高中生物第4节 蛋白质工程的原理和应用公开课ppt课件

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2008年诺贝尔化学奖获得者成功分离并成功改造绿色荧光蛋白
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。
为什么要进行蛋白质工程的研究呢？
实质：在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程
基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质
天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，它们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。
352位的苏氨酸变成异亮氨酸
104位的天冬酰胺变成异亮氨酸
可以提高玉米叶片和种子中游离赖氨酸含量
转录翻译成特定功能蛋白质
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，可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因，基因融合和基因拼接。
基因定点突变—重叠延伸 PCR
重叠延伸 PCR 是发展最早的 PCR 定点突变技术。使用四条引物，其中引物 2 和 3 的突起处代表与模板链不能互补的突变位点，而这两条引物有部分碱基（包括突变位点）是可以互补的。因此，分别利用引物 1 和 2，引物 3 和 4 进行 PCR 后，得到的 DNA 片段可以通过引物 2和 3 互补的碱基杂交在一起，再在 DNA 聚合酶的作用下延伸，就能成为一条完整的 DNA 片段。最后，用引物 1 和 4 进行扩增得到含有突变位点的DNA 片段。通过测序可以检验定点突变是否成功。
基因定点突变—大引物 PCR
大引物 PCR 需要用到三条引物进行两轮 PCR，这三条引物分别是突变上游引物、常规上游引物和常规下游引物。第一轮 PCR 利用突变上游引物和常规下游引物进行扩增，得到不完整的含有突变位点的 DNA 片段；第二轮 PCR 利用第一轮扩增产物中的一条 DNA 链作为下游大引物，它与常规上游引物一起扩增得到完整的含有突变位点的DNA 片段。
基因定点突变—寡核苷酸引物
基因定点突变—盒式突变
1、利用重叠PCR技术进行定点突变可以实现对纤维素酶基因进行合理性改造，过程如下图，下列分析正确的是（ ）
A.PCR1过程中的产物AB是依赖引物a和引物b扩增的结果B.引物c和引物b上均含有与模板链不能互补的碱基C.①过程需要先加热至90-95℃再冷却至55-60℃D.②过程需要利用引物a和引物d获得突变产物AD
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质
目的基因的筛选与获取→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
可生产自然界没有的蛋白质
可生产自然界已有的蛋白质
通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质
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，进而表现出新的性状
①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；②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程基本操作；
蛋白质工程和基因工程的比较
如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？
是否对原有基因进行改造
蛋白质工程的应用—医药工业
天然蛋白质易形成二聚体或六聚体
推测序列：B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置
预期功能：降低胰岛素的聚合作用
设计结构：改变B链第20-29位氨基酸组成
转录翻译有效抑制胰岛素的聚合
延长干扰素体外保存时间
推测序列：一个半胱氨酸变成丝氨酸
预期功能：延长干扰素保存时间
转录翻译在-70℃下可以保存半年的干扰素
降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
通过改造基因将小鼠抗体上结合抗原的区域 (即可变区)“嫁接”到人的抗体(即 恒定区)上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。
蛋白质工程的应用—其他
改进酶的性能或开发新的工业用酶；改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加粮食的产量；改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。
蛋白质工程是一项难度很大的工程主要原因是？
蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂
1、将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提高玉米中的赖氨酸含量；更换赖氨酸形成过程中的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。以上两种技术分别属于( )A.基因工程、基因工程B.蛋白质工程、蛋白质工程C.基因工程、蛋白质工程D.蛋白质工程、基因工程
2、蛋白质工程中，直接需要进行操作的对象是( ）A.氨基酸 B.肽键 C.蛋白质的空间结构 D.基因
3.关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是( )①设计预期蛋白质分子结构②推测氨基酸序列③预期蛋白质功能④找出相应脱氧核苷酸序列A. ③→①→②→④ B. ④→②→①→③ C. ①→②→③→④ D. ③→④→①→②
4、有关蛋白质工程的说法，正确的是( )A.必须从预期蛋白质的功能出发B.在分子水平上直接改造蛋白质C.可以不涉及转录和翻译过程D.不需要借助基因工程的相关技术
5.蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是( )A.基因工程原则上能生产任何蛋白质B.蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质C.蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D.蛋白质工程通过直接对蛋白质分子进行操作来实现的
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