3.4 蛋白质工程的原理和应用-【生物讲堂】2023-2024学年高二生物同步备课课件（人教版2019选择性必修3）

聚焦 学习目标： 1.说出蛋白质工程崛起的原由 2.概述蛋白质工程的基本原理 3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程 第4 节 蛋白质工程的原理和应用 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 “细菌画”视频 由“细菌画”视频导入，引入新课学习 1.基因工程的概念 是指按照人们的愿望，通过转基因等技术，赋予生物新的遗传特性，创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。 从技术操作层面看，由于基因工程是在DNA分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做DNA重组技术。 水母的绿色荧光蛋白基因 一.蛋白质工程崛起的缘由 赖氨酸合成 调控 达到一定浓度 两种酶的活性 352位的苏氨酸变成异亮氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 天冬氨酸激酶 + 104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 赖氨酸含量 抑制 提高 提高 限制 提高 提高5倍 提高2倍 实例：提高玉米赖氨酸含量 2.天然蛋白质的不足 指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。 3.蛋白质工程 (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，被改造的蛋白质也是无法遗传的。 (2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造更容易操作，难度要小得多。 思考：为什么蛋白质工程需改造基因而不是直接改造蛋白质？ 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。 二.蛋白质工程的基本原理 1.目标 2.天然蛋白质合成过程 基因 → 表达（转录和翻译） → 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 6 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 蛋白质 （三维结构） 3.基本思路 多肽链 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 讨论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。 思考 · 讨论（94页） 查密码子表 mRNA序列 脱氧核苷酸序列 第一个碱基 第二个碱基 第二个碱基 第二个碱基 第二个碱基 第三个碱基 第三个碱基 U C A G G U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 亮氨酸 亮氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终 止 终 止 半胱氨酸 半胱氨酸 终 止 色氨酸 U C A G C 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 组氨酸 组氨酸 谷氨酰胺 谷氨酰胺 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G A 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸（起始） 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 天冬酰胺 天冬酰胺 赖氨酸 赖氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 U C A G G 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸、甲硫氨酸（起始） 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 天冬氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 谷氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 U C A G 氨基酸序列： 丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—谷氨酸—苯丙氨酸 mRNA序列： 4×1×2×2×2 = 32种 脱氧核苷酸序列有32种 9 思考 · 讨论（94页） 讨论2：确定目的基因的碱基序列以后，怎样才能 合成或改造目的基因？ 可以人工合成目的基因，或应用基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等进而改造基因。 天然蛋白质 改造蛋白质 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 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→目的基因的检测与鉴定 生产自然界没有的蛋白质（新的） 只能生产自然界已存在的蛋白质 通过改造或合成基因 来改造现有蛋白质或制造新的蛋白质 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，赋予后者新的遗传性状 ①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程； ②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程基本操作； 预期蛋白质功能 目的基因 11 核心归纳 思考：如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？ 是否合成新的基因 蛋白质工程 是否对原有基因进行改造 是 否 是 否 蛋白质工程 基因工程 看蛋白质 看基因 是否为天然蛋白质 是