第3節蛋白質工程第三章基因工程從社會中來人工全合成結晶牛胰島素開創了我國人工合成蛋白質的新紀元關于胰島素，你還知道多少？1、胰島素的化學本質？2、胰島素的功能？3、胰島素的合成場所？胰島素能促進組織細胞加速攝取、利用和儲存葡萄糖，從而使血糖水平降低蛋白質胰島B細胞胰島素六聚體資料1：

科學家發現經皮下注射的天然胰島素進入血液的速率較為緩慢，其主要原因是胰島素分子會聚合成二聚體或多聚體。這影響了胰島素功能的及時發揮。胰島素要發揮作用必須由多聚體經過解聚變成單聚體才能發揮其降糖作用。胰島素的空間結構→生物功能胰島素單體任務一：探究胰島素改造基本原理資料2：

科學研究發現，將第28位的脯氨酸替換為天冬氨酸，或者將它與第29位的賴氨酸交換位置，可以有效抑制胰島素的聚合，從而獲得胰島素單體。思考1：科學家是如何改造胰島素分子？B28脯氨酸B29賴氨酸任務一：探究胰島素改造基本原理天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：酪氨酸蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設計后胰島素B鏈部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸B28B29mRNAmRNA思考2：怎樣得出決定肽鏈的脫氧核苷酸序列?互動探究天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：酪氨酸蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設計后胰島素B鏈部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸B28B29mRNAmRNA由于人胰島素B鏈基因較短，按照設計好的編碼序列進行化學合成，是獲取這種突變型目的基因的首選方法。翻譯翻譯轉錄天然胰島素對應的基因序列：改造后應得到的基因序列：轉錄互動探究任務一：探究胰島素改造基本原理互動探究天然胰島素對應的基因序列改造后應得到的基因序列思考3：結合中心法則的有關知識，寫出改造后胰島素的合成過程。新胰島素____

mRNA

轉錄翻譯折疊特定________序列的多肽鏈具有高級____的蛋白質

行使相應功能結構基因氨基酸任務一：探究胰島素改造基本原理除了通過查密碼子表的方式得知基因序列，可以通過查找數據庫獲取序列信息獲取基因和蛋白質的結構數據NCBI，全稱為美國國家生物技術信息中心

