3.4 蛋白质工程的原理和应用-【生物优课PPT】2023-2024学年高中生物选择性必修3同步PPT课件

课程导入 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？ 用细菌“画”的画 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？ 基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。 第三章|第四节 蛋白质工程原理和应用 目 录 CONTENT 蛋白质工程崛起的缘由 01 蛋白质工程原理 02 蛋白质工程的应用 03 知识点 01 蛋白质工程 崛起的缘由 蛋白质工程的原理和应用 一、蛋白质工程崛起的缘由 【资料1】玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍，如下图所示： 赖氨酸合成 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 调控 基因工程的实际： 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。 一、蛋白质工程崛起的缘由 知识点 02 蛋白质工程 的原理 蛋白质工程的原理和应用 二、蛋白质工程的原理 对天然的蛋白质进行改造，你认为应该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？ 二、蛋白质工程的原理 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。 ② 蛋白质工程的实质： 通过改造或合成基因，来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。 ③ 蛋白质工程的操作对象: 基因！ 蛋白质工程的原理 二、蛋白质工程的原理 【资料2】天然胰岛素制剂往往以二聚体或六聚体的形式存在，需要经历长时间才能解离为单体，见效慢。科学研究发现，胰岛素β链第20~29位的氨基酸是胰岛素分子形成多聚体的关键区域，若将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，可以有效抑制胰岛素的聚合。请小组讨论改造胰岛素分子的思路。 胰岛素的分子结构示意图 胰岛素的3D示意图 α链 β链 脯氨酸 二、蛋白质工程的原理 二、蛋白质工程的原理 【资料2】天然胰岛素制剂往往以二聚体或六聚体的形式存在，需要经历长时间才能解离为单体，见效慢。科学研究发现，胰岛素β链第20~29位的氨基酸是胰岛素分子形成多聚体的关键区域，若将第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸，可以有效抑制胰岛素的聚合。请小组讨论改造胰岛素分子的思路。 胰岛素 二聚体 胰岛素单体 脯氨酸 （CCC） 天冬氨酸(GAC) CTG GAC GGG CCC 二、蛋白质工程的原理 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。 ② 蛋白质工程的实质： 通过改造或合成基因，来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。 ③ 蛋白质工程的操作对象: 基因！ 蛋白质工程的原理 由预期的蛋白质的功能出发，找到并改变相对应的基因或合成新的基因，即基因表达的逆推。 二、蛋白质工程的原理 ①天然蛋白质的合成（中心法则）： ②蛋白质工程： 蛋白质工程 基因　　　 表达（转录和翻译）　　 形成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 设计预期的蛋白质结构 预期的蛋白质功能出发 推测应有的氨基酸序列　 找到并改变相应的脱氧核苷酸序列酸 二、蛋白质工程的原理 ③蛋白质工程的基本思路： 借助计算机 构建蛋白质三维结构图: 制备蛋白质晶体： 碱基的替换： 通过X射线衍射技术 基因的定点突变技术 知识点 03 蛋白质工程 的应用 蛋白质工程的原理和应用 三、蛋白质工程的应用 天然蛋白质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 3.1 医药工业方面 （1）研发速效胰岛素类似物 三、蛋白质工程的应用 3.1 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）延长干扰素体外保存时间 三、蛋白质工程的应用 3.1 医药工业方面 （3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应 通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减