高中生物人教版 (新課標)選修3《現(xiàn)代生物科技專題》專題1 基因工程1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起背景圖課件ppt

這是一份高中生物人教版 (新課標)選修3《現(xiàn)代生物科技專題》專題1 基因工程1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起背景圖課件ppt，共28頁。PPT課件主要包含了蛋白質(zhì)工程的概念，中心法則，提高在低溫的保存時間，蛋白質(zhì)工程的類型，大隱隱于朝，中隱隱于市，小隱隱于野，第3位上的異亮氨酸，-s-s-，4合成嵌合抗體等內(nèi)容，歡迎下載使用。
1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起
1. 基因工程在原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)（天然蛋白）2. 天然蛋白有時不完全符合人類生產(chǎn)和生活需要3. 需要對天然蛋白進行改造產(chǎn)生更符合人類需要的蛋白質(zhì)
思考：分子生物學(xué)、晶體學(xué)以及計算機技術(shù)是改造蛋白的基礎(chǔ)，對天然蛋白質(zhì)的改造應(yīng)該是直接對蛋白質(zhì)分子改造還是通過改造基因進而達到改造蛋白質(zhì)的目的呢？
蛋白質(zhì)工程崛起的緣由：
蛋白質(zhì)工程（prtein engineering)是指通過物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計算機輔助設(shè)計、基因定點誘變和重組DNA技術(shù)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。
(1)基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)分子的 及其與 的關(guān)系。
(2)手段：通過 或 ，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)。(3)目標：定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)
2.蛋白質(zhì)工程一般過程
3.蛋白質(zhì)工程一般過程示意圖
P27----某多肽的一段氨基酸序列是：．．．—丙氨酸－色氨酸－賴氨酸－甲硫氨酸－苯丙氨酸-．．．討論：1、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？寫出相應(yīng)的堿基．丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 賴氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC 2、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？
（1）mRNA序列為：GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）AUG UUU（或C） 脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C） ACC TTT（或C）TAC AAA（或G）（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。
以據(jù)氨基酸的性質(zhì)和特點，制造全新蛋白質(zhì)
改變蛋白質(zhì)分子中某一個多肽鏈片段或一個特定的結(jié)構(gòu)
利用基因工程中的定點誘變技術(shù)，改造蛋白質(zhì)分子某活性部位的一個或幾個氨基酸殘基
2.根據(jù)基因工程的原理進行蛋白質(zhì)的設(shè)計和改造（1）對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和改造，最終是通過改造基因來實現(xiàn)的。（2）改造基因的方法：定點突（誘）變、基因融合和基因拼接。
3.蛋白質(zhì)工程可以改變蛋白質(zhì)的性狀和功能
（1）提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性
（2）改變蛋白質(zhì)的活性，延長作用時間
【材料1】組織纖溶酶原激活物(t-PA)專一激活人體內(nèi)的纖溶系統(tǒng)，保證血液循環(huán)的暢通。但 t-PA用于溶栓治療時具有一定的局限性，它進入血漿后大部分與纖溶酶原激活劑抑制物 形成復(fù)合物，并迅速失去活性。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)對t-PA進行改造，就可以消除上述缺點， 從而增加溶栓效能，減少藥用劑量并降低副作用。
【材料2】延長白細胞介素-2的作用時間白細胞介素-2(IL-2)是一種細胞因子，能夠促進T淋巴細胞增殖以及增強某些免疫細胞的活性，已被廣泛運用于各種腫瘤和病毒感染疾病的治療。IL-2作為臨床藥物在血漿中的作用時間較短，治療期間需要頻繁給藥?？茖W(xué)家通過蛋白質(zhì)工程，將長效人血清白蛋白（HSA)與IL-2重組，獲得了一種新的融合蛋白（HSA/IL-2),這種融合蛋白既具有普通IL-2的生物活性，作用時間又有所延長，可明顯提高IL-2的療效。
（3）提高蛋白質(zhì)的效能
胰島素（如圖)制劑現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床，用于治療糖尿病。但是天然胰島素制劑在儲存中容易形成二聚體和六聚體，增加了胰島素從注射部位進入血液的時間，從而延緩了胰島素制劑的降血糖作用，也增加了抗原性，降低了藥效。研究表明，這是由于胰島素β肽鏈上的第23和第28個氨基酸的結(jié)構(gòu)造成的（北師大版）。（蘇教版：將胰島素B鏈由第28位的脯氨酸、第29位的賴氨酸改為第28位的賴氨酸脯氨酸、第29位的脯氨酸）。可避免胰島素分子形成聚合體，以保證其效能的及時發(fā)揮。
小鼠單克隆抗體的制備比較簡單，但這種 鼠源性的單克隆抗體會被人的免疫系統(tǒng)排斥， 不能直接用于人體。嵌合抗體（chimeric antibdy）就是保留鼠單克隆抗體的可變區(qū)，而 用人抗體的恒定區(qū)替換鼠單克隆抗體的恒定區(qū)， 這種嵌合抗體的抗原性顯著下降，而抗體的特 異識別功能沒有喪失（圖1-1-22）。目前，已有多種嵌合抗體用于臨床治療。
蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)：氨基酸排列順序
蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤繞的方式
蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子處于它的天然折疊狀態(tài)的三維構(gòu)象
蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：在體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)含有2條或2條以上多肽鏈,才能全面地執(zhí)行功能。每一條多肽鏈都有其完完整的三級結(jié)構(gòu),稱為亞基
獲取目的基因→構(gòu)建基因表達載體→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定
預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→推測相應(yīng)核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)
生產(chǎn)自然界中沒有的蛋白質(zhì)
生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)
蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上延伸出來的第二代基因工程二者都是通過基因表達產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)。
獲取目的基因的方法：化學(xué)方法人工合成，DNA合成儀
1.研究蛋白質(zhì)工程，有成功的例子嗎？
有，科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為速效性藥品。
2.研究蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程，目前成功的例子不多，為什么？
主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)，這種高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠，要設(shè)計出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過艱辛的探索。
3.蛋白質(zhì)工程的前景如何？
生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點，因此有極為廣闊的發(fā)展前景。
P29----2.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？
答：基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→蛋白質(zhì)→折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。
P28---3你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？
酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。
通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，
而蛋白質(zhì)工程的重點則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。