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（2019）选择性必修3

蛋白质空间结构 蛋白质空间结构 蛋白质工程 优质食物蛋白 3.4 蛋白质工程的原理和应用 1 学习目标 1.结合生产、生活的需求和基因工程的局限性，说出蛋白质工程崛起的缘由（生命观念、社会责任）。 2.通过回顾中心法则概述蛋白质工程的基本原理（科学思维）。 3.联系生活实际与基因工程的基本知识，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、社会责任）。 学习重难点 教学重点： 蛋白质工程的基本原理； 依据人类需要对原有蛋白质进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 教学难点： 蛋白质工程的基本原理； 依据人类需要对原有蛋白质进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 从社会中来 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的应用。 科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢? 绿色荧光蛋白如何改造成黄色荧光蛋白？ 蛋白质工程的概念 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：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手段： ③结果： ④目的： 蛋白质的结构规律与生物功能关系 回顾旧知 种类 蛋白质 氨基酸 多 肽 脱水缩合 盘曲 折叠 C、H、O、N等 元素组成 21种（13+8） 结构 通式 氨基酸的种类、数量、排列顺序、肽链的空间结构 结构多样性 功能 结构成分 催化（酶） 运输功能 免疫 调节 功能多样性 生命活动的主要承担者 C COOH H H2N R 基本单位 蛋白质工程的概念 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：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手段： ③结果： ④目的： 蛋白质的结构规律与生物功能关系 改造或合成基因 改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质 满足人类生产和生活需求 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的，又叫作第二代基因工程。 PART 01 蛋白质工程崛起的缘由 ● 基因工程的局限性 ● 举例：提高玉米中赖氨酸含量 蛋白质工程崛起的缘由 为什么要进行蛋白质工程的研究呢？ 天然蛋白质不能满足人类需求。 基因工程具有局限性： 本质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以生产它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。 只能生产自然界中已存在的蛋白质。 例如：将苏云金杆菌的Bt基因转移到棉花细胞内，使棉花产生Bt毒蛋白，进而表现出抗虫特性。 天然的蛋白质是生物长期进化过程中形成的，结构和功能符合特定物种需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 例如：天然玉米中的赖氨酸含量较低。 蛋白质工程崛起的缘由 基因工程手段： 提高玉米中赖氨酸的含量来满足人类生活需求。 将赖氨酸含量多的蛋白质编码基因导入植物中，提高赖氨酸的含量，提高营养价值。 例如：蛋白质A和蛋白质B均由8个氨基酸单体组成 蛋白质A： 蛋白质B： 那么蛋白质B的赖氨酸含量多，可以对应找到编码蛋白质B的基因作为目的基因导入玉米中。 表示赖氨酸 蛋白质工程崛起的缘由 蛋白质工程手段： 提高玉米中赖氨酸的含量来满足人类生活需求。 玉米中赖氨酸合成受两种关键酶：天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶影响，改造这两种酶，使赖氨酸含量提高。 天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶 + 赖氨酸合成 （＋） 赖氨酸含量达到一定浓度 （－） （－） 天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶 + 赖氨酸合成 （＋） 赖氨酸含量提高 第352位苏氨酸变成异亮氨酸 第104位天冬酰胺变成异亮氨酸 ↑5倍 ↑2倍 改 造 前 改 造 后 PART 02 蛋白质工程的基本原理 ● 蛋白质工程的基本思路 ● 蛋白质工程基本思路的应用 蛋白质工程的基本原理 目标： 根据对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 直接对蛋白质进行改造？ 蛋白质功能执行依赖于正确的高级结构，而蛋白质的高级结构非常复杂，改造难度大且不能遗传。 对决定蛋白结构的基因改造？ 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。 合成和改造脱氧核苷酸序列比较容易。 改造基因可以遗传给下一代。 对蛋白质结构改造最终必须通过改造或合成基因来完成。 回顾旧知 转录 翻译 蛋白质 DNA 复制 RNA 逆转录 复制 中心法则 TACCACAACTCG