3.4蛋白质工程的原理和利用课件-2022-2023学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3. 4 蛋白质工程的原理 和应用 1 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？ 问题探讨 P93 蛋白质工程 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 导入：蛋白质—生命活动的主要承担者 3 翻译 DNA分子 蛋白质 转 录 翻 译 mRNA分子 转录 导入：蛋白质—生命活动的主要承担者 4 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。 ---第二代基因工程 途径 目的 蛋白质工程 导入：蛋白质—生命活动的主要承担者 P93 5 蛋白质工程崛起的缘由 基因工程的局限性： 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 一、蛋白质工程崛起的缘由 P93 原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 6 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 一、蛋白质工程崛起的缘由 P93-95 7 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 一、蛋白质工程崛起的缘由 P93-94 8 1.目的： 二、蛋白质工程的基本原理 P94 2.天然蛋白质合成过程： 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； 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。 按照中心法则 9 实质： 3.蛋白质工程基本思路： 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 二、蛋白质工程的基本原理 P94 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。 通过改造或合成基因，定向改造或生产人类所需的蛋白质。 10 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 二、蛋白质工程的基本原理 P94 11 4.蛋白质工程基本思路的应用 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?把相应的碱基序列写出来。 查密码子表得知：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）。 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） 二、蛋白质工程的基本原理 P94 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A