1、复习想要让同一物种里的优良性状集中在一个新品种中，在种内可以用什么方法来实现？要使生殖隔离的种间生物，实现基因交流应该用什么方法？基因工程育种基因工程育种普通棉花 抗虫棉花普通水稻 抗旱水稻抗病毒木瓜 普通木瓜 转基因猪1.1.视频里面有一幅发光的树，科学家利用了什么视频里面有一幅发光的树，科学家利用了什么技术让细菌能发出荧光？技术让细菌能发出荧光？基因工程技术使细菌表达了基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。荧光蛋白。从社会中来2.2.绿色荧光蛋白来源于一种绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造发光水母，科学家通过改造绿色荧光蛋白，获得了能发绿色荧光蛋白，获得了能发出其他颜色荧光蛋白，才
2、出其他颜色荧光蛋白，才“画画”出了色彩斑斓的图案。出了色彩斑斓的图案。科学家如何对天然的绿色荧科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造光蛋白进行改造？人教版 选择性必修3第三章阅读课本P93-951、蛋白质工程概念2、蛋白质工程崛起的缘由3、蛋白质工程的基本原理4、蛋白质工程的应用一.蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以 及其与 作为基础,通过 或 ,来改造 或 _ 蛋白质,以满足 。蛋白质分子的结构规律蛋白质分子的结构规律生物功能的关系生物功能的关系改造改造合成基因合成基因现有蛋白质现有蛋白质制造一种新的制造一种新的人类生产和生活的需求人类生产和生活的需求基础：操作对象：结果：目的：与基因工程的关
3、系：理论和技术：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系改造或合成基因改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质以满足人类生产和生活的需求在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程分子生物学、晶体学和计算机技术12 基因从一种生物转移到另一种生物 （基因重组）基因工程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，进而表现出新性状。12在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。蛋白质工程崛起的缘由天然蛋白质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。为满足人类生产和生活的需要，需为满足人类生产和生活的需要，需对现有蛋对现有蛋白质白质进行进行改造改造，或，
4、或制造一种新的蛋白质制造一种新的蛋白质例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造改造改造天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（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可提高数倍二.蛋白质工程的基本原理探索天然干扰素的改造问题：天然干扰素在体外难
5、以保存活动一目标：延长干扰素保存时间前提：了解干扰素结构及其功能的关系方案：改造干扰素结构：一级结构/空间结构二.蛋白质工程的基本原理活动一探索天然干扰素的改造干扰素动物和人体细胞收到病毒侵染后产生的一种糖蛋白功能：抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫、抗肿瘤等。二.蛋白质工程的基本原理探索天然干扰素的改造问题：天然干扰素在体外难以保存活动一目标：延长干扰素保存时间前提：了解干扰素结构及其功能的关系方案：改造干扰素结构：一级结构/空间结构二.蛋白质工程的基本原理活动二探索干扰素的改造思路和方法问题：到底该如何实现对干扰素结构的改造呢？干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存改造改
6、造干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年?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直接对蛋白质分子进行操作白质分子进行操作，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？基因基因二.蛋白质工程的基本原理对基因改造的原因对基因改造的原因:基因决定蛋白质基因决定蛋白质，改造了基因改造了基因即即对蛋白质进行了改造对蛋白质进行了改造，且且基基因改造可以遗传下去因改造可以遗传下去。（基因改造（基因改造-可以遗传；蛋白质改造可以遗传；蛋白质改造-不可遗传）不可遗传）对基因进行改对基因进行改造比对蛋白质直接改造要造比对蛋白质直接改造要
7、容易操作容易操作，难度要小难度要小得多。得多。二.蛋白质工程的基本原理活动二探索干扰素的改造思路和方法基因基因DNA转录转录mRNA翻译翻译氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链折叠折叠蛋白质蛋白质三维结构三维结构生物功能生物功能预期预期功能功能分子分子设计设计DNA合成合成（1）实质：）实质：。（2）直接操作对象：）直接操作对象：。（3）操作水平：）操作水平：。中心法则的逆推中心法则的逆推基因基因DNA分子水平分子水平二.蛋白质工程的基本原理预期功能设计推测多肽链改造或合成目的基因转录mRNA翻译折叠蛋白质（三维结构）行使生物功能某多肽链的一段氨基酸序列是：思考：1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核
8、苷酸序列?二.蛋白质工程的基本原理丙氨酸色氨酸赖氨酸谷氨酸苯丙氨酸查密码子表-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸-氨基酸序列：GCU(或C或A或G)UGG AAA(或G)GAA(或G）UUU(或C)mRNA序列：脱氧核苷酸序列：GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA（或G）TTT(或C)CGA(或G或T或C)ACC TTT(或C)CTT（或C）AAA(或G)某多肽链的一段氨基酸序列是：二.蛋白质工程的基本原理丙氨酸色氨酸赖氨酸谷氨酸苯丙氨酸2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因?确定目的基因的碱基序列后，可以确定目的基因的碱基序列后，可以人工合成人工合成目的
