想一想想一想1.要想让一种生物的性状在另一种生物中要想让一种生物的性状在另一种生物中表达表达,在种内可以进行什么办法实现在种内可以进行什么办法实现?基因工程基因工程的诞生，为克服着的诞生，为克服着远远缘杂交的障碍问题，带来希望。缘杂交的障碍问题，带来希望。种内可以用常规种内可以用常规杂交育种杂交育种的办法实现的办法实现.2.要使有生殖隔离的种间生物实要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流应用什么方法现基因交流应用什么方法?1、基因工程的应用、基因工程的应用（1）基因工程的实质：将一种生物的）基因工程的实质：将一种生物的 转移到另转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ，进而表现出新的进而表现出新的 。（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的在的 。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，过程中形成的，它们的它们的 符合特定物种符合特定物种 的需要，却的需要，却不不一定完全符合一定完全符合人类生产和生活的需要。人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产生产符合人类符合人类生产和生活的生产和生活的需要需要的的 。基因基因蛋白质蛋白质性状性状蛋白质蛋白质进化进化结构和功能结构和功能生存生存蛋白质蛋白质一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造 你知道人类基因组计划吗你知道人类基因组计划吗? ? 它是指对人类基因组进行碱基对的测序。它是指对人类基因组进行碱基对的测序。 因为人类体细胞中有因为人类体细胞中有2222对常染色体，每对染色体中对常染色体，每对染色体中的两个的两个DNADNA分子结构基本相同，又由于分子结构基本相同，又由于X X和和Y Y这两个性这两个性染色体中染色体中DNADNA分子结构有较大差异，需要各自单独测分子结构有较大差异，需要各自单独测序；序； 对人类基因组测序实际上是指对人类体细胞中一套对人类基因组测序实际上是指对人类体细胞中一套常染色体（常染色体（2222个）和个）和X X、Y Y这两个性染色体中共这两个性染色体中共2424个个DNADNA分子的测序。分子的测序。你知道国际人类蛋白质组计划吗？你知道国际人类蛋白质组计划吗？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域计划之后，生命科学乃至自然科学领域中的一项重大的科学命题。中的一项重大的科学命题。20012001年，年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两项重大国之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行的执行的“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”；另；另一项是以美国科学家牵头执行的一项是以美国科学家牵头执行的“人类人类血浆蛋白质组计划血浆蛋白质组计划”。二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理目标：根据人们对蛋白质目标：根据人们对蛋白质功能功能的特定需求，的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的结构结构进行分子设计。进行分子设计。 对天然蛋白质进行改造，对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对你认为应该直接对蛋白质蛋白质分子分子进行操作，还是通过进行操作，还是通过对对基因基因的操作来实现？的操作来实现？蛋白质的结构及其多样性蛋白质的结构及其多样性（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作容易操作，难度要，难度要 小得多小得多蛋白质工程是蛋白质工程是改造基因改造基因，而而不是不是直接改造直接改造蛋白质蛋白质！（1）任何一种天然）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对改造了基因即对 蛋白质进行了改造蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果是，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果是对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。无法遗传的。联系旧知识：DNA转录转录RNA翻译翻译蛋白质蛋白质逆转录逆转录复复制制复复制制中心法则：中心法则：基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测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应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸酸序列酸序列酸蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径： 蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的基本原理基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构 预期功能预期功能 生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计2、蛋白质工程的概念、蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构结构规律规律及其与生物及其与生物功能功能的关系作为基础，通过的关系作为基础，通过基基因修饰或基因合成因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改，对现有蛋白质进行改造或制造一种造或制造一种新的蛋白质新的蛋白质，以满足人类对，以满足人类对生产和生活的需求。生产和生活的需求。前提前提：原理原理：目的：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质讨论讨论某多肽链的一段氨基酸序列是某多肽链的一段氨基酸序列是:-丙氨酸丙氨酸-色氨色氨酸酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸苯丙氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸讨论、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核讨论、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。苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。 2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能、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（）合成或改造目的基因（）可以通过人工合成的方法或从基因文库中获取金榜学案第10题三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、改造酶结构，、改造酶结构，提高酶的热稳定性和催化活性提高酶的热稳定性和催化活性2、生物制药、生物制药3、蛋白质芯片、蛋白质芯片4、蛋白质电子元件、蛋白质电子元件前景诱人，但难度很大！ 异想天开异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？品呢？ 理论上讲可以理论上讲可以，但目前，但目前还没有真正成功的例子还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么的蛋白质会带来什么危害危害也是人们所担心的。也是人们所担心的。 蛋白质工程&基因工程金榜学案知识点2