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1、从社会中来从社会中来 发荧光的细菌发荧光的细菌 右图是用发出不同颜色荧光的细菌右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画画”的美妙图案。的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为它们的体内导入了荧光蛋这些细菌能够发出荧光，是因为它们的体内导入了荧光蛋白的基因。白的基因。 最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测生命活动的检测、肿瘤的示踪研究肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。等领域有着重要应用。 对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现
2、的。对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。 蛋白质工程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，来基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质改造现有蛋白质，或制造一种，或制造一种新的蛋白质新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。属以满足人类生产和生活的需求。属第二代基因工程第二代基因工程，已成为研究蛋白质结，已成为研究蛋白质结构和功能的重要手段，并将广泛应用于农业、医药工业和其他工业生产中。构和功能的重要手段，并将广泛应用于农业、医药工业和其他工业生产中。 一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白
3、质工程崛起的缘由 1 1基因工程的实质基因工程的实质 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。可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。 2 2基因工程的不足基因工程的不足 原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 3 3蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程崛起的缘由 天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合天然蛋白质是生物在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。特定物种生存的需要，
4、却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 / /你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？系？我国科学家承担了什么任务？/？ 二、蛋白质工程基本原理二、蛋白质工程基本原理 1 1蛋白质工程的目标蛋白质工程的目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 2 2蛋白质工程的实质蛋白质工程的实质 通过改造或合成基因，定向改造或生产人类所需蛋白质。通过改造或合成基因，定向改造或生产人类所需蛋白质。 3 3蛋白质工程的常用技术蛋白质工程的常用
5、技术 计算机技术、晶体学技术、基因的定点突变技术等。计算机技术、晶体学技术、基因的定点突变技术等。 4 4蛋白质工程的基本思路蛋白质工程的基本思路 从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基推测应有的氨基酸序列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。获得所需要的蛋白质。 二、蛋白质工程基本原理二、蛋白质工程基本原理蛋白质工程基本思路的应用蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸赖氨酸谷氨酸苯丙
6、氨酸丙氨酸色氨酸赖氨酸谷氨酸苯丙氨酸 讨论讨论1 1：怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基：怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。序列写出来。思考思考讨论讨论？ 首先根据密码子推出首先根据密码子推出mRNA序列：序列：GCU(C/A/G)- -UGG- -AAA(G)- -GAA(G)- -UUU(C)可以排列出可以排列出3232种。再根据碱基互补配种。再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列：对原则推出脱氧核苷酸序列：CGA(G/T/C)- -ACC- -TTT(C)- -CTT(C)- -AAA(G) 讨论讨论2 2：确定目的基因的碱基序列后，
7、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，怎样才能合成或改造目的基因？ 确定目的基因的序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取确定目的基因的序列后，可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术基因定点突变技术来进行碱基的替换、来进行碱基的替换、增添等。增添等。 三、蛋白质工程的应用三、蛋白质工程的应用 1 1在医药工业方面在医药工业方面 研发速效胰岛素类似物研发速效胰岛素类似物 干扰素体外保存干扰素体外保存 降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应 科学家将小鼠抗体上结合抗原的
8、区域科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接嫁接”到人的抗体上，经过这到人的抗体上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会降低很多。天然胰岛素天然胰岛素易形成二聚体或六聚体易形成二聚体或六聚体B29B29位（脯氨酸）、位（脯氨酸）、B28B28位（赖氨酸）位（赖氨酸）B28B28位（天冬氨酸）位（天冬氨酸）B29B29位（位（赖赖氨酸）、氨酸）、B28B28位（脯氨酸）位（脯氨酸）速效胰岛素类似物速效胰岛素类似物聚合作用降低，起效快聚合作用降低，起效快只改造只改造B28B28位位交换交换改造胰岛素基因改造胰岛素基因干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）天然
9、干扰素（半胱氨酸）天然干扰素（半胱氨酸）改造改造 三、蛋白质工程的应用三、蛋白质工程的应用 2 2在其他工业方面在其他工业方面 改进酶的性能或开发新的工业酶。改进酶的性能或开发新的工业酶。 3 3在农业方面在农业方面 改造某些参与调控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加改造某些参与调控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。粮食的产量。 设计优良微生物农药，改造微生物蛋白质的结构，使其防治病虫害设计优良微生物农药，改造微生物蛋白质的结构，使其防治病虫害的效果增强。的效果增强。 蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是因为蛋白质发挥功能必须蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是
10、因为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。科学家要设计出依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。科学家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。更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。练一练1 1下列关于蛋白质工程的说法，不正确的是（下列关于蛋白质工程的说法，不正确的是（ ）A蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的某些区段，蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的某些区段，降低人对鼠单克隆抗体的免疫反应降低人对鼠单克隆抗体的免疫反应B蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性蛋白质工程可对酶的催化活性
11、、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变等加以改变C理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法方法D蛋白质工程的崛起的原因主要是工业生产和基础理论研究的需要蛋白质工程的崛起的原因主要是工业生产和基础理论研究的需要C练一练2 2基因工程与蛋白质工程的区别是（基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的操作，蛋白质工程不对基因进基因工程需对基因进行分子水平的操作，蛋白质工程不对基因进行操作行操作B基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的不是天基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的不
12、是天然存在的蛋白质然存在的蛋白质C基因工程是分子水平的操作，蛋白质工程是细胞水平（或性状水基因工程是分子水平的操作，蛋白质工程是细胞水平（或性状水平）的操作平）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B练一练3 3干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在7070下保存半年，下保存半年，给广大患者带来福音。给广大患者带来福音。（1 1）蛋白质的合成是受基因控制
13、的，因此获得能够控制合成）蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素可以保存的干扰素”的的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的可以保存的干扰素干扰素”。（2 2）和蛋白质工程相比，基因工程在原则上只能生产）和蛋白质工程相比，基因工程在原则上只能生产_的蛋白质，不一的蛋白质，不一定符合人类生产和生活的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其生物功定符合人类生产和生活的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过能的关系作为基础，通过_或或
14、_，来，来_现有蛋白质，或制造一种新现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。的蛋白质，以满足人类的生产和生活需要。蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期蛋白预期蛋白质的功能质的功能应有的氨应有的氨基酸序列基酸序列相应的脱氧核苷相应的脱氧核苷酸序列（基因）酸序列（基因）设计设计推测推测合成合成自然界已存在自然界已存在改造改造合成基因合成基因改造改造练一练3 3干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可但体外保存相当困难，如果将其分子上的
15、一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在在7070下保存半年，给广大患者带来福音。下保存半年，给广大患者带来福音。（3 3）蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的）蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_结构。结构。（4 4）对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通）对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？过对基因的操作来实现？_。原因是原因是_。（ 5 5 ） 若 要 利 用 大 肠 杆 菌 生 产 干 扰 素 ， 则 需 用 到 的 生 物 工 程 有） 若 要 利 用 大 肠 杆 菌 生 产 干 扰 素 ， 则 需 用 到 的 生 物 工 程 有_、_和发酵工程。和发酵工程。空间空间通过对基因的操作来实现通过对基因的操作来实现基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代基因控制蛋白质的合成，并且基因能遗传给下一代蛋白质工程蛋白质工程基因基因工程工程