3.4蛋白质工程的原理和应用课件-2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

一级 二级 第三章 三级 卧节蛋质工程的原理知应龟 四级结构 primary structure tertiary structun (amino acid sequence) secondary structure (a-helix) (folded individual pe quaternary structure (aggregation of two or more pept 【学习目标】 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。（生命观念) 2.概述蛋白质工程的基本原理。（生命观念） 3.运用蛋白质工程技术解决实际问题。（社会责任） 从社会中来 你见过用细菌画画吗? 右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? 对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的 蛋白质工程定义 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。 (1)基础：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 (2)手段：通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。 (3)目标：定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术 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。 蛋白质工程的操作对象，为什么说是基因，而不是蛋白质？ 蛋白质工程崛起的缘由 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。 2基因工程的局部限性 原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 3.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，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。 一、 蛋白质工程崛起的缘由 实例 玉米中赖氨酸含量较低， 原因在于赖氨酸合成的两种关键酶。 天冬氨酸 二氢吡啶二羧 激酶 酸合成酶 调控 352位的苏氨酸变成异 赖氨酸合成 104位的天冬酰胺变 亮氨酸 成异亮氨酸 达到一定浓度 抑制 提高 提高 两种酶的活性 提高 限制 赖氨酸含量 二、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.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 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。基因→表达（转录和 翻译)→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 质一→行使生物功能。 而蛋白质工程却与之相反！ 二、蛋白质工程的基本原理 4蛋白质工程的基本思路 从预期的蛋白质功能出发一→设计预期的蛋白质结构一→推测应有的氨基酸序列 一→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 设计 推测 改造或合成 目的基因 生物功能 行使 IIIAII 折叠 翻译 蛋白质 多肽链 waL山以 转录 mRNA (三维结构) 蛋白质工程的基本思路 思考讨论蛋白质工程基本思路的应用P94 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。 提示：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) mRNA序列为：GCU(或C或A或G)UGG AAA(或G)GAA(或G)UUU(或C) DNA序列为：CGA(或G或T或C)ACC TTT(或C)CTT(或C)AAA(或G) GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA(或G)TTT(或C) 思考讨论蛋白质工程基本思路的应用P94 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 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，可以人工合成目的基因成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减基的替换、增添等。