3.4 基因工程的延伸--蛋白质工程-【精准备课】2022-2023学年高二生物同步教学精品课件（人教版2019选择性必修3）

第3章 基因工程 第4节基因工程的延伸-一蛋白质工程 从社会中来 你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜 培养皿变画布生物为画笔！ 色荧光的细菌“画”的美妙图案。这些细菌能够 大连高校师生绘制生物绘画作 发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白 的基因。 品为党庆生 最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科 失汉新闻客户燃 21094Tm为0 口人已面 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？ 科学家解析了多管水母绿色荧光 蛋白的晶体结构，并利用计算机进行 近日，为庆祝中国共产觉百年华诞，大连工业 辅助设计，在此基础上再采用定点突 大学艺术设计学院艺术与科技系实验班师生将 变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正 艺术与科技融合，对含有荧光蛋白的细菌等生 下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸， 物（无毒）培养实验，使其在成长过程中完成 从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的 主题绘面创作。将培养圆变成画布，生物成为 画笔，将艺术作品的诞生地延伸至生命科学的 衍生物一黄色荧光蛋白。 蛋白质工程 实验室，为观者带来新艺术样态的呈现。 蛋白质工程 蛋白质工程的概念： 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。 基础：了解蛋白质的结构和功能 途径：改造或合成基因 目的：改造或制造新蛋白质，满足人类的生产或生活的需要 直接操作对象：基因 结果：产生自然界原本不存在的蛋白质 一、蛋白质工程崛起的缘由 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。2010年，该计划“两谱、两图、三库”的目标 初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相 互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模 化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完整的肝脏蛋白质组数据库。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。 如：干扰素是动物体内的一种蛋白质，是一种抗病毒抗肿瘤的药物，但在体外保存相 当困难。有什么方法可以解决这个问题呢？ 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。 基因工程的不足原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 于是科学家把目光聚焦到蛋白质上，对现有蛋白质进行改造以制造出自然界找不到的、 功能更加完善的蛋白质。 如：在已研究过的几千种酶中，大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然 状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。 天然蛋白质的不足： 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。 如：玉米中赖氨酸含量较低，原因在于天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性受 细胞内赖氨酸浓度的影响很大。通过基因修饰或合成，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。 天冬氨 二氢吡啶二 酸微酶 发酸合成酶 调控 352位的苏氨酸变 赖氨酸合成 104位的天冬酰胺 成异亮氨酸 变成异亮氨酸 达到一定浓度 抑制 捉高 提高 两种酶的活性 赖氨酸含量提高5倍 提高 限制 赖氨酸含量提高2倍 赖氨酸含量 提出了蛋白质工程： 改造或制造一种新的 蛋白质 来满足需求。 直接操作对象：基因（基因修饰或基因合成） 是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 二、蛋白质工程的基本原理 1.蛋白质工程的日标： 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.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。 3.天然蛋白质合成的过程： 天然蛋白质合成的