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1、14蛋白蛋白质质工程的崛起工程的崛起课标领航课标领航1举举例例说说出蛋白出蛋白质质工程崛起的工程崛起的缘缘由。由。2理解蛋白理解蛋白质质工程的原理。工程的原理。3了解蛋白了解蛋白质质工程的工程的应应用。用。【重点重点】蛋白蛋白质质工程的原理。工程的原理。【难难点点】蛋白蛋白质质工程的工程的应应用。用。情景情景导导航航 快速起效的胰快速起效的胰岛岛素素实验证实验证明：胰明：胰岛岛素在低素在低浓浓度度时时主要以主要以单单体形式存在，在高体形式存在，在高浓浓度度时时多以二聚多以二聚体形式存在，体形式存在，这这是胰是胰岛岛素素2328氨氨基酸残基基酸残基结结构所致。构所致。这样这样就会延就会延缓缓胰胰
2、岛岛素从注射部位素从注射部位进进入血液，从而延入血液，从而延缓缓了其降血糖的作用，也增加了抗原性。科学家根了其降血糖的作用，也增加了抗原性。科学家根据胰据胰岛岛素的素的结结构和其功能构和其功能间间的关系，的关系，设计设计了了对对胰胰岛岛素基因的改造方案。通素基因的改造方案。通过过碱基替碱基替换换的方法，改的方法，改变变基因序列，将基因序列，将链链第第28位改位改为赖为赖氨酸、氨酸、29位改位改为为脯氨酸，从而改脯氨酸，从而改变变了胰了胰岛岛素的素的结结构。构。这这种改种改变变了了结结构的胰构的胰岛岛素不会形成二聚体，从而使胰素不会形成二聚体，从而使胰岛岛素素快速起作用。由此，速效型胰快速起作用
3、。由此，速效型胰岛岛素制素制剂诞剂诞生，生，这这种制种制剂剂的形成正是利用的蛋白的形成正是利用的蛋白质质工程技工程技术术，也就，也就是本是本节节我我们们将要探将要探讨讨的内容。的内容。基础自主梳理基础自主梳理一、蛋白一、蛋白质质工程的崛起工程的崛起1基基因因工工程程的的实实质质：将将一一种种生生物物的的_转转移移到到另另一一种种生生物物体体内内，后后者者产产生生它它本本不不能能产产生生的的_，从而，从而产产生新性状。生新性状。2蛋蛋白白质质工工程程的的目目的的：生生产产符符合合人人们们生生活活需需要要的、并非自然界已存在的的、并非自然界已存在的_。基因基因蛋白蛋白质质蛋白蛋白质质3实实例例：_
4、和和二二氢氢吡吡啶啶二二羧羧酸酸合合成成酶酶的的活活性性受受细细胞胞内内_的的影影响响，当当赖赖氨氨酸酸浓浓度度达达到到一一定定量量时时会会抑抑制制这这两两种种酶酶的的活活性性，改改变变两种两种酶酶的特性后的特性后,玉米游离玉米游离赖赖氨酸含量提高。氨酸含量提高。天冬氨酸激天冬氨酸激酶酶赖赖氨酸氨酸浓浓度度思考感悟思考感悟对对天天然然蛋蛋白白质质进进行行改改造造，是是直直接接对对蛋蛋白白质质分分子子进进行操作，行操作，还还是通是通过对过对基因的操作来基因的操作来实现实现？【提示提示】对对基因的操作。基因的操作。二、蛋白二、蛋白质质工程的原理与工程的原理与进进展展1目目标标：根根据据人人们们对对
5、_的的特特定定需需求求对对_进进行分子行分子设计设计。2原理：原理：_。3过过程程：预预期期蛋蛋白白质质功功能能设设计计预预期期的的蛋蛋白白质质结结构构推推测测应应有有的的_序序列列找找到到对对应应的的_序列序列(基因基因)。4蛋蛋白白质质工工程程的的进进展展：前前景景广广阔阔，但但目目前前成成功功的的例子不多。例子不多。蛋白蛋白质质功能功能蛋白蛋白质质的的结结构构中心法中心法则则的逆推的逆推氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸核心要点突破核心要点突破对蛋白质工程的理解对蛋白质工程的理解要点一要点一1蛋蛋白白质质工工程程崛崛起起的的缘缘由由：基基因因工工程程只只能能生生产产出出天天然然蛋蛋白白质质
