3.4 蛋白质工程的原理和应用-【点亮课堂】2023-2024学年高二生物优选备课课件（人教版2019选择性必修3）

从社会中来 左图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。细菌能够发出荧光，是因为在它们体内导入了荧光蛋白基因。最早被发现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。 蛋白质工程的原理和应用 高中生物选择性必修三 3 基 因 工 程 biology 2 社会责任 尝试运用逆向思维分析和解决问题。 科学思维 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。 生命观念 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。 目 标 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。 蛋白质工程 基础 操作手段及对象 结果 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 蛋白质工 1. 基因工程的实质 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。 2. 基因工程的不足 基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 天然蛋白质是生物在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 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 蛋白质工程的基本原理 1、蛋白质工程目标、实质和结果： 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。 改造蛋白质的方法（实质）： 改造或合成基因 结果： 生产出自然界没有的蛋白质。 血红蛋白的三维结构模型 蛋白质工程 为什么蛋白质工程需改造基因而不是直接改造蛋白质？ 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； 蛋白质工程的基本原理 2、天然蛋白质合成的过程： 蛋白质工程的基本原理 3、蛋白质工程的基本设计思路： 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 蛋白质 （三维结构） 多肽链 蛋白质工程与基因工程的比较 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 可生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质 通过改造或合成基因来定向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，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 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，其包含基因工程的基本操作。 预期蛋白质功能 目的基因 蛋白质工程与基因工程的比较 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 二看蛋白质 一看基因 是否为天然蛋白质 是 否 蛋白质工程 基因工程 基因工程还是或蛋白质工程辨别 蛋白质工程的应用 蛋白质工程的应用 应用 实例 医药工业方面 其他工业方面 农业方面 教材P95 改造胰岛素基因，获得速效胰岛素类似物 改造干扰素基因，延长保存时间 生产人鼠嵌合抗体，降低了诱发人体免疫反应的强度 改进酶的性能或开发新的工业用酶 改造某些参与调控光合作用的酶 设计优良微生物农药 蛋白质工程的应用 面临的问题：蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。 前景展望：要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。 FormatFactory : www.pcfreetime.com FormatFactory : www.pcfreetime.com $$