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选择性必修3

第4节 蛋白质工程的原理和应用 01 蛋白质工程崛起的缘由 目录 /CONTENTS 用细菌“画”的画 2 【从社会中来】 这些细菌能够发出荧光,是因为它们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? 通过蛋白质工程 来实现的 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,以满足人类生产和生活的需求。 ①基础: ②操作手段及对象: ③结果: ④目的: ⑤困难: 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 改造或合成基因 改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白质 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构,而蛋白质的高级结构十分复杂,难度很大的工程。 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,是涉及多学科的综合科技工程。 01 蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质及不足 ①实质: 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。 ②不足: 基因工程原则上只能生产自然界中已存在(天然)的蛋白质。 基因重组 2.天然蛋白质的不足 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。 3.实例:提高玉米赖氨酸含量 赖氨酸合成 调控 达到一定浓度 两种酶的活性 352位的苏氨酸变成异亮氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 天冬氨酸激酶 + 104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 赖氨酸含量 抑制 提高 提高 限制 提高 提高5倍 提高2倍 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。 【旁栏思考】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? 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 3.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 行使生物功能 转录、翻译 4.蛋白质工程的基本思路 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。 逆中心法则,与天然蛋白质合成的过程相反 【问题探究】下图为蛋白质工程操作的基本思路,请据图回答下列问题: (1)代表蛋白质工程操作思路的过程是 ; 代表中心法则内容的是 。(填写数字) (2)蛋白质工程的目的是根据人们对蛋白质功能的特定需求, ,通过 实现。 对蛋白质的结构进行设计改造 改造或合成基因 ④⑤ ①②③ 5.基因工程和蛋白质工程的比较 (1)蛋白质工程需直接改造 ,而不直接改造 。 原因:①任何一种天然蛋白质都是由 编码的,改造了 即对蛋白质进行了改造,而且可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造的蛋白质也是无法遗传的。 原因:②对 进行改造比对蛋白质直接改造更容易操作,难度要小得多。 基因 蛋白质 基因 基因 基因 (2)基因工程和蛋白质工程的区别 ①通过基因判断:若基因的编码蛋白序列未经改造,则为 工程,反之,则为 工程。 ②通过蛋白质判断:若生产出的蛋白质是天然蛋白质,则为 工程,反之,则为 工程。 (3)基因工程和蛋白质工程的联系: 两种工程都是在 水平上对 进行操作,目的都是合成相应的蛋白质,蛋白质工程是以 工程为基础的。 基因 蛋白质 基因 蛋白质 分子 基因 基因 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。 【思∙考讨论】蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是: 丙氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 谷氨酸 赖氨酸 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。 查密码子表 GCU(或C或A或G) UGG AAA(或G) GAA(或G) UUU(或C) mRNA序列 脱氧核苷酸序列 GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA(或G) TTT(或C) CGA(或G或T或C) ACC TTT(或C)CTT(或C) AAA(或G) ……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-…… 氨基酸序列 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