3.4 蛋白质工程的原理和应用 课件（28张PPT） 2023—2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

(课件网) 第四节 核 心 素 养 生命观念 科学思维 社会责任 明确蛋白质工程的原理和基本操作。 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。 举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白质的过程。 新 课 导 入 下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。 细胞内生命活动的检测 肿瘤的示踪研究 新 课 导 入 科学家利用了什么技术让细菌能够发出荧光？ 利用基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。 新 课 导 入 绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造绿色荧光蛋白，获得了能发出其他颜色荧光的蛋白，才“画”出了色彩斑斓的图案。 科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造？ 发光水母 通过蛋白质工程进行改造。 蛋 白 质 工程 什么是蛋白质工程，具体过程是怎样的？ 蛋白质工程是指以蛋白质分子的 及其与 的关系作为基础，通过改造或合成 ，来改造现有 ，或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。 它是在 工程的基础上延伸出来的，是包含多学科的综合科技工程。 结构规律 生物功能 基因 蛋白质 基础 FOUNDATION 基因 玉米中赖氨酸的含量比较低。 赖氨酸 天冬氨酸激酶的活性、 二氢吡啶二羧酸合成酶的活性 达到一定浓度 抑制 导 致 我含赖氨酸较低！ 实 例 分 析 赖氨酸含量很难提高 实 例 分 析 天冬氨酸激酶中的 第352位的苏氨酸 异亮 氨酸 玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量提高 5 倍 变成 使得 二氢吡啶二羧酸合成酶中的第104位的天冬酰胺 异亮 氨酸 玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量提高 2 倍 变成 使得 蛋白质工程的崛起 为什么要进行蛋白质工程，试着从以下方面分析： 基因工程的局限性： 原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 蛋白质工程的目的： 对现有蛋白质进行改造或制造新的蛋白质，以满足人类的生产生活需要。 天然蛋白质的不足： 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。 思 考 讨 论 对天然的蛋白质进行改造，是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？为什么？ 通过对基因的操作（修饰或合成）来实现。 ② 改造基因相比直接改造蛋白质更容易操作，难度要小得多。 ① 因为蛋白质是由基因编码的，改造了基因，也就是对蛋白质进行了改造，且基因可以遗传。 原因 CAUSE 基 本 原 理 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的： 基因 DNA mRNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 生物 功能 转录 翻译 行使 折叠 基 本 思 路 中心法则的逆推： 基因 DNA mRNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 生物 功能 转录 翻译 行使 折叠 设计 推测 DNA 合成 基 本 思 路 （1）预期蛋白质功能 （2）设计预期的蛋白质结构 （3）推测应有的氨基酸序列 （4）找到相应的脱氧核苷酸序列 对 比 分 析 基因工程 蛋白质工程 相同点 结果 实质 联系 都属于分子水平上的研究和操作 天然存在的蛋白质 改造的/新的蛋白质 基因重组 基因修饰/合成 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 蛋 白 质 结构的研究 蛋白质工程经常要借助计算机来建立蛋白质的三维结构模型。 蛋 白 质 结构的研究 用 X 射线衍射、核磁共振等技术研究蛋白质结构。 蛋 白 质 结构的研究 蛋白质全新设计的重点和难点是结构设计。结构设计从二级结构开始，逐渐摸索蛋白质结构稳定的规律。 2019年的一项研究结果显示，科学家开发了一个蛋白质折叠电子游戏。 该游戏易于操作，即使从未涉及蛋白质全新设计领 ... ...