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

第3章 第4节 蛋白质工程的原理和应用 学习目标 目标 01 02 03 尝试通过蛋白质工程技术，根据人类需要的蛋白质结构，设计改造某一蛋白质的设计流程。（科学思维） 说明基因的碱基排列顺序—蛋白质的结构—蛋白质功能的关系。（生命观念） 尝试运用逆向思维分析和解决问题。 （社会责任） 2 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。 那么，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 蛋白质工程 蛋白质工程是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。 ①基础： ②操作手段及对象： ③结果： ④目的： ⑤困难： 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 改造或合成基因 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 获得满足人类生产和生活需求的蛋白质 蛋白质发挥功能必须依赖正确的高级结构，而蛋白质的高级结构十分复杂。 (1)概念： (2)特点： 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。 （一）基因工程的实质和不足： 一、蛋白质工程崛起的缘由 将一种生物的______转移到另一种生物体内，后者可以产生它______________________，进而表现出____________。 基因工程的实质: 1 基因 本不能产生的蛋白质 新的性状 只能生产自然界中已存在的蛋白质 基因工程的局限性: 2 ①基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质； ②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； 蛋白质工程崛起的缘由: 3 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 蛋白质工程是怎样进行的呢？基本原理是什么？ （二）实例：提高玉米赖氨酸含量 一、蛋白质工程崛起的缘由 二、蛋白质工程的基本原理 请同学们自主阅读教材P94，思考回答问题。 1.蛋白质工程的目标、实质、结果。 2.为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ 3.温故天然蛋白质合成的过程。构建出蛋白质工程的基本思路。 4.如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？ 二、蛋白质工程的基本原理 （一）实质、目标和结果： (1)蛋白质工程的目标： 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)改造蛋白质的方法： 改造或合成基因 (3)结果： 生产出自然界没有的蛋白质。 为什么蛋白质工程需改造基因而不是直接改造蛋白质？ 思考： ①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大； ②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质； ③基因可以遗传，蛋白质无法遗传； （二）天然蛋白质合成过程： 二、蛋白质工程的基本原理 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 ①预期的蛋白质功能 ②设计预期的蛋白质结构 ③推测应有的氨基酸序列 ④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 ⑤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) 思 路 逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反 （三）蛋白质工程的基本设计思路： 二、蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程基本思路的应用 思考•讨论 二、蛋白质工程的基本原理 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（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、 赖氨酸(AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC） 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 …… …… 色氨酸 赖氨酸 苯丙 氨酸 查密码子表得知： 推知mRNA序列为： GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） 共 种可能序列 32 查密码子表得知： 推知mRNA序列为： GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C） 共 种可能序列 32 GCT(或C或A或G)TGG