9、基因，目的基因，或从或从基因基因文库文库中获取、中获取、PCRPCR技术技术扩增；扩增；应用应用基因定点突变技术基因定点突变技术来进行碱基的来进行碱基的替换、增添替换、增添等进而改造基因；等进而改造基因；二.蛋白质工程的基本原理活动二探索干扰素的改造思路和方法问题：到底该如何实现对干扰素结构的改造呢？干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存如何改造？如何改造？干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年（半胱氨酸：UGU、UGC;丝氨酸：AGU、AGC）二.蛋白质工程的基本原理活动三问题：成功获得新的干扰素基因后，最终如何实现新型干扰素的大量生产？方案：
10、新的干扰素基因+基因的载体基因工程利用转基因生物生产新型干扰素功效检测（-70-70，可保存半年，可保存半年）基因工程和蛋白质工程的比较比较项目蛋白质工程基因工程区别起点原理过程目标结果联系预期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并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取基因表达载体的构建将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需要的新的生物类型和生物产品都在生物体外对基因进行操作；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预期的蛋白质功能目的基因改造或合成基因基因重组定向改造或生产
11、人类所需的蛋白质生产自然界不存在的蛋白质生产自然界已存在的天然蛋白质蛋白质工程和基因工程的比较思考：如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？看基因看蛋白质是否合成新的基因是否为天然蛋白质蛋白质工程是否对原有基因进行改造是否蛋白质工程基因工程是否是否基因工程蛋白质工程三.蛋白质工程的应用天然蛋白质易形成天然蛋白质易形成二聚体或六聚体二聚体或六聚体预期预期功能功能降低胰岛素降低胰岛素的聚合作用的聚合作用设计设计结构结构改变改变B B链第链第20202929位位氨基酸组成氨基酸组成改造改造新胰岛新胰岛素基因素基因B28B28位脯氨酸替换为天冬位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与氨酸或将它与B29B29位
12、的赖位的赖氨酸交换位置氨酸交换位置推 测推 测序 列序 列转转录录mRNAmRNA翻译翻译多肽链多肽链行使行使功能功能速效胰岛素速效胰岛素类似物类似物预期结构预期结构折叠等折叠等阻碍胰岛素从注射阻碍胰岛素从注射部位进入血液，延部位进入血液，延缓了降血糖作用缓了降血糖作用定点突变定点突变1.医药工业方面1.医药工业方面基因融合基因融合通过通过 ，将小鼠抗体上，将小鼠抗体上 的的区域（即区域（即 ）“嫁接嫁接”到到_（即（即_ _）上，经过这样改造的抗体）上，经过这样改造的抗体_改造基因改造基因结合抗原结合抗原可变区可变区人的抗体人的抗体恒定区恒定区诱发免疫反应的强度就会降低很多诱发免疫反应的强度
13、就会降低很多三.蛋白质工程的应用2.其他工业方面用于改进酶的性能或开发新的工业用酶，如，如利用蛋白质工程获得枯草利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的杆菌蛋白酶的突变体突变体，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高，筛选出符合工业化生产需求的突变体，提高该酶的使用价值该酶的使用价值3.农业方面(1)(1)科学家尝试改造某些参与科学家尝试改造某些参与调控光合作用的酶调控光合作用的酶，以提高植物光合作，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量用的效率，增加粮食的产量(2)(2)科学家利用蛋白质工程的思路设计科学家利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药优良微生物农药，通过改造，通过改造微微生物蛋白质的结
14、构生物蛋白质的结构，增强微生物防治病虫害的效果，增强微生物防治病虫害的效果三.蛋白质工程的应用蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂十分复杂。要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。三三级级结结构构一一级级结结构构四四级级结结构构二二级级结结构构三.蛋白质工程的应用血红蛋白的三维结构模型异想天开 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，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？合适的宿
15、主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。主要原因主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行多数蛋白质的高级结构和蛋白质在生物体内如何行使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又使功能了解得还不够，很难设计出一个全新的而又具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的具有功能的蛋白质。即使设计并获得了一个全新的蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食蛋白质，它的生理生化特性、用它生产的蛋白质食品的安全性等都需要长期深入
16、的研究。品的安全性等都需要长期深入的研究。蛋白质食品的工厂化生产想象图蛋白质食品的工厂化生产想象图习题巩固习题巩固Exercises to consolidate1.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸，判断下列相关表述是否正确。(1)基因工程需要在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程不需要对基因进行操作。()(2)蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。()(3)蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。()习题巩固习题巩固Exercises to consolidate2.蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的 基础上进行的，它最终要达到的目的是 ()A.分析蛋白质的三维结构B.
