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

2.3 基因工程的应用 第3章 基因工程 2.4 基因工程的原理和应用 用细菌“画”的画 用细菌“画”的画 从社会中来 从社会中来 1.视频里面有一副发光的树，科学家利用了什么技术让细菌能发出荧光？ 基因工程的实质: 将一种生物的 转移到另一种生物体内，后者可以产生它 ，进而表现出 。 本不能产生的蛋白质 基因 新的性状 中心法则： 基因工程技术使细菌导入了荧光蛋白的基因表达出荧光蛋白。 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？ 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。 从社会中来 绿色荧光蛋白基因 控制 绿色荧光蛋白 基因工程的局限性： 只能生产自然界中已存在的蛋白质 思考：科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造？ 4 蛋白质工程崛起的缘由 一 任务一：阅读以下蛋白质工程的实例，思考问题 资料1：玉米中赖氨酸的含量由天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羟酸合成酶决定。科学家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。 资料2：干扰素在体外保存相当困难，如果将干扰素分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70℃的条件下，干扰素可以保存长达半年。 问题1：进行蛋白质工程研究的意义是什么？ 通过蛋白质工程可以改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 蛋白质工程崛起的缘由 一 资料3：T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失活。科学家对T4溶菌酶耐热性的结构进行研究，并以此为依据对相关基因进行了改造，使T4溶菌酶的第3号异亮氨酸变为半胱氨酸。于是在半胱氨酸与第97位的半胱氨酸形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。 问题2：如何改造？蛋白质工程操作的对象是什么？ 蛋白质是由基因决定的，基因可以遗传，蛋白质无法遗传。 操作方法及对象： 改造或合成基因 问题3：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ 蛋白质工程的基本原理 二 任务二：请根据资料3，总结科学家改造T4溶菌酶的思路。 资料3：T4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失活。科学家对T4溶菌酶耐热性的结构进行研究，并以此为依据对相关基因进行了改造，使T4溶菌酶的第3号异亮氨酸变为半胱氨酸。于是在半胱氨酸与第97位的半胱氨酸形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。 T4溶菌酶耐热性升高 推测 折叠 改造或合成 翻译 转录 耐热性T4溶菌酶的结构 耐热T4溶菌酶mRNA 耐热T4溶菌酶氨基酸的序列（第3位异亮氨酸变为半胱氨酸） 耐热T4溶菌酶基因 设计 蛋白质工程的基本原理 二 基于以上思路，总结蛋白质工程的原理：（结合教材P94第3段） 预期功能 蛋白质 (三维结构) 多肽链 目的基因 mRNA 设计 推测 改造或合成 行使 折叠 翻译 转录 蛋白质工程是中心法则的逆推 A B C D 建构概念 蛋白质工程的概念： 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(对象)，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质(实质)，以满足人类生产和生活的需求。 与基因工程的关系： 在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 蛋白质工程的基本思路：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。 T4溶菌酶中某多肽链的一段氨基酸序列如下： 问题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。 mRNA序列为：AUG UGG AUU（或C或A）UGU（或C） DNA序列为：TAC ACC TAA（或G或T） ACA（或G） ATG TGG ATT（或C或A） TGT（或C） 蛋白质工程基本思路的应用 三 查密码子表得知：甲硫氨酸（AUG）、色氨酸(UGG)、异亮氨酸(AUU、AUC、AUA）、半胱氨酸（UGU、UGC）。 任务三：蛋白质工程基本思路的应用 甲硫氨酸 色氨酸 半胱氨酸 异亮氨酸 问题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，从而使T4溶菌酶的第3号异亮氨酸变为半胱氨酸？ 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