蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課件-高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

科學(xué)家解析了多管水母綠色熒光蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，并利用計算機進行輔助設(shè)計，在此基礎(chǔ)上再采用定點突變的技術(shù)將綠色熒光蛋白發(fā)光基團正下方的第203位的蘇氨酸替換為略氨酸，從而獲得了一種新的綠色熒光蛋白的衍生物一一黃色熒光蛋白?！咎貏e提醒】基因在轉(zhuǎn)移過程中并不被改造。若基因在轉(zhuǎn)移過程中進行了改造，那么此基因工程就變?yōu)榈鞍踪|(zhì)工程了。判斷：蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)分子水平上改造蛋白質(zhì)的。在分子水平上對基因分子直接進行操作構(gòu)建基因表達載體能將改造后的目的基因?qū)胧荏w細胞，讓其在受體細胞中穩(wěn)定表達，產(chǎn)生具有特定結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。1.蛋白質(zhì)工程是否需要構(gòu)建基因表達載體？2.蛋白質(zhì)工程改造后的蛋白質(zhì)的性狀可否遺傳給子代？蛋白質(zhì)工程與基因工程的異同項目蛋白質(zhì)工程基因工程過程從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)→設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測應(yīng)有的氨基酸序列→找到并改變相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定實質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，以獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品結(jié)果可生產(chǎn)自然界中不存在的蛋白質(zhì)只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)聯(lián)系蛋白質(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判斷基因工程和蛋白質(zhì)工程是否合成新的基因蛋白質(zhì)工程是否對原有基因進行改造是否是否蛋白質(zhì)工程基因工程二看蛋白質(zhì)一看基因是否為天然蛋白質(zhì)是否蛋白質(zhì)工程基因工程方法蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。結(jié)合圖示回答有關(guān)問題：(1)寫出流程圖中字母代表的含義：A.

；B.

；C.

；D.

；E.

