3.4 蛋白质工程-【实践教学】2022-2023学年高二生物同步优质课件（人教版2019选择性必修3）

1 用细菌“画”的画 1. 科学家利用了什么技术让细菌能发出荧光？ 基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。 思考： 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。 2、科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢? 2 第3章 基因工程 第4节 蛋白质工程 3 基因工程 目录 /CONTENTS 01 02 蛋白质工程崛起的缘由 蛋白质工程的原理 03 蛋白质工程的应用 4 概念：P93 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 操作对象： 结果： 与基因工程的关系： 理论和技术： 改造或合成基因 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 分子生物学、晶体学和计算机技术 蛋白质工程 6 01 蛋白质工程崛起的缘由 1. 基因工程的实质及缺陷 基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。 基因工程原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质。 2. 蛋白质工程崛起的缘由 天然蛋白质的缺陷：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。 基因工程 7 01 蛋白质工程崛起的缘由 产量提高 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 实例 异亮氨酸 苏氨酸(352位） 异亮氨酸 天冬酰胺(104位) 基因工程 8 1、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，由于基因决定蛋白质，因此，对蛋白质的结构进行设计改造，最终通过改造或合成基因来完成。 蛋白质工程的基本原理 2、天然蛋白质合成过程：按照中心法则 思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ 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； 02 基因工程 回顾旧知 转录 DNA RNA 翻译 肽链 逆转录 复制 复制 折叠等 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 天然蛋白质的合成过程与性状表达 蛋白质只有具有一定空间结构，才能表达特有性状或具有特定功能 血红蛋白的三级结构 10 蛋白质的结构 三 级 结 构 一 级 结 构 四 级 结 构 二 级 结 构 10 11 蛋白质工程的基本原理 02 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 预期功能 生物功能 设计 蛋白质 （三维结构） 推测 改造或合成 转录 翻译 折叠 行使 目的基因 mRNA 多肽链 思考：与中心法则的关系？ 基因工程 思考·讨论 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 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。 思考·讨论 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 1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸虚列？请把相应的碱基序列写出来。 丙氨酸 ：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸： AAA 、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU 、UUC 丙氨酸 ：CGA、CGG、CGT、CGC 色氨酸： ACC 赖氨酸：TTT 、TTC 甲硫氨酸：TAC 苯丙氨酸：TTT 、TTG 找到DNA上相对应的脱氧核苷酸序列（基因） 推出mRNA上的核糖核苷酸序列 思考·讨论 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸 苯丙氨酸 2.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？ 确定目的基因的碱基序列后，可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法获取。 拓展延伸 根据改造蛋白质的部位的多少，对蛋白质的改造可分为三类： （1）大改： 设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质 （2）中改： 在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域。 （3）小改： 改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基 蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 起点 过程 实质 结果 应用及现状 联系 预期蛋白质功能 目的基因 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 基因重组 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自