3.4 蛋白质工程的原理和应用（教学课件）-【上好课】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

基因工程是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做重组DNA技术。 第3章 基因工程 选择性必修三 生物技术与工程 1 目录 CONTENT 01 新课导入 02 任务探究 03 课堂小结 第4节 蛋白质工程的原理和应用 04 课堂练习 从社会中来 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？ 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物——黄色荧光蛋白。 用细菌“画”的画 新课导入 一.蛋白质工程概述 【任务一】1.阅读课本93页第1-2段，明确蛋白质工程的概念、基础、操作方法及对象，蛋白质的目的、结果和实质，以及相关的学科及技术。 任务探究 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，以满足人类的生产和生活的需求。 基础 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系。 操作方法及对象 改造或合成基因。 结果 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质。 目的 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。 蛋白质工程的实质 相关学科及技术 分子生物学、晶体学和计算机技术。 蛋白质工程的概念 是对编码蛋白质的基因进行改造。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。 一.蛋白质工程概述 【任务一】2.你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域重大的国际合作科研项目。2001年，国际人类蛋白质组组织宣布成立。2003年，该组织正式提出启动两项重大国际合作项目：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是由美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划。 它的目标是通过对肝脏蛋白质高通量、规模化的研究，解析肝脏蛋白质在生理、病理过程中的功能意义，为重大肝病的预防、诊断、治疗和新药的研发提供重要的科学依据。2010年，该计划“两谱、两图、三库”的目标初步实现。我国科学家完成了人类肝脏蛋白质组表达谱和修饰谱，绘制了蛋白质相互作用连锁图和定位图。“三库”则是建立符合国际标准的肝脏标本库、发展规模化抗体制备技术并建立肝脏蛋白质抗体库和建立完整的肝脏蛋白质组数据库。人类蛋白质组计划取得的成果有力推动了蛋白质工程的发展，为它提供了重要的理论支持。2014年6月，中国人类蛋白质组计划启动。 一.蛋白质工程概述 二、蛋白质工程崛起的缘由 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。 ①基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 ②天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。 对天然酶的改造：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。 【任务二】阅读课本93页第3段和94页第1段，明确基因工程的实质、局限性和实例。 1.基因工程的实质 2.基因工程的局限性 3.实例 赖氨酸 天冬氨酸激酶 （含量低） 二氢吡啶二羧酸合成酶 玉米 促进 促进 抑制 抑制 改造 后的 天冬氨酸激酶 异亮氨酸 （352位） 苏氨酸 （352位） 变为 异亮氨酸 （104位） 天冬酰胺 （104位） 改造后的二氢吡啶二羧酸合成酶 变为 玉米 赖氨酸 （含量提高5倍） 促进 （含量提高2倍） 赖氨酸 玉米 促进 二、蛋白质工程崛起的缘由 3.实例 三、蛋白质工程的基本原理 【任务三】1.阅读课本94页第2-3段，结合图3-17，明确蛋白质工程的目标、实质、天然蛋白合成过程、蛋白质工程的基本思路和流程。 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