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

本节聚焦: 蛋白质工程的基本原理是什么？ 蛋白质工程已有哪些实际的应用？ 选择性必修3/第3章/基因工程/ 第4节 蛋白质工程的原理和应用 钱永健实验室荧光细菌画 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。那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢? 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基因正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。 改造绿色荧光蛋白基因 黄色荧光蛋白功能 表达 蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以 及其与 作为 基础,通过 或 ，来改造 或______________蛋白质，以满足 。 蛋白质分子的结构规律 生物功能的关系 改造 合成基因 现有蛋白质 制造一种新的 人类生产和生活的需求 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系； 改造或合成基因 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 分子生物学、晶体学和计算机技术 在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程 基础： 操作对象： 结果： 与基因工程的关系： 目的： 理论和技术： 蛋白质工程的概念 你知道人类蛋白质组计划吗?它与蛋白质工程有什么关系?我国科学家承担了什么任务? 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域重大的国际合作科研项目。 2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。 2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目:一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”。 另一项是由美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”,由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 一、蛋白质工程崛起的缘由 1.缘由： 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质(天然蛋白质) 天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质 实质：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。 实质：结构和功能符合特定物种生存的需要。 实质：蛋白质工程崛起。 一、蛋白质工程崛起的缘由 2.实例： 天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质 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这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。 如果我们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。 二、蛋白质工程基本的原理 1.蛋白质工程的目标： 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。 3.蛋白质工程的途径： 由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 2.蛋白质工程的基础： 对蛋白质结构与功能的认识。 蛋白质工程是改造基因、创造新的目的基因，进而创造新的蛋白质的一条途径。 三级结构 一级结构 四级结构 二级结构 二、蛋白质工程基本的原理 4.蛋白质工程的思路： 预期的蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 找到相应的核苷酸序列 合成新的基因 获得所需蛋白质 推测应有的氨基酸序列 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 二、蛋白质工程基本的原理 4.蛋白质工程的思路： 预期功能 生物功能 分子设计 折叠 DNA合成 翻译 转录 基因 DNA 蛋白质 结构 氨基酸 序列 mRNA 思考：对天然的蛋白质进行改造，为什么不是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现的？ ①蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质； ②蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大； ③基因可以遗传，蛋白质无法遗传； 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： 讨论： 1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