。(2)圖示字母中屬于中心法則的過程有

，屬于蛋白質(zhì)工程的過程有

。預(yù)期功能氨基酸序列改造或合成轉(zhuǎn)錄翻譯D、EA、B、C、D、E(3)對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？原因是什么？應(yīng)該通過對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)的改造。主要原因：①蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，基因的結(jié)構(gòu)相對簡單，容易改造；②改造后的基因可以遺傳給下一代，而被改造的蛋白質(zhì)無法遺傳。1.每種氨基酸都有對應(yīng)的密碼子，只要査一下密碼子表,就可以將題中的氨基酸序列的編碼序列査出來。但是由于題中的氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個密碼子編碼的，因此其堿基排列組合起來就比較復(fù)雜，至少可以排列出32種，可以讓學(xué)生根據(jù)學(xué)過的排列組合的知識自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)密碼子推出mRNA序列為GCU(或C，或A，或G)UGGAAA(或GGAA(或G)UUU(或C)，再根據(jù)堿基互補配對原則推出脫氧核苷酸序列為CGA(或G，或T或C)ACTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)。2.確定目的基因的堿基序列后，可以人工合成目的基因或從基因文庫中獲取目的基因。對基因的改造經(jīng)常會用到基因定點突變技術(shù)來進行堿基的替換、增添等。1.研究者對綠色熒光蛋白進行改造,將其第203位蘇氨酸替換為酪氨酸,使改造后的蛋白質(zhì)在特定光激發(fā)后發(fā)射橙色光,稱為橙色熒光蛋白。關(guān)于橙色熒光蛋白的構(gòu)建,以下說法正確的是 ()A.用蛋白酶直接處理綠色熒光蛋白獲得目標(biāo)產(chǎn)物B.設(shè)計定點突變PCR獲得橙色熒光蛋白基因C.PCR擴增獲得的產(chǎn)物激發(fā)后可以發(fā)橙色熒光D.綠色熒光蛋白基因發(fā)生的突變類型為堿基缺失B[解析]用蛋白酶直接處理綠色熒光蛋白得到的是多肽和氨基酸,而不是橙色熒光蛋白,A錯誤;要使綠色熒光蛋白第203位蘇氨酸替換為酪氨酸,可以通過對其基因進行定點突變PCR實現(xiàn),這樣基因中控制編碼蘇氨酸的堿基序列替換為編碼酪氨酸的堿基序列,B正確;PCR擴增獲得的產(chǎn)物是目的基因片段,不能發(fā)橙色熒光,該基因片段控制合成的蛋白質(zhì)才會在激發(fā)后發(fā)橙色熒光,C錯誤;綠色熒光蛋白基因發(fā)生的突變類型為堿基替換,D錯誤。2.天然胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體,皮下注射后往往要逐漸解離為單體,才能發(fā)揮作用,在一定程度上延緩了療效?？茖W(xué)家利用蛋白質(zhì)工程(基本思路見下圖)研發(fā)出速效胰島素,已在臨床上廣泛應(yīng)用。下列有關(guān)敘述正確的是 ()A.當(dāng)前限制蛋白質(zhì)工程發(fā)展的關(guān)鍵因素是基因工程技術(shù)還不成熟B.從六聚體胰島素解離為單體形式是將胰島素水解為氨基酸C.利用基因工程和蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)胰島素都經(jīng)歷①②過程D.利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)速效胰島素要從推測b入手C[解析]當(dāng)前限制蛋白質(zhì)工程發(fā)展的關(guān)鍵因素是蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴正確的高級結(jié)構(gòu),而這種高級結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜,人們對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解太少,A錯誤;從六聚體胰島素解離為單體形式是將六個胰島素形成的六聚體水解為單個胰島素的過程,B錯誤;利用基因工程和蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)胰島素都經(jīng)歷找到對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)→轉(zhuǎn)錄(①)形成mRNA(c)→翻譯(②)獲得所需要的蛋白質(zhì)的過程,C正確;蛋白質(zhì)工程中,首先根據(jù)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),因此利用蛋白質(zhì)工程生產(chǎn)速效胰島素要從設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)(a)入手,D錯誤。(1)蛋白質(zhì)工程需要改變蛋白質(zhì)分子的所有氨基酸序列()(2)蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改造分子的結(jié)構(gòu)()(3)蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程，主要是因為人們對蛋白質(zhì)復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)沒有完全認識()(4)蛋白質(zhì)工程可以改造酶，提高酶的熱穩(wěn)定性()(5)天然胰島素制劑容易發(fā)生聚合,會在一定程度上延緩藥效,設(shè)計速效胰島素首先要從避免胰島素形成聚合體這一預(yù)期功能開始()(5)自然界中的酶都可以通過蛋白質(zhì)工程來改造()××√√√×××√DA少數(shù)這項工作屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的根本原因是基因的堿基序列發(fā)生了變化。如果要將改造后的T4溶菌酶應(yīng)用于生產(chǎn)實踐,還有很多工作需要做。例如由于改造后酶的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,因此它的一些基本特性需要重新明確,包括它能耐受的溫度范圍、催化反應(yīng)的最適溫度、酶活力的大小等;需要建立規(guī)?；a(chǎn)該酶的技術(shù)體系,評估生產(chǎn)成本等。(1)應(yīng)選擇用相同的限制酶或切割能產(chǎn)生相同末端的限制酶切割質(zhì)粒和含有目的基因的DNA片段，并且注意限制酶的切割位點不能位于目的基因的內(nèi)部，以防破壞目的基因，限制酶也不能破壞質(zhì)粒的啟動子、終止子、標(biāo)記基因、復(fù)制原點等結(jié)構(gòu)。(2)加入DNA連接酶。(3)該質(zhì)粒便于進行雙重篩選。標(biāo)記基因AmpR基因可用于檢測質(zhì)粒是否導(dǎo)入了大腸桿菌，一般只有導(dǎo)入了質(zhì)粒的大腸桿菌才能在添加了青霉素的培養(yǎng)基上生長。而由于LacZ基因的效應(yīng)，這些生長的菌落可能出現(xiàn)兩種顏色：含有空質(zhì)粒（沒有連接目的基因的質(zhì)粒）的大腸桿菌菌落呈藍色；含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌落呈白色。(4)含有重組質(zhì)粒的大腸桿菌菌落呈白色。因為目的基因的插入破壞了LacZ基因的結(jié)構(gòu)，使其不能正常表達，形成β-半乳糖苷酶，底物X-gal也就不會被分解。逆轉(zhuǎn)錄病毒是載體，能將外源基因Oct3/4、Sox2、c-Myc和KIf4送入小鼠成纖維細胞。(2)可以設(shè)置對照組。將轉(zhuǎn)入外源基因和沒有轉(zhuǎn)人外源基因的細胞分別培養(yǎng)在相同的培養(yǎng)基中，并確保其他培養(yǎng)條件相同。如果只有轉(zhuǎn)入外源基因的細胞轉(zhuǎn)化成了iPS細胞，就可以證明iPS細胞的產(chǎn)生不是由于培養(yǎng)基的作用。(3)可以依次去掉1個基因，將其他3個基因轉(zhuǎn)入小鼠成纖維細胞中，然后通過與轉(zhuǎn)入4個基因的小鼠成纖維細胞的誘導(dǎo)情況進行比較，來推測缺失的那個基因?qū)φT導(dǎo)iPS細胞的影響，進而判斷每個基因作用的相對大小。（其他合理答案均可）(4)不會引起免疫排斥反應(yīng)，因為在誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化的過程中細胞的遺傳物質(zhì)沒有發(fā)生變化，理論上產(chǎn)生的還是“自體”細胞。iPS細胞擁有分化為各種細胞的潛能，因此