17、研究蛋白质的氨基酸组成C.获取编码蛋白质的基因序列信息D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求习题巩固习题巩固Exercises to consolidate3.水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这项替换研究中，目前可行的直接操作对象是()A.基因 B.氨基酸 C.多肽链 D.蛋白质习题巩固习题巩固Exercises to consolidate4.T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。为了提高为了提高T4溶菌酶的耐热性溶菌酶的耐热性，科学家首先对影响T4溶菌酶耐热性的一些重
18、要结构进行了研究。然后以此为依据对相关基因进行改造，使使T4溶菌酶的第溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱位异亮氨酸变为半胱氨酸氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。这项工作属于什么工程的范畴?在该实例中引起T4溶菌酶空间结构发生改变的根本原因是什么?如果要将该研究成果应用到生产实践，还需要做哪些方面的工作?习题巩固习题巩固Exercises to consolidate 这项工作属于这项工作属于蛋白质工程蛋白质工程的范畴。引起的范畴。引起T4溶菌酶空间结构溶菌酶空间结构发生改变的发生改变的根本原因是基因的碱基序列发生了变化根本原因是基因的碱
19、基序列发生了变化。如果要将。如果要将改造后的改造后的T4溶菌酶应用于生产实践溶菌酶应用于生产实践,还有很多工作需要做。例如还有很多工作需要做。例如,由于改造后酶的空间结构发生了变化由于改造后酶的空间结构发生了变化,因此它的一些基本特性需因此它的一些基本特性需要重新明确要重新明确,包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等酶活力的大小等;需要建立规模化生产该酶的技术体系需要建立规模化生产该酶的技术体系,评估生产评估生产成本等。成本等。课堂练习课堂练习1.下列关于蛋白质工程的说法，错误的是()A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之
20、更加符合人类的需要。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，又称为第二代基因工程。B例1.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_；代表中心法则内容的是_。(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：_；_；_；_；_。(3)蛋白质工程的目的是_ _，通过_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_的。转录翻译折叠推测改造合成根据人们对蛋白质功能的特定需求，基因改造或基因合成相反对蛋白质
21、的结构进行分子设计二.蛋白质工程的基本原理课堂练习课堂练习2.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_；代表中心法则内容的是_。(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：_；_；_；_；_。（3）蛋白质工程的目的是_ _，通过_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_的。转录翻译折叠推测改造合成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基因改造或基因合成相反课堂练习课堂练习3.IKK激酶参与动物体内免疫细胞的分化。临床上发现某重症联合免疫缺陷(SCID)患儿IKK基因编码区第1183位碱基
22、T突变为C,导致IKK上第395位酪氨酸被组氨酸代替。为研究该患儿发病机制,研究人员利用纯合野生鼠应用大引物PCR定点诱变技术培育出SCID模型小鼠(纯合),主要过程如图甲、乙。分析回答:(1)在PCR反应体系中,需加入引物、IKK基因、缓冲液、Mg2+等外,还需加入等。(2)在图甲获取突变基因过程中,需要以下3种引物:则PCR1中使用的引物有,PCR2中使用的引物有和图中大引物的(填“”或“”)链。(3)PCR的反应程序:94 3 min;94 30 s,58 30 s,72 50 s,30个循环。在循环之前的94 3 min处理为预变性;循环中72 处理的目的是。(4)研究人员经鉴定、筛选获得一只转基因杂合鼠F0,并确认突变基因已经稳定同源替代IKK基因,请你设计完成获得SCID模型鼠的实验步骤:杂交亲本:,杂交得F1;F1雌、雄鼠随机交配得F2;提取F2每只小鼠的基因组DNA,采用分子生物学方法,利用IKK基因探针和突变基因探针进行筛选,则的为模型鼠。耐高温DNA聚合酶、4种脱氧核苷酸(dNTP)引物A和引物B引物C耐高温的DNA聚合酶从引物起始进行互补链合成F0野生鼠IKK基因探针检测未出现杂交带,突变基因探针检测出现杂交带
