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课件网) 第三章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 新课标 核心素养 1.说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.概述蛋白质工程的基本原理。 3.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标蛋白的过程。 1.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，设计或改造某一蛋白质的设计流程。 2.社会责任———尝试运用逆向思维分析和解决问题。 荧光蛋白 上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 学识决定眼界，眼界激发向上的动力 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_____。 一、蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的实质： 基因 本不能产生的蛋白质 新的性状 2.基因工程的局限性：_____ 原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质 3.天然蛋白质的不足： 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 对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程实现的。 基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 天然蛋白质 干扰素 治疗病毒感染、癌症。 保存半年 改变分子结构 半胱氨酸 丝氨酸 体外保存困难 实例1： 符合特定物种生存需要 不一定符合人类生产、生活需要 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 实例分析2： 玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 速效胰岛素类似物 实例分析2： 天然胰岛素制剂易形成二聚体或六聚体，皮下注射胰岛素后往往要经历一个逐渐解离为单体的过程，这在一定程度上延缓了疗效。因此，科学家对胰岛素进行了改造，从而降低它的聚合作用。 4、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。 --第二代基因工程 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。 （1）.基础: 蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系 （2）操作方法及对象: 改造或合成基因 （3）结果: 改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质 （4）目的: 满足人类生产和生活的需求 （5）与基因工程的关系: （6）相关学科及技术： 分子生物学、晶体学和计算机技术 思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？ 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 肽链 复制 复制 折叠等 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 天然蛋白质的合成过程与性状表达 温故知新： 蛋白质只有具有一定空间结构，才能表达特有性状或具有特定功能 蛋白质的结构三级结构一级结构四级结构二级结构胰岛素的三级结构 --多肽链既盘曲又折叠 血红蛋白质的四级结构 --四条多肽链的盘曲和折叠 二、蛋白质工程的基本原理 1、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、原理： 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。 思考：为什么蛋白质工程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 ... ...
