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

第三章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 人教版·选择性必修3 问题探究： 学习 目标 01 02 03 尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，设计改造某一蛋白质的设计流程。（科学思维） 说明基因的碱基排列顺序—蛋白质的结构—蛋白质功能的关系。（生命观念） 尝试运用逆向思维分析和解决问题。 （社会责任） 问题探究： 【从社会中来】 问题探究： 2、绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造绿色荧光蛋白，获得了能发出其他颜色荧光蛋白，才“画”出了色彩斑斓的图案。科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造？ 问题探究： 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。 1、科学家利用了什么技术让细菌能够发出荧光？ 蛋白质分子工程 思考·讨论： 基因工程 1. 基因工程的概念 是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。 水母的绿色荧光蛋白基因 一、蛋白质工程崛起的缘由 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，进而表现出新性状。 一、蛋白质工程崛起的缘由 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，进而表现出新性状。 基因工程的不足 在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 天然蛋白质的不足 天然蛋白质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。 即天然蛋白质。 一、蛋白质工程崛起的缘由 2. 天然蛋白质的不足 【资料1】 　　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其活性，所以赖氨酸含量很难提高。 天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸） 改造 改造 经人工设计改造，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。 　　 干扰素是动物体内的一种蛋白质或糖蛋白，可以用于治疗病毒的感染和癌症。但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在零下70℃的条件下，可以保存半年。 要改造天然干扰素分子，是直接对干扰素分子的氨基酸序列进行改造，还是改造编码干扰素分子的基因？ 二、蛋白质工程的基本原理 改造编码干扰素分子的基因 体外很难保存 体外可以保存半年 干扰素 （半胱氨酸） 干扰素 （丝氨酸） 改造 合作探究一：讨论改造天然干扰素分子的思路 二、蛋白质工程的基本原理 要改造天然干扰素分子，是直接对干扰素分子的氨基酸序列进行改造，还是改造编码干扰素分子的基因？ 改造编码干扰素分子的基因 1、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； 思考·讨论： ③ 基因可以遗传，蛋白质无法遗传； 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； 二、蛋白质工程的基本原理 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： 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。 丙氨酸 …… …… 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸 苯丙 氨酸 查阅密码子表 氨基酸的编码序列 推出mRNA序列 推出脱氧核苷酸序列 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 络氨酸 丝氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A