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（2019）选择性必修3

第3章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 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？ 如何解决这一问题？单纯的基因工程可以吗？ 从社会中来 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。 定义： 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，是涉及多学科的综合科技工程。 一、蛋白质工程 1、基因工程的不足： 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质(天然蛋白质) 天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要 需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质 实质：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。 天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要 蛋白质工程崛起 二、蛋白质工程崛起的缘由 2、实例 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 限制 提高 提高5倍 提高2倍 赖氨酸含量低 二、蛋白质工程崛起的缘由 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、改造蛋白质的方法： 改造或合成基因 对天然的蛋白质进行改造，为什么不是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的？ ①基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质； ②改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传； ③改造基因比改造蛋白质更容易操作。 三、蛋白质工程的基本原理 转录 DNA RNA 翻译 肽链 逆转录 复制 复制 折叠等 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 天然蛋白质的合成过程与性状表达 蛋白质只有具有一定空间结构，才能表达特有性状或具有特定功能 血红蛋白的结构 回顾旧知 蛋白质 （三维结构） 多肽链 预期功能 生物功能 推测 折叠 改造或合成 翻译 转录 逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反 3、蛋白质工程的基本思路 mRNA 设计 行使 三、蛋白质工程的基本原理 目的基因 预期功能 生物功能 推测 折叠 改造或合成 翻译 转录 目的基因 3、蛋白质工程的基本思路 蛋白质 （三维结构） 设计 行使 mRNA 实质 通过改造或合成基因，定向改造现有蛋白质，或制造新的蛋白质。 结果 生产出自然界没有的蛋白质。 三、蛋白质工程的基本原理 如何确定一个操作过程是基因工程技术还是蛋白质工程技术？ 是否合成新的基因 蛋白质工程 是否对原有基因进行改造 是 否 是 否 蛋白质工程 基因工程 看蛋白质 看基因 是否为天然蛋白质 是 否 蛋白质工程 基因工程 三、蛋白质工程的基本原理 讨论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。 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸 苯丙氨酸 蛋白质工程基本思路的应用 每种氨基酸都有对应的密码子，只要查密码子表就能将氨基酸序列的编码序列查出来。 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止、硒代半胱氨酸 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸(起始) 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸(起始) 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 蛋白质工程基本思路的应用 讨论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。 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸 苯丙氨酸 每种氨基酸都有对应的密码子，只要查密码子表就能将氨基酸序列的编码序列查出来。 丙氨酸 ： GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸： U