创新设计生物选修蛋白质工程的崛起课件.ppt

1、热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究课程标准课程标准概概述蛋白质工程的原理。述蛋白质工程的原理。课标解读课标解读1.举举例说出蛋白质工程崛起的缘由。例说出蛋白质工程崛起的缘由。2.通过与基因工程操作原理的比较，理解蛋白质工程的原理。通过与基因工程操作原理的比较，理解蛋白质工程的原理。3.查阅相关材料，知道蛋白质工程的进展和前景。查阅相关材料，知道蛋白质工程的进展和前景。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究脱氧核苷酸序列(基因)蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来

2、的第二代基因工程；(2)通过过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上_和_，在这个过程中需要_酶的参与。生产自然界没有的蛋白质对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现A基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作思维激活1 蛋白质工程中直接进行操作的对象是什么？是否为蛋白质分子自身？解析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，是从分子水平对蛋白质进行改造设计，然后直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活

3、的需要。定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类型或生物产品不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的 。C基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性状水平)的操作(3)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。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；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；生产自然界没有的蛋白质D基因工程完全不同于蛋白质工程2蛋白质工程的流程图：1983年，某基因公司的一名科学家提出了“”，随即被广泛地接受和采用。1蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起(1)基基因工程的优势与不足

4、因工程的优势与不足优势：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以优势：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产生它本不能产生的 ，进而表现出，进而表现出 。这。这是基因工程的实质。是基因工程的实质。不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的 。蛋白质工程及其原理蛋白质工程及其原理蛋白质蛋白质新性状新性状蛋白质蛋白质热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究(2)天然蛋白质的特点天然蛋白质的特点天然蛋白质是生物在天然蛋白质是生物在 中形成的，它们中形成的，它们的的 符合符合 的需要，却不一定完

5、全符的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。合人类生产和生活的需要。(3)蛋白质工程的提出蛋白质工程的提出1983年，年，某基因公司的一名科学家提出了某基因公司的一名科学家提出了“”，随即被，随即被广泛地接受和采用。广泛地接受和采用。长期进化过程长期进化过程结构和功能结构和功能特定物种生存特定物种生存蛋白质工程蛋白质工程热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究2蛋白质工程的原理蛋白质工程的原理概念概念基础基础蛋白质分子的蛋白质分子的 及其与及其与 的的关系关系手段手段通过通过 或或 ，对现有，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质蛋白质进行改造，或制造一种

6、新的蛋白质目的目的获得获得 的蛋白质的蛋白质原理原理由预期的蛋白质功能找到相对应由预期的蛋白质功能找到相对应的的 .结构规律结构规律生物功能生物功能基因修饰基因修饰基因合成基因合成满足人类生产和生活需求满足人类生产和生活需求脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列(基因基因)热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究思维激活思维激活1 蛋蛋白质工程中直接进行操作的对象是什么？是否为白质工程中直接进行操作的对象是什么？是否为蛋白质分子自身？蛋白质分子自身？提示提示蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过基因修饰

7、或基因合成，对现有蛋白质能的关系为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产或生进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产或生活的需要。因此，归根到底要对基因进行改造。活的需要。因此，归根到底要对基因进行改造。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究1蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起(1)基基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体因工程的实质：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，进而表现出新的内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。性状。(2)蛋白质

8、工程的目的：生产符合人们生产与生活需要并非自蛋白质工程的目的：生产符合人们生产与生活需要并非自然界已存在的蛋白质。然界已存在的蛋白质。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究2蛋白质工程的流程图：蛋白质工程的流程图：热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究特别提醒特别提醒(1)蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白蛋白质工程最终还是回到基因工程上来，因为蛋白质的合成由基因控制，所以说蛋白质工程是在基因工程的基础上质的合成由基因控制，所以说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。延伸出来的第二代基因工程。(2)基因工程

9、中的目的基因一般为自然界中已存在的基因，而蛋白基因工程中的目的基因一般为自然界中已存在的基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然界中已存在的。质工程中的目的基因不是自然界中已存在的。(3)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究【巩固【巩固1】下下列关于蛋白质工程的叙述，正确的是列关于蛋白质工程的叙述，正确的是()。A将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使生物表现将一种生物的基

10、因转移到另一种生物体内，使生物表现出新的性状出新的性状B干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒的感干扰素是动物体内的一种蛋白质，可用于治疗病毒的感染和癌症染和癌症C由于赖氨酸抑制天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶由于赖氨酸抑制天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸产量难以提高的活性，所以赖氨酸产量难以提高D蛋白质工程能产生自然界已有的蛋白质蛋白质工程能产生自然界已有的蛋白质热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究深度剖析(1)由氨基酸可推知mRNA中碱基序列，进而能推知相应基因中的核苷酸序列；举例说出蛋白质工程崛起的缘由。天然蛋白质是生物在 中形

11、成的，它们的 符合 的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。脱氧核苷酸序列(基因)解析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，是从分子水平对蛋白质进行改造设计，然后直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。(3)蛋白质工程的提出对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现(3)判断蛋白质工程方法的关键是：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。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对应的脱氧核苷酸序列(2)通过过程获得的

