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

实例一：传统生产胰岛素的方法是从猪、牛等动物的胰腺中提取。曾经生产供一位糖尿病病人使用一年的胰岛素，需要上千头牛，生产的成本非常高。1978年，科学家将编码人胰岛素的基因导入大肠杆菌细胞中，使大肠杆菌表达重组人胰岛素。我国拥有自主知识产权的基因工程物---重组人胰岛素已经研制成功并得到广泛应用。 实例二：目前越来越多的抗病基因正在被转入植物，使人们在品尝鲜果美味的同时，达到防病的目的。这类食品被称为“疫苗食品”。例如，我国正在研制的能够预防乙肝的西红柿。 基因工程在生产生活中有哪些应用呢？ 问题探讨： 3.4 蛋白质工程的原理和应用 问题探讨： 你见过用细菌画画吗？左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，是因为它们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？ 蛋白质工程 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。 人类蛋白质组计划 一、蛋白质工程的概念： ①基础： ②操作手段及对象： ③结果： ④目的： ⑤困难： 任务一：阅读蛋白质工程的概念，回答以下问题： 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 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂，难度很大的工程。 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是涉及多学科的综合科技工程。 二、蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质及不足 2.天然蛋白质的不足 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。 实质：基因重组 不足：基因工程原则上只能生产自然界中已存在（天然）的蛋白质。 天然蛋白质是生物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。 实例：提高玉米赖氨酸含量 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 三、蛋白质的基本原理 阅读课本，尝试用导图分析出： 1.天然蛋白合成的过程； 2.蛋白质工程基本思路 1.天然蛋白质合成过程： 按照中心法则进行 三、蛋白质的基本原理 基因 表达 形成具有特定氨基酸序列的多肽链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能 转录 翻译 2.蛋白质工程的基本思路 三、蛋白质工程的基本原理 ——逆中心法则 预期的蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 推测氨基酸序列 对应脱氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因 获得所需要的蛋白质 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 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-甲硫氨酸-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 已知：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）。 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) 四、蛋白质工程的应用 1.医药工业方面 ①实例1：研发速效胰岛素类似物 天然胰岛素易形成二聚体或六聚体 预期结构 改造 B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置 新胰岛素基因 转录 mRNA 折叠 预期功能 行使功能 降低胰岛素的聚合作用 设计结构 改变B链第20～29位氨基酸组成 推测序列 翻译 多肽链 有效抑制胰岛素的聚合 实例2.延长干扰素体外保存时间 四、蛋白质工程的应用 1.医药工业方面 天然干扰素不易保存 预期结构 改造 一个半胱氨酸变成丝氨酸 新干扰素基因 转录 mRNA 折叠 预期功能 行使功能 延长保存时间 设计结构 氨基酸替换 推测序列 翻译 多肽链 在-70℃下可以保存半年 2.其他工业方面的应用—广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶 ①改造某些参与调