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课件网) 第4节 蛋白质工程的原理和应用 学习目标 （1）结合中心法则有关知识，说明蛋白质工程的基本原理 （2）基于蛋白质工程的实例，采用模型建构方法，表示蛋白质工程的基本思路 （3）尝试通过蛋白质工程技术，运用逆向思维设计或改造某一蛋白质（人胰岛素）的设计流程 资料一 20世纪80年代，以基因重组技术为基石的人胰岛素应运而生，高度纯化的人胰岛素对于血糖的控制更加准确，因此很快取代了第一代的动物胰岛素 1、根据中心法则，说出由胰岛素基因合成胰岛素的过程 2、回顾通过基因工程生产人胰岛素的流程 胰岛素基因 mRNA 胰岛素 资料2 人体内，胰岛素的含量通常在进食后30-60分钟就达到高峰，而目前使用的基因工程生产的胰岛素制剂，注射120分钟才出现高峰。 研究发现，胰岛素分子容易聚合成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往需要经历一个逐渐解聚为单体的过程。 胰岛素六聚体 胰岛素单体 起效慢 基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，这些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。 蛋白质工程崛起的缘由 基本思路？ 胰岛素的分子结构示意图 → 空间结构 → 氨基酸序列 功能 利用X射线晶体衍射，核磁共振等技术手段，充分了解胰岛素的空间结构。 起效慢 如何改？ 资料3：科学研究发现，胰岛素B链第20~29位的氨基酸是胰岛素分子形成多聚体的关键区域，若将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，可以有效抑制胰岛素的聚合，从而获得胰岛素单体。 脯氨酸 天冬氨酸 讨论1：要有效抑制胰岛素的聚合，使应该如何对改造？ 方案1：直接改造胰岛素上的氨基酸 方案2：对胰岛素基因进行改造 ①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大； ②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质； ③基因可以遗传，蛋白质无法遗传 课堂活动1：已知天然胰岛素β链27-29位氨基酸序列如下所示 苏氨酸 脯氨酸 赖氨酸 β （1）、利用材料包中的彩色卡纸（密码子），在课堂活动纸拼出该序列对应的mRNA序列（根据手中材料尽可能多种），分析出现多种情况的原因 （2）、根据学案已知密码子，写出对应的基因片段的碱基序列 （3）当脯氨酸被天冬氨酸替换后，基因的模板链发生的变化为 六聚体 单体 苏氨酸 脯氨酸 赖氨酸 （ACU CCC AAG） 苏氨酸 天冬氨酸 赖氨酸 (ACU GAC AAG) 基因 mRNA 氨基酸 胰岛素 课堂活动1：根据已知密码子，写出对应的基因片段的碱基序列 ①② ①② ACU CCC AAG ACU GAC AAG ACT CCC AAG TGA GGG TTC ACT GAC AAG TGA CTG TTC 如何改造基因？ 资料4：科学家运用PCR技术可以改变目的基因上特定位点的核苷酸，实现定点突变。 常规下游引物 课堂活动2：根据活动1结果设计引物部分碱基序列 G A C A A G C T G T T C G A C A A G C T G T T C C T G T T C G A C A A G 1 课堂活动3：基于前面的思考和活动，请同学们梳理总结出研发速效胰岛素的流程图。 胰岛素的新功能—3 速效胰岛素的三维结构—6 预测多肽链的氨基酸序列—2 速效胰岛素基因的碱基序列—1 生成第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸的多肽链—4 速效胰岛素—5 新基因—7 胰岛素的新功能—3 速效胰岛素的三维结构—6 多肽链的氨基酸序列—2 速效胰岛素基因的碱基序列—1 生成第28位脯氨酸替换为天冬氨酸的多肽链—4 速效胰岛素—5 新基因—7 预期 设计 推测 推测 合成或改造 表达 折叠 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基础，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 基因 ... ...
