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

第4节 蛋白质工程的原理和应用 科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？ 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，获得了各种颜色的荧光蛋白。 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.基因工程的不足： 基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 这些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。 一 蛋白质工程崛起的缘由 3 实例 赖氨酸 （天冬氨酸激酶的第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 （二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸） 提高5倍 提高2倍 底物 抑制 1.蛋白质工程的目标： 转录 DNA RNA 翻译 肽链 折叠 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 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.蛋白质工程的方法： 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。 决定 3.蛋白质工程的基本思路： 二 蛋白质工程的基本原理 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 3.蛋白质工程的基本思路： 预期功能 生物功能 推测 合成或改造 翻译 折叠 转录 目的基因 蛋白质 结构 氨基酸序列的多肽链 mRNA 设计 行驶 二 蛋白质工程的基本原理 6 思考·讨论 丙氨酸 ： 色氨酸： 赖氨酸： 谷氨酸: 苯丙氨酸： 某多肽链的一段氨基酸序列是： 蛋白质工程基本思路的应用 mRNA序列： DNA序列: 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸 苯丙氨酸 … … GCT TGG AAA GAA TTT 思考1. 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列? 查密码子表 GCU、GCC、GCA、GCG UGG AAA 、AAG GAA、GAG UUU 、UUC GCU UGG AAA GAA UUU CGA ACC TTT CTT AAA 7 思考·讨论 蛋白质工程基本思路的应用 思考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。 对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 基因定点突变：是在体外特异性地取代、插入或缺失DNA序列中任何一个特定碱基的技术,包括盒式取代诱变、寡核苷酸引物诱变及PCR定点诱变等。 8 基因定点诱变技术的示意图 9 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 3.蛋白质工程的基本思路： 预期的蛋白质功能 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 获得所需蛋白质 二 蛋白质工程的基本原理 10 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。 4.蛋白质工程的概念： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 基因 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 基础 操作对象 目的 地位 在基因工程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蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质 ②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 课堂总结 生产自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 蛋白质工程: 基因工程: 由计算机建立的血红蛋白三维结构模型 三 级 结 构 一 级 结 构 四 级 结 构 二 级 结 构 蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构。 这种高级结构很复杂，目前对其了解还很不够，还需探索。 蛋白质工程——难度大 原因： 第一次循环 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ 5’ 3’ 3’ 3’ 3’ 3’ 5’ 5’ 5’ 5’ 第二次循环 第三次循环 GAATTC- -CTTAAG -CTTAAG -CTTAAG -CTTAAG GAATTC- GAATTC- GAATTC- CTTAAG- -GAATTC -CTTAAG -CTTAAG -CTTAAG -CTTAAG -CTTAAG -CTTAAG -CTTAAG GAATTC- GAATTC- GAATTC- GAATTC- GAATTC- GAATTC- GAATTC- -GAATTC CTTAAG- -GAATTC CTTAAG- CTT