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

蛋白质工程的原理和利用 1 00 蛋白质—生命活动的主要承担者 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 肽链 复制 复制 折叠等 具有特定空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 2 00 蛋白质—生命活动的主要承担者 翻译 DNA分子 蛋白质 转 录 翻 译 mRNA分子 转录 3 00 蛋白质—生命活动的主要承担者 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。(教材P93黑体字) ---第二代基因工程 途径 目的 蛋白质工程 4 01 蛋白质工程崛起的缘由 基因工程的局限性：原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 天然蛋白质 符合特定物种生存需要 不一定符合人类生产、生活需要 蛋白质工程改造 5 01 蛋白质工程崛起的缘由 干扰素 改造 干扰素（半胱氨酸） 体外很难保存 干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年 赖氨酸 （人体必需氨基酸） 玉米中含量较低 蛋白质工程改造 6 01 蛋白质工程崛起的缘由 天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶 前体物质 赖氨酸 玉米活性很低，造成赖氨酸含量较低 天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸） 改造 改造 提高产量 7 02 蛋白质工程的基本原理 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。--目的 预期功能 生物功能 设计 氨基酸 推测 改造或合成 转录 翻译 折叠 行使 实质：通过改造或合成基因，定向改造或生产人类所需的蛋白质 8 02 蛋白质工程的基本原理 想一想：蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？ ▲基因工程是遵循中心法则，DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。 ▲蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，创造出自然界不存在的蛋白质 9 02 蛋白质工程的基本原理 基因工程与蛋白质工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 操作对象 基因 基因 操作水平 DNA分子水平 DNA分子水平 操作流程 预期蛋白质的功能→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DNA序列或合成新的基因→获得所需的蛋白质 目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定。 结果 生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质 实质 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。 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 不足 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质 在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 联系 ①蛋白质工程是在基因工程的基础上衍生出来的第二代基因工程。②蛋白质工程离不开基因工程，蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶，需要构建基因表达载体，改造后的基因要表达出相应的蛋白质，同样需要将改造或合成的基因导入受体细胞。 10 03 蛋白质工程的应用 1.在医药工业方面 ①研发速效胰岛素类似物已经在临床上广泛应用 胰岛素 速效胰岛素 11 03 蛋白质工程的应用 1.在医药工业方面 ②人鼠嵌合抗体 人鼠嵌合抗体 既保持抗体的特异性和亲和力，又大大减少了在人体内的免疫原性。 12 03 蛋白质工程的应用 2.其他工业方面 改进酶的性能或开发新的工业用酶 枯草杆菌蛋白酶 治癌酶的改造： HSV-TK自杀基因的原理。(A) HSV-TK在肿瘤细胞中诱导细胞毒性和凋亡。(I) 编码胸苷激酶的 HSV-1 TK 基因被递送至靶细胞。HSV-1 胸苷激酶和细胞激酶的表达允许前药 (GCV) 在细胞中被激活为有毒药物 (GCV-TP) 并破坏靶细胞的 DNA。（Ⅱ）基因治疗通过激活靶细胞中的p53信号通路诱导内源性细胞凋亡。（Ⅲ）基因治疗诱导外源性细胞凋亡。(B)旁观者效应导致相邻细胞死亡。 疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使一些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力提高20倍以上。 13 03 蛋白质工程的应用 3.农业方面 ①改造某些参与调控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加粮食产量。 ②设计优良的微生物农药，改造微生物的蛋白质结构，