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3章 基因工程 3.4 蛋白质工程的原理和应用 1 学习目标 蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程的实际应用 蛋白质工程崛起的缘由 课本P93 基因工程的实质及局限性 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。 ①基因工程原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质 2. 基因工程的局限性 ②天然蛋白质的缺陷：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 1. 基因工程的实质 蛋白质工程 课本P93 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 改造或合成基因 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 分子生物学、晶体学和计算机技术 基础 操作方法及对象 结果 目的 操作对象： 结果： 与基因工程的关系： 理论和技术： 练习 课本P92 下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是(　　) A.分析蛋白质分子的结构是蛋白质工程的研究内容之一 B.蛋白质工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质 C.蛋白质工程崛起的原因是天然蛋白质不能够完全满足人类生产、生活的需要 D.蛋白质工程可以制造一种新的蛋白质，也可以对现有的蛋白质进行改造 蛋白质工程 课本P93-94 实例：对天然酶的改造 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 问题：白质工程是怎样进行的呢？ 蛋白质工程的基本原理 课本P94 1. 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，由于基因决定蛋白质，因此，对蛋白质的结构进行设计改造，最终通过改造或合成基因来完成 2. 天然蛋白质合成过程：按照中心法则 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 蛋白质工程的基本原理 课本P94 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 生物功能 转录 翻译 折叠 行使 mRNA 预期功能 设计 蛋白质 （三维结构） 推测 改造或合成 目的基因 多肽链 思考：与中心法则的关系？ 蛋白质工程是中心法则的逆推 蛋白质工程的基本原理 课本P94 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 问题: 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。 查密码子表得知： 推知mRNA序列为： 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） GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） 思考·讨论 蛋白质工程基本思路的应用 蛋白质工程的基本原理 课本P94 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 推知mRNA序列为： GCU(或C或A或G) UGG AAA(或G) GAA(或G) UUU(或C） 思考·讨论 蛋白质工程基本思路的应用 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) 问题: 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？ 可以人工合成目的基因或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碱基的替换、增添等 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 起点 过程 实质 结果 应用及现状 联系 预期蛋白质功能 目的基因 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构 →推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的 基因重组 可以创造出自然界不存在的蛋白质 生产自然界已存在的蛋白质 ①主要集中在对现有蛋白质进行改造 ②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少 已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化 ①蛋白质工程获得目的基因后，需