3.4 蛋白质工程的原理和应用-【生物一起课件】高中生物选择性必修3同步PPT课件（人教版2019）

人教版选择性必修3 蛋白质工程的原理和应用 第4节 【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） 用细菌“画”的画 生物细菌 X 艺术绘画 Agar Art 琼脂艺术 琼脂艺术是新兴的一种艺术流派，是通过特定模式培养微生物，用琼脂板当成画布，有色的细菌当作颜料，在充分发酵培育后创作而成的微生物艺术作品。 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。 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? 目录 CONTENT 01 蛋白质工程崛起的缘由 02 蛋白质工程的原理 03 蛋白质工程的应用 蛋白质工程崛起的缘由 01 01 蛋白质工程崛起的缘由 蛋白质工程 第二代基因工程 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质(天然蛋白质) 天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质 实质：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。 结构和功能符合特定物种生存的需要 蛋白质工程崛起 理论和技术条件: 分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 01 蛋白质工程崛起的缘由 实例 天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质 玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶：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较大。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。 如果我们将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 01 蛋白质工程崛起的缘由 实例 细胞内赖氨酸的浓度 达到一定浓度 两种酶的活性 赖氨酸含量 抑制 限制 天冬氨酸激酶 352位的苏氨酸变成异亮氨酸 提高5倍 提 高 二氢吡啶二羧酸合成酶 104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 提高2倍 提 高 01 蛋白质工程崛起的缘由 实例 干扰素（半胱氨酸） 体外很难保存 改造 干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年 蛋白质工程的基本原理 02 02 蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程是指以 ____________________ 及其与 ______________ 作为基础,通过 _____ 或 ________ ,来改造 __________ ,或 ____________ 蛋白质,以满足________ ____________。 01 概念 蛋白质分子的结构规律 生物功能的关系 改造 合成基因 现有蛋白质 制造一种新的 和生活的需求 人类生产 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 手段 基因修饰或基因合成。 改造对象 产物 蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构。 改造的蛋白质、新的蛋白质。 基因工程产生的蛋白质是否完全符合人类生产和生活的需要？ 02 蛋白质工程的基本原理 基因工程的局限性 a、基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 b、天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活需要的、并非自然界已存在的蛋白质 可以创造自然界不存在的蛋白质！ 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。 02 蛋白质工程的基本原理 02 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。 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 蛋白质工程的基本原理 回顾旧知 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 天然蛋白质的合成过程与性状表达 DNA 复制 转录 逆转录 RNA 复制 翻译 肽链 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 血红蛋白的三级结构 02 蛋白质工程的基本原理 03 改造蛋白质的方法 改造或合成基因 预期功能 蛋白质（三维结构） 生物功能 多肽链 目的基因 mRNA 设计 推测 改造或合成 翻译 折叠 行使 转录 02 蛋白质工程的基本原理 1 从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 2 3 推测应有的