行的执行的“人类人类肝脏蛋白质组计划肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。的帷幕。 三、蛋白质工程的应用蛋蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因白质工程目前的
10、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。科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。蛋白质的二级结构：指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式蛋白质的一级结构氨基酸排列顺序蛋白质的三级结构：蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象蛋白质的四级结构：在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链,才能全面地执行功能。每一条多肽链都有其完完整的三级结构,称为亚基1、前景诱人：如用此技术制成的、前景诱人：如用此技术制成的 ，具，具有有 、耗电少和、耗电少和 的特点。的特点。2、难度很
11、大：主要是目前科学家对大多数蛋白、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的质的 的了解还很不够。的了解还很不够。电子元件电子元件体积小体积小效率高效率高高级结构高级结构三、蛋白质工程的应用关于关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ）A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品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蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用用D蛋白质工程是
12、一项难度很大的工程，目前成功的例子蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多不多C牛刀小试能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？类所需要的蛋白质食品呢？理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质
13、出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。担心的。酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。谢谢
