3.4 蛋白质工程的原理和应用-【轻松学生物】2022-2023学年高二生物同步教学精优课件（人教版2019选择必修3）

蛋白质工程的原理和应用 细菌 画 学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢? 右图是用发出不同颜 色荧光的细菌“西画” 的美妙图案。 这些细 菌能够发出荧光，是 因为在它们的体内导 入了荧光蛋白的基因。 最早被发现的荧光蛋 白是绿色荧光蛋白，科 通过蛋白质工程 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，以满足人类的生产和生活的需求。 一、蛋白质工程 地位： 理论和技术： 蛋白质工程概念的内涵 结构规律及其与生物功能的关系 基因工程基础上延伸出来的第2代基因工程 分子生物学、晶体学和计算机技术 基础： 操作： 目的： 改造或合成基因 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 天然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。 2、基因工程的不足 3、天然蛋白的不足 1、基因工程的实质 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋 白质，进而表现出新的性状。 二、蛋白质工程崛起的缘由 赖氨酸合成 达到一定浓度 两种酶的活性 赖氨酸的含量 天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶 + 调 控 抑 制 抑制 352位的苏氨酸变成异亮氨酸 提高 5倍 104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 提高 2倍 提高 4.实例： 玉米中 赖氨酸 的含量 比较低， 赖氨酸 合成中 两种酶的氨 基酸被替换， 就可以使玉米叶 片和种子中游离赖氨 酸分别提高5倍和2倍。 三、蛋白质工程的基本原理 1.蛋白质工程的目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 2.蛋白质工程的方法 必须通过改造或合成基因来完成 3.天然蛋白质的合成过程遵循中心法则 DNA（基因） 转录 mRNA 翻译 蛋白质 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 4.蛋白质工程的基本思路 7.蛋白质工程与正常基因表达对比 6.蛋白质工程的结果 生产出自然界没有的蛋白质 预期的蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到并改变或合成新的基因 获得所需要的蛋白质 5.蛋白质工程的实质 通过改造或合成基因，定向改造现有蛋白质，或制造新的蛋白质 DNA合成 分子设计 转录 翻译 折叠 基因 DNA mRNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 预期 功能 生物 功能 8 项目 蛋白质工程 基因工程 对象 起点 水平 流程 结果 实质 联系 基因 基因 预期蛋白质功能 目的基因 DNA分子水平 DNA分子水平 可生产自然界已有的蛋白质 可生产自然界没的蛋白质 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程; ②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程基本操作; 将一种物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状 通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质 8.蛋白质工程与基因工程的比较 如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？ 看基因 看蛋白质 是否合成新的基因 是否为天然蛋白质 蛋白质工程 蛋白质工程 蛋白质工程 基因工程 基因工程 是否对原有基因进行改造 是 是 是 否 否 否 思考：某多肽链的一段氨基酸序列是: ……丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸…… 讨论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。 然后根据密码子推出mRNA序列为GCU(或C,或A，或G)UGGAA(或G)GAA(或G)UUU(或C)， 先经查出相应氨酸酸密码子:丙氨酸(GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG)、谷氨酸(GAA、GAG)苯丙氨酸(UUU、UUC) 再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列为CGA(或G,或T，或C)ACCTTT(或C)CTT(或C) AAA(或G) 思考：某多肽链的一段氨基酸序列是: ……丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸…… 人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 讨论2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改