6、，蛋蛋白白质质工工程程是是为为了了生生产产出出符符合合人人类类生生产产和生活需要的蛋白和生活需要的蛋白质质。2基本原理和途径基本原理和途径 它它可可以以根根据据人人的的需需求求来来设设计计蛋蛋白白质质的的结结构构，又又称称为为第第二二代代基基因因工工程程。其其原原理理是是：根根据据中中心心法法则则逆逆向向推推理。理。图图示如下：示如下：3设设计计中中的的困困难难：如如何何推推测测非非编编码码区区以以及及内内含含子的脱氧核苷酸序列。子的脱氧核苷酸序列。4蛋白蛋白质质工程的步工程的步骤骤 某某多多肽肽链链的的一一段段氨氨基基酸酸序序列列是是：甲甲硫硫氨氨酸酸色色氨氨酸酸苯苯丙丙氨氨酸酸色色氨氨酸酸
7、(氨氨基基酸酸及及对对应应的的密密码码子子为为：甲甲硫硫氨氨酸酸AUG，色色氨氨酸酸UGG，苯苯丙氨酸丙氨酸UUU、UUC)(1)怎怎样样得得出出决决定定这这一一段段肽肽链链的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸序序列列？请请把相把相应应的碱基序列写出来。的碱基序列写出来。(2)确确定定目目的的基基因因的的碱碱基基序序列列后后，怎怎样样才才能能合合成成或或改改造目的基因造目的基因(DNA)?例例例例1 1【思思路路点点拨拨】本本题题考考查查蛋蛋白白质质工工程程的的原原理理及及实实例，解答本例，解答本题应题应突破以下几点：突破以下几点：首先首先设计设计蛋白蛋白质质氨基酸序列。氨基酸序列。找到找到对应对应的脱氧
8、核苷酸序列。的脱氧核苷酸序列。根根据据DNA(基基因因)脱脱氧氧核核苷苷酸酸序序列列进进行行人人工工合合成成或或进进行基因改造。行基因改造。【尝尝试试解解答答】(1)根根据据氨氨基基酸酸序序列列反反推推mRNA上上密密码码子子序序列列，再再反反推推DNA上上脱脱氧氧核核苷苷酸酸序序列列。其其DNA碱基序列碱基序列为为：(2)确确定定目目的的基基因因的的碱碱基基序序列列后后，就就可可以以根根据据人人类类的的需需要要改改造造它它，通通过过人人工工合合成成的的方方法法，或或从从基基因因库库中中获获取。取。【互互动动探探究究】由由上上述述氨氨基基酸酸序序列列推推导导出出的的目目的的基因基因为为什么有多
9、种？什么有多种？【提提示示】一一种种氨氨基基酸酸可可以以由由一一种种或或几几种种不不同同的的密密码码子决定，子决定，这样这样推推导导出的基因也就有多种。出的基因也就有多种。【易易误误警警示示】(1)尽尽管管蛋蛋白白质质工工程程是是从从预预期期蛋蛋白白质质功功能能入入手手改改造造蛋蛋白白质质结结构构，但但不不能能直直接接改改造造蛋蛋白白质质,而而应应从从改改造造基基因因入入手手，所所以以其其本本质质和和基基础础应应为为基基因因工程。工程。(2)判判断断蛋蛋白白质质工工程程方方法法的的关关键键是是：通通过过基基因因修修饰饰或或基基因因合合成成，对对现现有有蛋蛋白白质质进进行行改改造造，或或制制造造
10、一一种种新新的蛋白的蛋白质质。比较基因工程和蛋白质工程比较基因工程和蛋白质工程要点二要点二比比较项较项目目基因工程基因工程蛋白蛋白质质工程工程操作操作对对象象基因基因基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平DNA分子水平分子水平基本基本过过程程获获取目的基因取目的基因构构建基因表达建基因表达载载体体将目的基因将目的基因导导入受入受体体细细胞胞目的基因目的基因的的检测检测与与鉴鉴定定确定蛋白确定蛋白质质的功能的功能蛋蛋白白质应质应有的高有的高级结级结构构蛋白蛋白质应质应具具备备的折叠状的折叠状态态蛋白蛋白质应质应有的氨基有的氨基酸序列酸序列应应有的碱基序有的碱基序列列合成合成DNA表达出表
