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

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。 思考：科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢? 蛋白质工程的概念（教材93页） 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，以满足人类的生产和生活的需求。 是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。 3、目的： 改造现有基因或制造新蛋白质，满足人类的生产或生活的需要 基因 5、结果： 产生自然界原本不存在的蛋白质 4、直接操作对象： 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。 6.与基因工程的关系: 7.相关学科及技术： 分子生物学、晶体学和计算机技术 1、基础： 了解蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系 2、途径： 改造或合成基因 一、蛋白质工程崛起的缘由　 (1)基因工程的实质： (2)基因工程的不足： (3)天然蛋白质的不足： 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 基因工程在原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 天然蛋白质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 【实例】对天然酶的改造 一、蛋白质工程崛起的缘由　 玉米中赖氨酸的含量较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶-----天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。 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） 玉米中赖氨酸含量可提高数倍 玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 改造 改造 二、蛋白质工程的基本原理 某多肽链的一段氨基酸序列是： 1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列? 2.确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造目的基因？ 思考·讨论 ：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） 共___种可能序列 32 查密码子表 3. 如果让你设计一种蛋白质，你的思路或途径？ 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。 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） 丙 色 赖 甲硫 苯丙 三、蛋白质工程的基本原理 1、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、原理： 改造或合成基因（或修饰基因） 3、流程： 预期功能 生物功能 设计 折叠 改造或合成 翻译 转录 目的基因 DNA 蛋白质 结构 肽链的氨基酸序列 mRNA 推测 金版P154：13 、 11 11.下图为蛋白质工程操作的基本思路示意图,请据图回答下列问题。 (1)写出图中各序号代表的生物学过程的名称或内容。 ①　　　　　　　,②　　　　　　　,  ③　　　　　　　,④　　　　　　　,  ⑤　　　　　　　。  (2)代表蛋白质工程操作思路的过程是　　　　,代表中心法则内容的是　　　　　。(均填图中序号)  (3)蛋白质工程的目的是　　 　 　　,通过　　　　　　实现。  (4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是　　　　的。 转录　 翻译　 折叠　 推测　 改造或合成 ④⑤ ①② 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 改造或合成基因 相反 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（产生新基因型和新基因） 基因（产生新基因型，无新基因） 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