3.4蛋白质工程的原理和应用课件2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

第三章基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 人教版 选择性必修三 生物技术与工程 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 什么是蛋白质工程？ “细菌画”视频 由“细菌画”视频导入，引入新课学习 增白加酶洗涤剂是洗涤剂发展方向。枯草芽孢杆菌蛋白酶是一种丝氨酸型蛋白酶，具有广谱的蛋白质降解能力，可有效去除血液、汗渍、牛奶等污渍，常被用作洗涤添加剂与漂白剂一起使用。但该酶会因漂白剂一起使用会显著降低活性。科学家经多次尝试，当将蛋白酶第222位甲硫氨酸残基替换成丙氨酸残基或半胱氨酸残基时，酶的活性将不再受漂白剂的抑制。 【生活情境】洗涤剂中蛋白酶的改造---消除酶的被抑制特性 通过分析以上素材，大家可以提出哪些问题？ 1.为什么要改造枯草芽孢杆菌蛋白酶？ 2.如何改造枯草芽孢杆菌蛋白酶？ 3.如何完成新蛋白酶的生产？ 素材提供来自苏教版 为什么要改造枯草芽孢杆菌蛋白酶？ 资料1：蛋白酶活性部位结构解析 科学家们先利用晶体学技术获得了蛋白酶的结晶体，然后通过X射线衍射技术，对蛋白酶的结构进行解析，了解了天然的枯草杆菌蛋白酶的结构，其活性部位及与其结合的一模型底物如图所示，Met代表甲硫氨酸，甲硫氨酸极易被氧化剂氧化。 1.预期得到什么样功能的新蛋白酶？ 2.为什么天然蛋白酶与漂白剂一起使用会降低活性？ 为什么天然蛋白酶与漂白剂一起使用会降低活性？ 2.如何改造枯草芽孢杆菌蛋白酶？ 中心法则 【活动1】 完成由氨基酸序列 基因序列的推演 基因 mRNA 第222位 氨基酸 —丝氨酸甲硫氨酸— —丝氨酸半胱氨酸— —AGCATG— —TCGTAC— —AGCAUG— —???— —???— —???— 设计改造 丙氨酸遗传密码：GCU GCC GCA GCG 甲硫氨酸遗传密码：AUG GUG 【活动1】 —AGCTGT— —TCGACA— 半胱氨酸遗传密码：UGU UGC —AGCUGU— 丝氨酸遗传密码：AGU AGC 蛋白质工程是在基因水平上设计和改造蛋白质。 可以使用基因工程技术来替换？甲硫氨酸的种类是由密码子决定的，尝试完成后得出氨基酸序列推演基因序列是中心法则的逆推。在此基础上，有什么方法能够对该基因上进行改造。替换 资料2：科学家运用PCR技术可以改变目的基因上特定位点的核苷酸，实现定点突变。 2.如何改造枯草芽孢杆菌蛋白酶？ 基因定点突变技术 改造目的基因后，还应该进行什么操作？PCR中的引物不一定与模板DNA完全互补，只要适当降低退火温度，也能搭在模板DNA链上起聚合引导作用。 【活动2】 基于前面的思考和活动1，请同学们梳理总结出科学家将天然蛋白酶改造为耐漂白的蛋白酶的思路。 3.如何完成新蛋白酶的生产？ 耐漂白剂的新功能—3 新蛋白酶的三维结构—6 多肽链的氨基酸序列—2 新蛋白酶基因的碱基序列—1 第222位已替换丙氨酸的多肽链—4 耐漂白剂的新蛋白酶—5 新基因—7 耐漂白剂的新功能—3 新蛋白酶的三维结构—6 多肽链的氨基酸序列—2 新蛋白酶基因的碱基序列—1 第222位已替换丙氨酸的多肽链—4 耐漂白剂的新蛋白酶—5 新基因—7 预期 设计 推测 推测 合成或改造 表达 折叠 3621745 要得到耐漂白的蛋白酶，先推测结构——分析氨酸序列——得到目的基因——通过基因工程技术生产。 利用文字卡片构建蛋白质工程的基本思路。每一个箭头的含义。 一、蛋白质工程的基本原理 蛋白质 （三维结构） 预期功能 生物功能 翻译 折叠 行使 转录 设计 推测 改造或合成 mRNA 目的基因 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 目标 蛋白质工程的基本思路 蛋白质工程的基本过程是“中心法则”的逆推。 分析蛋白质工程的基础及所用到的科学技术基础上，引导学生用一句话概括蛋白质工程是基因工程的延伸。 二、蛋白质工程概述 ①基础：________________________________________________________ ②操作：___________________________________ ③目的：____________________________________________________________ ___________________________________ ④地位：__________________