11、达出蛋白蛋白质质比比较较项项目目基因工程基因工程蛋白蛋白质质工程工程实质实质定向改造生物的定向改造生物的遗遗传传特性，以特性，以获获得人得人类类需要的生物需要的生物类类型型或生物或生物产产品品定向改造或生定向改造或生产产人人类类所需蛋白所需蛋白质质结结果果生生产产人人类类需要的基需要的基因因产产物物(自然界已有自然界已有的蛋白的蛋白质质)可以生可以生产产自然界没有自然界没有的、不存在的新蛋白的、不存在的新蛋白质质联联系系 蛋白蛋白质质工程是以基因工程工程是以基因工程为为基基础础的的 (2011年年泰泰安安市市高高二二检检测测)科科学学家家对对鼠鼠源源杂杂交交瘤瘤抗抗体体进进行行改改造造，生生产
12、产出出效效果果更更好好的的鼠鼠人人嵌嵌合合抗抗体体，用用于于癌癌症症治治疗疗。下下图图表表示示形形成成鼠鼠人人嵌嵌合合抗体的抗体的过过程，据程，据图图回答：回答：例例例例2 2(1)改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠人嵌合抗体，改造鼠源杂交瘤抗体，生产鼠人嵌合抗体，属于属于_(生物工程生物工程)的范畴。的范畴。(2)图示过程是根据预期的图示过程是根据预期的_，设计，设计_，最终必须对最终必须对_进行操作，此操作中改变的进行操作，此操作中改变的是是_。(3)经过改造的鼠人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗经过改造的鼠人嵌合抗体，与鼠源杂交瘤抗体相比较，突出的优点是体相比较，突出的优点是_(从免疫角度考虑从免疫角度
13、考虑)。(4)上述过程中对科学家来说难度最大的是上述过程中对科学家来说难度最大的是_。【尝试尝试解答解答】(1)蛋白蛋白质质工程工程(2)嵌嵌合合抗抗体体功功能能嵌嵌合合抗抗体体的的结结构构基基因因碱基碱基对对(3)对对人体的不良反人体的不良反应应减少减少(4)设计设计嵌合抗体的空嵌合抗体的空间结间结构构【解解析析】(1)通通过过图图示示可可知知鼠鼠人人嵌嵌合合抗抗体体是是通通过过人人工工设设计计而而形形成成的的特特定定功功能能蛋蛋白白质质，其其生生产产过过程程应应属于蛋白属于蛋白质质工程的范畴。工程的范畴。(2)蛋蛋白白质质工工程程的的流流程程：预预期期蛋蛋白白质质的的功功能能设设计计预预期
14、期的的蛋蛋白白质质结结构构推推测测应应有有的的氨氨基基酸酸序序列列找找到到相相对对应应的的脱脱氧氧核核苷苷酸酸序序列列(基基因因)通通过过基基因因工工程程操操作作生生产预产预期的蛋白期的蛋白质质。(3)从从免免疫疫的的角角度度考考虑虑，对对人人体体来来说说鼠鼠源源抗抗体体为为抗抗原原,若若利利用用人人的的抗抗体体与与之之嵌嵌合合，则则排排斥斥作作用用会会减减轻轻，对对人体的人体的负负作用会减少。作用会减少。(4)由由于于蛋蛋白白质质空空间间结结构构比比较较复复杂杂，不不易易确确定定，所所以以成成为为蛋白蛋白质质工程中最大的障碍。工程中最大的障碍。【探探规规寻寻律律】(1)蛋蛋白白质质工工程程最
15、最终终还还是是回回到到基基因因工工程程上上来来，因因为为蛋蛋白白质质的的合合成成由由基基因因控控制制，所所以以说说蛋蛋白白质质工工程程是是在在基基因因工工程程的的基基础础上上延延伸伸出出来来的的第二代基因工程。第二代基因工程。(2)基基因因工工程程中中的的目目的的基基因因一一般般为为自自然然存存在在的的基基因因,而蛋白而蛋白质质工程中的目的基因不是自然存在的。工程中的目的基因不是自然存在的。跟跟踪踪训训练练(2011年年姜姜堰堰高高二二检检测测)运运用用某某生生物物工工程程技技术术将将毒毒性性肽肽融融合合进进入入抗抗体体分分子子，制制造造出出“导导弹弹药药物物”，它它可可自自动动瞄瞄准准和和攻攻击击体体内内的的靶靶组组织织或或靶靶细细胞胞(如癌如癌细细胞胞)。此技。此技术术是是()A基因工程基因工程B细细胞工程胞工程C蛋白蛋白质质工程工程 D胚胎工程胚胎工程答案：答案：C