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 从社会中来 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？ 对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的 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。 基础 操作对象 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。 蛋白质工程 结果 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 一、蛋白质工程崛起的缘由 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。 如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。 实例：提高玉米赖氨酸含量 玉米赖氨酸含量较低 天冬氨酸激酶 352位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 104位的天冬酰胺 玉米赖氨酸含量提高数倍 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸） 如何改造？ 如何改造？ 如何对天然蛋白质的结构进行改造? 你认为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?请说出你的理由。 二、蛋白质工程的基本原理 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 1.蛋白质工程的目标： 2.改造蛋白质的方法： 通过 来完成 改造或合成基因 ①蛋白质是由基因决定的，改造基因即改造了蛋白质 ②基因可以遗传，蛋白质无法遗传； 思考：为什么对蛋白质的改造要从基因着手？ 3.天然蛋白质合成过程： 按照中心法则进行 基因 表达 形成具有特定氨基酸序列的多肽链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能 转录、翻译 预期的蛋白质功能 设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因 获得所需蛋白质 预期功能 生物功能 设计 推测 改造或合成 行使 折叠 目的基因 转录 mRNA 翻译 多肽链 蛋白质 (三维结构) 4.蛋白质工程的基本思路 预期功能 生物功能 设计 推测 改造或合成 行使 折叠 目的基因 转录 mRNA 翻译 多肽链 蛋白质 (三维结构) 【思∙考讨论】蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 谷氨酸 赖氨酸 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。 ……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-…… 氨基酸序列 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。 查密码子表得知： 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） GCU(或C或A或G) UGG AAA(或G) GAA(或G） UUU(或C) mRNA序列 共 种可能序列 32 脱氧核苷酸序列 GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA（或G） TTT(或C) CGA(或G或T或C) ACC TTT(或C)CTT（或C）AAA(或G) ……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-…… 氨基酸序列 共 种可能序列 32 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。 查密码子表 mRNA序列 脱氧核苷酸序列 2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？ 合成目的基因： ①人工合成 ②从基因文库中获取等 改造目的基因： ①常用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。 3.经过蛋白质工程改造后是否形成了新物种？ 经过蛋白质工程改造后只是改变生物的性状，没有形成新物种 (1)蛋白质工程以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础（ ） (2)基因工程遵循中心法则，而蛋白质工程不遵循( ) (3)基因工程在分子水平对基因进行操作，蛋白质工程在分子水平对蛋白质进