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 讲课人：涂梦婷 第三章 基因工程 复习——基因工程的应用 基因工程已经取得了一系列的成功，为什么还要进行蛋白质工程的研究？ 2 基因工程 实质 将一种生物的基因转移到另一种生物的体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质 ，进而表现出新性状。 局限性 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 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。 天然蛋白质的缺陷 基因工程 实质 将一种生物的基因转移到另一种生物的体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质 ，进而表现出新性状。 局限性 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 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。 天然蛋白质的缺陷 某种微生物合成的蛋白酶与人体消化液中的蛋白酶结构与功能相似，可以将其制成药片治疗消化不良，但该酶的热稳定差，进入人体后容易失效 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： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 （2）操作： 改造或合成基因 （3）操作对象： 基因 （4）目的： 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 （5）地位： 在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 （6）理论和技术： 分子生物学、晶体学和计算机技术 蛋白质工程的实质 天然蛋白质的合成过程 天然蛋白质的合成是按照 进行的 DNA 转录 mRNA 翻译 肽链 盘曲折叠 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 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。 中心法则 中心法则 包括DNA和RNA的自我复制，转录、逆转录和翻译 蛋白质工程的基本思路——中心法则的逆推 蛋白质 （三维结构） 预期功能 生物功能 翻译 折叠 行使 转录 设计 推测 改造或合成 mRNA 目的基因 预期功能 推测 蛋白质 结构 氨基酸 序列 mRNA 设计 推测 查密码子表 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸 苯丙氨酸 … … 蛋白质工程的基本思路——中心法则的逆推 密码子的简并性 蛋白质工程的基本思路——中心法则的逆推 ……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-谷氨酸-苯丙氨酸-…… 氨基酸序列： GCU(或C或A或G) UGG AAA(或G) GAA(或G）UUU(或C) mRNA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) DNA序列： 查密码子表 根据碱基互补配对原则 蛋白质工程的基本思路——中心法则的逆推 蛋白质 （三维结构） 预期功能 生物功能 翻译 折叠 行使 转录 设计 推测 改造或合成 mRNA 目的基因 预期功能 生物功能 推测 翻译 折叠 转录 基因 DNA 蛋白质 结构 氨基酸 序列 mRNA 设计 行使 推测 ①化学方法人工合成 ②应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添 改造或合成 蛋白质工程的基本思路 思考1：为什么要通过改造基因来完成蛋白质的改造，而不是直接对蛋白质进行改造？ ①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大 氨基酸之间脱水缩合形成肽链 一条肽链的特定区域进行有规律的盘曲折叠 这条肽链进一步盘曲折叠形成了一定的空间结构 四条肽链聚集在一起形成复杂的空间结构 蛋白质工程的基本思路 思考1：为什么要通过改造基因来完成蛋白质的改造，而不是直接对蛋白质进行改造？ 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 蛋白质工程的基本思路 思考1：为什么要通过改造基因来完成蛋白质的改造，而不是直接对蛋白质进行改造？ 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 思考2：基因工程中的目的基因与蛋白质工程中的目的基因有何区别？ 基因工程的目的基因一般是天然存在的，而蛋白质工程中的目的基因不是天然存在的 蛋白质工程vs基因工程 项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 操作起点 操作水平 操作流程 结果 实质 联系 基因 基因 DNA分子水平 DNA分子水平 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要