3.4 蛋白质工程的原理和应用-【爱上生物课】2022-2023学年高二生物优质精讲课件（人教版2019选择性必修3）

第4节 蛋白质工程的原理和应用 第3章 基因工程 从社会中来 上面几幅图是用发出不同颜色荧光的细菌“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？ 一、蛋白质工程的概念 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。 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 1.基础: 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 2.操作方法及对象: 改造或合成基因 3.结果: 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 4.目的: 以满足人类生产和生活的需求 5.地位: 6.理论和技术： 分子生物学、晶体学和计算机技术 将一种生物的____转移到另一种生物体内，后者可以产生它__________________，进而表现出________ 二、蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质： 基因 本不能产生的蛋白质 新的性状 ②基因工程的局限性：_______________________________ 原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 2. 蛋白质工程的崛起: ③天然蛋白质是生物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； 如玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 ①理论和技术条件:___________、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 分子生物学 实例： 赖氨酸含量低 合成时需： 天冬氨酸激酶；二氢吡啶二羧酸合成酶。 浓度影响酶活性 苏氨酸(352位） 异亮氨酸 产量提高 天冬酰胺(104位) 异亮氨酸 6 你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？ 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 自然科学领域重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白 质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划。它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。 人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。 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设计改造。 2.改造蛋白质的方法： 改造或合成基因 5.天然蛋白质合成过程： 按照中心法则进行 基因 表达 形成具有特定氨基酸序列的多肽链 形成具有高级结构的蛋白质 形式生物功能 转录翻译 3.蛋白质工程的实质： 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 4.结果： 生产出自然界没有的蛋白质 蛋白质工程的基本思路 6.蛋白质工程思路： 逆中心法则 从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→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 三、蛋白质工程的基本原理 项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 操作起点 操作水平 操作流程 结果 实质 联系 基因 基因 DNA分子水平 DNA分子水平 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 可生产自然界没有的蛋白质 在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，即天然蛋白质。 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 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 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