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

第三章 第4节:蛋白质工程的原理和应用 【学习目标】 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。(生命观念) 2.概述蛋白质工程的基本原理。(生命观念) 3.运用蛋白质工程技术解决实际问题。(社会责任) 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? 对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的 从社会中来 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。 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。 蛋白质工程的操作对象,为什么说是基因,而不是蛋白质? 蛋白质工程定义 (1)基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 (2)手段:通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质。 (3)目标:定向改造天然蛋白质,甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术 一、蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质 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,进而表现出新的性状。 2.基因工程的局限性 原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质。 3.天然蛋白质的不足 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。如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。 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 玉米中赖氨酸含量较低,原因在于赖氨酸合成的两种关键酶。 一、蛋白质工程崛起的缘由 实例 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.天然蛋白质合成的过程 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。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。 而蛋白质工程却与之相反! 二、蛋白质工程的基本原理 4.蛋白质工程的基本思路 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。 折叠 目的基因 二、蛋白质工程的基本原理 思考·讨论 蛋白质工程基本思路的应用P94 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。 提示: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)。 mRNA序列为:GCU(或C或A或G)UGG AAA(或G)GAA(或G)UUU(或C) DNA序列为:CGA(或G或T或C)ACC TTT(或C)CTT(或C)AAA(或G) GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA(或G)TTT(或C) 思考·讨论 蛋白质工程基本思路的应用P94 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 2.确定目的基因的碱基序列后,怎样才能合成或改造目的基因? 确定目的基因的碱基序列后,可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 操作起点 操作水平 操作流程 结果 实质 联系 基因 基因 DNA分子水平 DNA分子水平 预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新基因→获得所需要的蛋白质 目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定 可生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质 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 基因转移到另一种生物体内,产生它本不能产生的蛋白质 ①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; ②蛋白质工程离不开基因工程,其包含基因工程的基本操作。 预期蛋白质功能 目的基因 总结-蛋白质工程和基因工程的比较 P95旁栏: 能不能根据人类需