人教版教学课件[名校联盟]福建省三明市泰宁一中生物选修三14《蛋白质工程的崛起》课件.ppt
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1、蛋白质工程的崛起,一、蛋白质工程崛起的缘由 二、蛋白质工程的基本原理 三、蛋白质工程的进展和前景,思考:如果想让某一个生物的性状在另外一个生物的身上表达,常用的方法有哪些?,1、在种内可以用什么方法?,杂交育种,2、在种间可以用什么方法?,基因工程育种,一、蛋白质工程崛起的缘由,基因工程的实质:,将一种生物的 转移到另一种生物体内,后者产生它本不能产的 ,进而表现出 。,基因,蛋白质,新的性状,试回顾总结基因工程的丰硕成果,植物方面 提高植物的抗虫、抗病、抗逆性 改良植物的品质 动物方面 提高动物生长速度 改善畜产品的品质 用转基因动物生产药物 用转基因动物作器官移植的供体 研制药物 基因治疗
2、,基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 这些蛋白质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。,基因工程的局限性:,例如:,干扰素是由动物体内的效应T细胞产生的一种糖蛋白,几乎能抵抗所有病毒引起的感染。同时,在治疗癌症方面也有十分可观的疗效。但是,干扰素在体外保存相当困难。,如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸,在-70oC的条件下,可以保存半年。,玉米中赖氨酸的含量比较低。,赖氨酸的合成机理:,天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶,前体物质,赖氨酸,负反馈调节,天冬氨酸激酶 (352位的苏氨酸) 二氢吡啶二羧酸合成酶 (104位的天冬酰胺),改造,天冬
3、氨酸激酶 (异亮氨酸) 二氢吡啶二羧酸合成酶 (异亮氨酸),在已研究过的几千种酶中,只有极少数可以应用于工业生产,绝大多数酶都不能应用于工业生产,这些酶虽然在自然状态下有活性,但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在,反应温度较高,在这种条件下,大多数酶会很快变性失活。,目前科学家尝试通过对蛋白质结构的改造,来延长酶的半衰期,提高酶的热稳定性,延长药用蛋白的保存期,抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等,取得了一定的进展。,延长干扰素的体外保存时间 提高玉米中赖氨酸的含量 提高工业生产中蛋白质类酶的稳定性,这些在科学研究和工业生产中亟待
4、解决的难题均无法通过基因工程来完成。于是新一轮的探索拉开了序幕,人们开始着眼于对现有蛋白质的改造,以及制造目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。就这样,蛋白质工程应运而生,并迅速崛起。,二、蛋白质工程的基本原理,1、基因工程的基本原理,中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图 :,结论:,蛋白质的功能是由蛋白质的_决定的,蛋白质的结构是由_决定的。,结构,DNA(基因),2、蛋白质工程的目标:,根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的分子结构进行分子设计。,对天然蛋白质进行改造,你认为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?为什么?,需要通过对基因的操作来实现。,蛋白质工程流程图
5、,从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到相应的脱氧核苷酸序列(基因),讨论: 某多肽链的一段氨基酸序列是: -丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-,丙氨酸:GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸:UGG 赖氨酸:AAA、AAG 甲硫氨酸:AUG 苯丙氨酸:UUU、UUC,(1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。,每种氨基酸都有对应的三联密码子,只要查一下遗传密码子表,就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码,因此其碱基排列组合起来就比较复杂,至少可以排列出16种。
6、同学们可以根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C),再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列:CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)。,(2) 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(DNA)?,可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。,基因会发生突变,突变可以自发,也可以诱发,这是每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家M史密斯(19322000)发明定点突变法之前,突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方
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