高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起背景图课件ppt

这是一份高中生物人教版 (新课标)选修3《现代生物科技专题》专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起背景图课件ppt，共28页。PPT课件主要包含了蛋白质工程的概念，中心法则，提高在低温的保存时间，蛋白质工程的类型，大隐隐于朝，中隐隐于市，小隐隐于野，第3位上的异亮氨酸，-s-s-，4合成嵌合抗体等内容，欢迎下载使用。

1.4 蛋白质工程的崛起
1. 基因工程在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质（天然蛋白）2. 天然蛋白有时不完全符合人类生产和生活需要3. 需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质
思考：分子生物学、晶体学以及计算机技术是改造蛋白的基础，对天然蛋白质的改造应该是直接对蛋白质分子改造还是通过改造基因进而达到改造蛋白质的目的呢？
蛋白质工程崛起的缘由：
蛋白质工程（prtein engineering)是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。
(1)基础：蛋白质分子的 及其与 的关系。
(2)手段：通过 或 ，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。(3)目标：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术
2.蛋白质工程一般过程
3.蛋白质工程一般过程示意图
P27----某多肽的一段氨基酸序列是：．．．—丙氨酸－色氨酸－赖氨酸－甲硫氨酸－苯丙氨酸-．．．讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？写出相应的碱基．丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC 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（DNA）？
（1）mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）AUG UUU（或C） 脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C） ACC TTT（或C）TAC AAA（或G）（2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。
以据氨基酸的性质和特点，制造全新蛋白质
改变蛋白质分子中某一个多肽链片段或一个特定的结构
利用基因工程中的定点诱变技术，改造蛋白质分子某活性部位的一个或几个氨基酸残基
2.根据基因工程的原理进行蛋白质的设计和改造（1）对蛋白质的结构进行设计和改造，最终是通过改造基因来实现的。（2）改造基因的方法：定点突（诱）变、基因融合和基因拼接。
3.蛋白质工程可以改变蛋白质的性状和功能
（1）提高蛋白质的热稳定性
（2）改变蛋白质的活性，延长作用时间
【材料1】组织纤溶酶原激活物(t-PA)专一激活人体内的纤溶系统，保证血液循环的畅通。但 t-PA用于溶栓治疗时具有一定的局限性，它进入血浆后大部分与纤溶酶原激活剂抑制物 形成复合物，并迅速失去活性。利用蛋白质工程技术对t-PA进行改造，就可以消除上述缺点， 从而增加溶栓效能，减少药用剂量并降低副作用。
【材料2】延长白细胞介素-2的作用时间白细胞介素-2(IL-2)是一种细胞因子，能够促进T淋巴细胞增殖以及增强某些免疫细胞的活性，已被广泛运用于各种肿瘤和病毒感染疾病的治疗。IL-2作为临床药物在血浆中的作用时间较短，治疗期间需要频繁给药。科学家通过蛋白质工程，将长效人血清白蛋白（HSA)与IL-2重组，获得了一种新的融合蛋白（HSA/IL-2),这种融合蛋白既具有普通IL-2的生物活性，作用时间又有所延长，可明显提高IL-2的疗效。
（3）提高蛋白质的效能
胰岛素（如图)制剂现已广泛应用于临床，用于治疗糖尿病。但是天然胰岛素制剂在储存中容易形成二聚体和六聚体，增加了胰岛素从注射部位进入血液的时间，从而延缓了胰岛素制剂的降血糖作用，也增加了抗原性，降低了药效。研究表明，这是由于胰岛素β肽链上的第23和第28个氨基酸的结构造成的（北师大版）。（苏教版：将胰岛素B链由第28位的脯氨酸、第29位的赖氨酸改为第28位的赖氨酸脯氨酸、第29位的脯氨酸）。可避免胰岛素分子形成聚合体，以保证其效能的及时发挥。
小鼠单克隆抗体的制备比较简单，但这种 鼠源性的单克隆抗体会被人的免疫系统排斥， 不能直接用于人体。嵌合抗体（chimeric antibdy）就是保留鼠单克隆抗体的可变区，而 用人抗体的恒定区替换鼠单克隆抗体的恒定区， 这种嵌合抗体的抗原性显著下降，而抗体的特 异识别功能没有丧失（图1-1-22）。目前，已有多种嵌合抗体用于临床治疗。
蛋白质的一级结构：氨基酸排列顺序
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
获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测相应核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
生产自然界中没有的蛋白质
生产自然界中已有的蛋白质
蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程二者都是通过基因表达产生特定的蛋白质。
获取目的基因的方法：化学方法人工合成，DNA合成仪
1.研究蛋白质工程，有成功的例子吗？
有，科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效性药品。
2.研究蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，为什么？
主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，这种高级结构十分复杂，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质还需经过艰辛的探索。
3.蛋白质工程的前景如何？
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。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广阔的发展前景。
P29----2.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？
答：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。
P28---3你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？
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。
通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，
而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。