/在NCBI數據庫中，可以找到大量的生物信息學數據，包括DNA和蛋白質序列，基因組組裝，基因注釋，蛋白質結構等。一、蛋白質工程一般過程任務二：探究胰島素改造的一般過程思考：確定基因的堿基序列后，怎樣改造目的基因？天然胰島素對應的基因序列改造后應得到的基因序列互動探究任務二：探究胰島素改造的一般過程由于人胰島素B鏈的基因比較短，可以根據設計好的基因序列進行化學合成使用PCR進行定點誘變天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：酪氨酸蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設計后胰島素B鏈部分氨基酸序列：B28B29酪氨酸蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸B28B29mRNAmRNA翻譯翻譯轉錄天然胰島素對應的部分基因：改造后應得到的基因序列：轉錄由于人胰島素B鏈基因較短，按照設計好的編碼序列進行化學合成，是獲取這種突變型目的基因的首選方法。待突變位點常規下游引物突變上游引物進行PCR產物作為下一輪PCR的大引物天然胰島素對應的部分基因：待突變位點常規下游引物突變上游引物進行PCR產物作為下一輪PCR的大引物進行PCR待突變位點下游大引物常規上游引物天然胰島素對應的部分基因：待突變位點常規下游引物突變上游引物進行PCR產物作為下一輪PCR的大引物進行PCR待突變位點下游大引物常規上游引物進行PCR天然胰島素對應的部分基因：待突變位點PCR合成的人胰島素突變基因大引物PCR使用PCR進行定點誘變重疊延伸PCR設計含有非特異性配對堿基的引物，再通過PCR將突變位點引入產物中寡核苷酸介導的定點誘變引物突變DNA聚合酶DNA連接酶受體細胞轉錄突變T-A定向誘變為G-C（1）適用對象：不能預先確定誘變位點的蛋白質。非定點誘變技術基因的體外定向突變歸納一、蛋白質工程一般過程（2）缺點：目的性和針對性不夠強。（3）優點：突變位點多，有時會產生意想不到的改造效果。（1）適用對象：掌握了基本結構信息的蛋白質（2）方法:寡核苷酸介導的定點誘變、使用PCR進行定點誘變等二、蛋白質工程的應用定點誘變的方法，使T4溶菌酶編碼第3個氨基酸的核苷酸序列改變，氨基酸由異亮氨酸變成半胱氨酸，可以和第97位半胱氨酸形成新的二硫鍵，增強蛋白質穩定性。實例1.提高酶的熱穩定性實例2.延長干擾素體外保存時間天然干擾素不易保存改造新干擾素基因預期功能延長保存時間設計結構氨基酸替換一個半胱氨酸變成絲氨酸推測序列預期結構轉錄mRNA折疊翻譯多肽鏈行使功能在-70℃下可以保存半年定點突變二、蛋白質工程的應用二、蛋白質工程的應用實例3.提高水蛭素活性水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶抑制劑,是由65個氨基酸組成的蛋白質為提高水蛭素活性，科學通過蛋白質工程將47位的天冬酰胺變成賴氨酸。這種新的蛋白質抗凝血效率可提高4倍。一、蛋白質工程一般過程（3）大改：以據氨基酸的性質和特點，制造全新蛋白質（到目前還沒有成功的例子）（2）中改：改變蛋白質分子中某一個多肽鏈片段或一個特定的結構域（1）小改：利用基因工程中的定點誘變技術，改造蛋白質分子某活性部位的一個或幾個氨基酸殘基（實踐中運用的最多）蛋白質工程的類型思考1.通過以上實例嘗試概括蛋白質工程的基本思路預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質____→推測應有的________序列→找到對應的____________序列→合成新________→獲得所需要的蛋白質結構氨基酸脫氧核苷酸基因蛋白質工程原理：中心法則的逆推三、蛋白質工程的基本原理三、蛋白質工程的基本原理思考2：蛋白質工程和基因工程的操作對象相同嗎？為什么？操作對象相同：蛋白質工程和基因工程的操作對象都為基因。原因是：①蛋白質的高級結構十分復雜，直接改造難度大。②蛋白質是由基因編碼的，改造了基因可以間接改造蛋白質③基因可以遺傳，蛋白質無法遺傳地位：蛋白質工程是在基因工程的基礎上,延伸出來的第二代基因工程三、蛋白質工程的基本原理思考3：蛋白質工程和基因工程的得到的蛋白質相同嗎？原則上只能產生自然界已存在的蛋白質（天然蛋白）基因工程的局限性對天然蛋白質進行改造或制造新的蛋白質，以滿足人類需要。蛋白質工程的目的基因工程的實質：將一種生物的基因轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的蛋白質，進而表現出新的性狀項目基因工程蛋白質工程操作起點原理過程實質結果聯系目的基因預期的蛋白質功能基因重組基因工程、中心法則獲取目的基因→______________→導入受體細胞→目的基因及其表達產物的檢測與鑒定預期蛋白質功能→設計蛋白質結構→推測氨基酸序列→推測核苷酸序列→合成_________→表達出蛋白質定向改造生物的________，獲得人類所需的生物類型或生物產品定向改造或生產人類所需的______生產自然界中已有的蛋白質①都在__________對基因操作②蛋白質工程是在基因工程的基礎上,延伸出來的第二代基因工程。生產自然界_____的蛋白質遺傳特性蛋白質生物體外構建表達載體沒有DNA4.列表比較蛋白質工程與基因工程蛋白質工程是一項難度很大的工程.蛋白質發揮功能必須依賴于正確的高級結構，而這種高級結構往往十分復雜。要設計出更加符合人類需要的蛋白質，還需要不斷地攻堅難。四、蛋白質工程的現狀由計算機建立的血紅蛋白三維結構模型學以致用（2）圖中①的名稱叫______________，其組成包括了目的基因、

、

、復制原點和

等。（3）目的基因經過體外定點誘變后，為了提高其導入大腸桿菌的成功率，需用一定濃度的

____________處理大腸桿菌。（4）與正常基因相比，經過定點誘變后的基因中發生了兩對堿基的

。（5）基因工程最后一步是

，________從分子水平檢測的方法有__________________________________________

基因表達載體啟動子終止子

標記基因C