3.3蛋白质工程 课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

回顾：基因如何指导蛋白质的合成 转录 翻译 第一个碱基 第二个碱基 第三个碱基 U C A 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、硒代半胱氨酸 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 第4 节 蛋白质工程的原理和应用 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。（生命观念） 2.概述蛋白质工程的基本原理。（生命观念） 3.运用蛋白质工程技术解决实际问题。（社会责任） 【学习目标】 它们的体内导入了荧光蛋白的基因。 最早被发现的是绿色荧光蛋白 改造 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。 实质 1.蛋白质工程的概念： 2.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。 01 蛋白质工程崛起的缘由 一 蛋白质工程崛起的缘由 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 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。 9 天然蛋白质的不足 天然蛋白质不能完全符合人类生产生活的需要 达到一定浓度 天然蛋白质的不足 赖氨酸 催化 二氢吡啶二羧酸合成酶 天冬氨酸激酶 + 抑制 抑制 玉米中赖氨酸的含量比较低 一 蛋白质工程崛起的缘由 天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶 第352位: 苏氨酸 异亮氨酸 变成 第104位: 天冬酰胺 异亮氨酸 变成 思考：要想批量生产赖氨酸含量高的玉米，应如何操作？ 12 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； 血红蛋白的三维结构模型 02 蛋白质工程的基本思路 二 目的基因 转录 mRNA 翻译 多肽链 折叠 蛋白质 （三维结构） 行使 生物功能 3.蛋白质工程的基本思路： 预期功能 设计 推测 改造或合成 ①预期蛋白质的功能 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 15 二 小组合作： 完成P94“思考讨论”中的讨论1和讨论2 16 二 小组合作： 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。 讨论2：确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改 造目的基因？ 17 03 蛋白质工程的应用 ①预期蛋白质的功能 实例： 科学家研究发现，天然胰岛素分子容易聚合成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往需要经历一个逐渐解聚为单体的过程 科学家希望对胰岛素进行改造， 从而降低它的聚合作用得到速效胰岛素类似物。 19 ②设计预期的蛋白质结构 利用X射线晶体衍射，核磁共振等技术手段，充分了解胰岛素的空间结构。 研究发现，将胰岛素第28位脯氨酸替换为天冬氨酸，就能降低分子自聚力，大大增加了药效。 ③推测应有的氨基酸序列 20 三 蛋白质工程的应用 天然蛋白质易形成二聚体或六聚体 预期结构 改造 B28位脯氨酸替换为天冬氨酸 新胰岛素基因 转录 mRNA 折叠 预期功能 行使功能 降低胰岛素的聚合作用 设计结构 改变氨基酸组成 推测序列 翻译 多肽链 有效抑制胰岛素的聚合 1、医药工业方面 （1）研发速效胰岛素类似物 21 三 蛋白质工程的应用 天然干扰素不易保存 改造 一个半胱氨酸变成丝氨酸 改造后的干扰素基因 预期功能 延长干扰素的保存时间 设计结构 氨基酸替换 推测序列 预期结构 转录 mRNA 折叠 行使功能 翻译 多肽链 在-70℃下可以保存半年 （2）延长干扰素体外保存时间 1、医药工业方面 22 三 蛋白质工程的应用 （3）减弱人对于小鼠单克隆抗体免疫排斥反应 23 单克隆抗体的制备过程 特定培养基 抗原抗体杂交 获得多种小鼠B淋巴细胞 大量培养杂交瘤细胞 第一次筛选：筛选杂交瘤细胞 培养＋第二次筛选：筛选产生目的抗体的杂交瘤细胞 培养骨髓瘤细胞 诱导融合 三 蛋白质工程的应用 （4）其他工业方面 a.改进酶的性能或开发新的工业用酶。 例：枯草杆菌蛋白酶 b.农业方面，尝试改造参与调控光合作用的酶 设计微生物农药 26 四 蛋白质工程面临的问题 蛋白质的高级功能十分复杂！ 27 项目 蛋白质工程 基因工程 操作对象 操作起点 操作水平 结果 联系 基因 基因 DNA分子水平 DNA分子水平 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 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 28 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？ 改造基因（改造蛋白质） 合成了新基因（新的蛋白质） 练习与应用 判断以下所用的技术？ 1. 对光合酶进行改造，以提高光合作用的效率。 2.将固氮基因转移到不能固氮的农作物体内，提高其对氮的利用。 3.对指导合成干扰素的基因进行改造，以得到能够长期保存的干扰素 4.将Bt蛋白基因转入植物细胞中，植物细胞产生了Bt蛋白 $$