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

从社会中来 1.视频里面有一副发光的树，科学家利用了什么技术让细菌能发出荧光？ 用细菌“画”的画 2.绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造绿色荧光蛋白，获得了能发出其他颜色荧光蛋白，才“画”出了色彩斑斓的图案。科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造？ 基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。 如何解决这一问题？单纯的基因工程可以么？ 2 3.4 蛋白质工程的原理和应用 预期功能 生物功能 设计 推测 改造或合成 行使 折叠 转录 mRNA 翻译 多肽链 蛋白质 (三维结构) 目的基因 理解蛋白质的原理（生命观念） 01 02 用列表法比较蛋白质工程和基因工程（科学思维） 蛋白质工程是指以 作为基础，通过 ， 对现有蛋白质进行 ， 或制造一种 ， 以满足人类的生产和生活的需求。 一、蛋白质工程崛起的缘由 定义： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 基因修饰或基因合成 改造 新的蛋白质 基础 操作对象 结果 目的 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。 01 1.基因工程的实质及不足 ①实质： 基因工程是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。 ②不足： 基因工程原则上只能生产自然界中已存在（天然）的蛋白质。 基因重组 2.天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，它们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。 一、蛋白质工程崛起的缘由 玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是赖氨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。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果我们将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 一、蛋白质工程崛起的缘由 实例1： 产量提高 赖氨酸含量低 合成时需： 天冬氨酸激酶； 二氢吡啶二羧酸合成酶。 浓度影响酶活性 异亮氨酸 苏氨酸(352位） 异亮氨酸 天冬酰胺(104位) 天然的胰岛素容易形成二聚体，但后续研究发现，改变胰岛素B链末端两个氨基酸导致羧基端构型改变，比如将B28脯氨酸替换成天冬氨酸或B28和29位的氨基酸调换位置，该转换可降低分子自聚力，显著抑制单聚体聚集，可以大大增加吸收速率。 蛋白质工程如何实施？ 一、蛋白质工程崛起的缘由 实例2： 胰岛素二聚体 胰岛素单体 脯氨酸 （CCC） 天冬氨酸(GAC) CTG GAC GGG CCC 【自主学习】自主阅读课本P94相关内容，完成以下任务： 1、思考蛋白质工程的操作对象是基因还是蛋白质并解释原因。 2、总结蛋白质工程的原理与步骤。 二、蛋白质工程的基本原理 8 蛋白质工程的操作对象是基因还是蛋白质，为什么？ 二、蛋白质工程的基本原理 对象为基因 以基因为对象的原因： （1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。 （2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。 预期功能 生物功能 分子设计 折叠 DNA合成 翻译 转录 基因 DNA 蛋白质 结构 氨基酸 序列 mRNA 二、蛋白质工程的基本原理 1、蛋白质工程的起点是什么？产物是什么？ 起点是从预期蛋白质的功能出发，设计蛋白质的结构，产物是改造后的蛋白质或新的蛋白质。（第一步是蛋白质工程的关键，由于蛋白质高级结构十分复杂，因此蛋白质工程是一项难度很高的工程） 问题探讨 常见的设计改造蛋白质结构的方法： （1）对已知的蛋白质进行少数氨基酸的替换 （2）对不同来源的蛋白质进行拼接 （3）从氨基酸排列顺序开始设计全新的蛋白质 2、蛋白质工程的原理是什么？ 中心法则，体内蛋白质的合成过程。DNA-mRNA-蛋白质 3、蛋白质工程为什么可以根据功能推测结构？ 结构决定功能，功能反映结构 4、为什么可以根据氨基酸序列推测DNA的脱氧核苷酸序列？由此得到的结果是否具有唯一性？为什么？ 氨基酸与碱基存在对应关系：密码子表 不唯一，因为密码子表具有简并性 5、蛋白质真正开始操作的第一步是