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） 蛋白质工程是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、途径： 改造现有蛋白质或制造新蛋白质，满足人类的生产或生活的需要 改造或合成基因 5、结果： 产生自然界原本不存在的蛋白质 4、(1)改造对象： (2)实质(根本操作)： 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、目的： 改造或合成基因 蛋白质、基因 一、蛋白质工程崛起的缘由　 天然蛋白质的结构和功能不一定完全符合人类生产和生活的需要 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 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（蛋白质工程崛起的主要缘由）： 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 基因重组 4.【实例】对天然酶的改造 【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： 思考·讨论 P94 丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG) 色氨酸(UGG) 赖氨酸(AAA、AAG） 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再改造。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。 GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） 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） 1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列? mRNA序列为 DNA序列为 (双链) 谷氨酸（GAA、GAG） 苯丙氨酸（UUU、UUC） 答案：①找到氨基酸对应的密码子，②推测出(可能的)mRNA序列, ③根据碱基互补配对原则，推出脱氧核苷酸序列(DNA序列)（中心法则反推？） 2.确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造目的基因？ 4*1*2*2*2=32 21种氨基酸 丙氨酸 色 赖 甲硫 苯丙 必修2 P67密码子表 二、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： 基因决定蛋白质，要改造基因或合成基因（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 三维结构 肽链的氨基酸序列 mRNA 推测 课时作业 P44：11 行使 与中心法则相反（中心法则反推，转录、翻译逆推） 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