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

3.4 蛋白质工程的原理和应用 基因指导蛋白质的合成 知识回顾 DNA RNA 肽链 转录 翻译 复制 逆转录 复制 具有特定空间结构的蛋白质 盘曲折叠 表达生物特有的功能和性状 大麦蛋白酶抑制剂CI-2 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。 从社会中来 蛋白质工程 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 0 蛋白质工程 是指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。 途径 目的 特别提醒： 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 蛋白质工程崛起的缘由 一 1.基因工程的实质及缺陷 ①实质： 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。 ②缺陷： 基因工程原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质。 蛋白质工程崛起的缘由 1 2.蛋白质工程崛起的缘由 ②天然蛋白质的缺陷： ①理论和技术条件: 蛋白质工程改造 分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。 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。 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 蛋白质工程崛起的缘由 一 实例：对天然酶的改造 赖氨酸含量较低 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， 最终通过改造或合成基因来完成。 蛋白质工程的基本原理 二 思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ ①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大； ②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质； ③基因可以遗传，蛋白质无法遗传； 蛋白质工程是如何进行的呢？ 基因 表达(转录和翻译） 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 天然蛋白质合成过程：按照中心法则进行的 蛋白质工程却与之相反！ 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 预期功能 生物功能 设计 蛋白质 （三维结构） 推测 改造或合成 转录 翻译 折叠 行使 目的基因 mRNA 多肽链 蛋白质工程的基本原理 二 基本思路 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。 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。改造后相应基因的表达仍旧需要借助基因工程来实现。 比较 项目 蛋白质工程 基因工程 区别 过程 实质 结果 联系 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 创造出自然界不存在的蛋白质 只能生产自然界已有的蛋白质 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质 通过改造相应的基因从而达到对蛋白质进行改造的目的 蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程操作来获得预期蛋白质 基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使其产生它原本不能产生的蛋白质 思考：如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？ 蛋白质工程 是否对原有基因进行改造 是 否 蛋白质工程 基因工程 看蛋白质 看基因 是否合成新的基因 蛋白质工程 基因工程 是 否 是否为天然蛋白质 是 否 笔记： 为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ ①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大； ②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质； ③基因可以遗传，蛋白质无法遗传； 天然胰岛素易形成 二聚体或六聚体 改造 B链第28位的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 有效抑制胰岛素的聚合 蛋白质工程的应用 三 医药工业方面 阻碍胰岛素从注射部位进入血液 ①研发速效胰岛素类似物 A链 B链 β-干扰素氨基酸序列 蛋白质工程的应用 三 医药工业方面 ②延长干扰素体外保存时间 干扰素 （半胱氨酸） 干扰素 （丝氨酸） 体外很难保存 体外可以保存半年 ③降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应 小鼠单克隆抗体会使人产生免疫反应，从而导致它的治疗效果大大降低。 科学家将小鼠抗体上结合抗原的区域“