12、脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上_和_，在这个过程中需要_酶的参与。D基因工程完全不同于蛋白质工程解析解析蛋白质工程崛起的缘由是为了得到完全符合人类生产和生蛋白质工程崛起的缘由是为了得到完全符合人类生产和生活需要的特定的蛋白质。如玉米生产过程中将天冬氨酸激酶的第活需要的特定的蛋白质。如玉米生产过程中将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸位的天冬酰胺变成异亮氨酸，使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分

13、别提高分别提高5倍和倍和2倍。倍。答案答案C热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究蛋白质工程进展蛋白质工程进展(1)科科学家通过对学家通过对 的改造，已使其成为速效型药品。的改造，已使其成为速效型药品。(2)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，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，具有用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有 的特点。的特点。蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展和前景 胰岛素胰岛素体积小、耗电体积小、耗电少和效率高少和效率高热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动

14、探探 究究蛋白质工程与基因工程比较蛋白质工程与基因工程比较项目项目蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程区区别别过程过程预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预设计预期的蛋白质结构期的蛋白质结构推测应推测应有的氨基酸序列有的氨基酸序列找到对找到对应的脱氧核苷酸序列应的脱氧核苷酸序列获取目的基因获取目的基因构建基因构建基因表达载体表达载体将目的基因导将目的基因导入受体细胞入受体细胞目的基因的目的基因的检测与鉴定检测与鉴定实质实质定向改造或生产人类所需定向改造或生产人类所需蛋白质蛋白质定向改造生物的遗传特性，定向改造生物的遗传特性，以获得人类所需的生物类以获得人类所需的生物类型或生物产品型或生物产品结果结

15、果生产自然界没有的蛋白质生产自然界没有的蛋白质一般是生产自然界已有的一般是生产自然界已有的蛋白质蛋白质热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究联联系系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二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；对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白代基因工程；对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因修饰或基因合成实现质，必须通过基因修饰或基因合成实现热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究特别提醒特别提醒目前蛋白质工程成功的例子不多，主要是因为蛋白质目前蛋白质工程成功的例子不多，主要是因为蛋白质发

16、挥功能必须依赖于正确的高级结构，而目前科学家对大多数蛋发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还不够，要设计出更加符合人类需要的蛋白质的高级结构的了解还不够，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。白质还需经过艰辛的探索。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究【巩固【巩固2】基基因工程与蛋白质工程的区别是因工程与蛋白质工程的区别是()。A基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作基因进行操作B基因工程合成自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程可以基因工程合成

17、自然界已存在的蛋白质，蛋白质工程可以合成自然界不存在的蛋白质合成自然界不存在的蛋白质C基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平基因工程是分子水平操作，蛋白质工程是细胞水平(或性或性状水平状水平)的操作的操作D基因工程完全不同于蛋白质工程基因工程完全不同于蛋白质工程热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究解析解析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，是从分子水平对蛋白质进行改造设计，然后直接对相应的基程，是从分子水平对蛋白质进行改造设计，然后直接对相应的基因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而对现

18、有蛋白质进行因进行修饰加工甚至人工进行基因合成，从而对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需要。而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体而基因工程只是将外源基因导入另一生物体内，并使之表达，体现人类所需的性状，或者获取所需的产品，因此，基因工程在原现人类所需的性状，或者获取所需的产品，因此，基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。答案答案B热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究【例【例1】蛋蛋白质工程是指根据人们对蛋白

19、质功能的特定需求，对白质工程是指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、生产的过程。下图是蛋白质工蛋白质的结构进行分子设计、生产的过程。下图是蛋白质工程的基本途径，试回答下列有关问题。程的基本途径，试回答下列有关问题。蛋白质工程及其原理蛋白质工程及其原理热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究(1)图中图中过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的过程的主要依据是每种氨基酸都有其对应的_，后者位于后者位于_分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核分子上，其上的核苷酸序列与基因中的脱氧核苷酸序列之间存在着苷酸序列之间存在着_关系。关系。(2)通过通过过

20、程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一过程获得的脱氧核苷酸序列不是完整的基因，要使这一序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上序列能够表达、发挥作用，还必须在序列的上、下游加上_和和_，在这个过程中需要，在这个过程中需要_酶的参与。酶的参与。(3)完成完成过程需要涉及过程需要涉及_技术。技术。热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究思维导图：思维导图：热热 点点 考考 向向 示示 例例课课 堂堂 互互 动动 探探 究究深度剖析深度剖析(1)由氨基酸可推知由氨基酸可推知mRNA中碱基序列，进而能推知相中碱基序列，进而能推知相应基因中的核苷酸序列；应基因中的核苷酸序列；(2)经经过程获得的脱氧核苷酸序列并非过程获得的脱氧核苷酸序列并非完整的基因，它还必需加入启动子、终止子等；完整的基因，它还必需加入启动子、终止子等；(3)完成完成过程需过程需基因工程技术，从而实现改造的目的基因的表达。基因工程技术，从而实现改造的目的基因的表达。答案答案(1)密密码子信使码子信使RNA碱基互补配对碱基互补配对(2)启动子终止启动子终止子子DNA连接连接(3)基因工程基因工程