3-4 蛋白质工程的原理和应用 课件（24张PPT）高中生物学人教版（2019）选择性必修三

(课件网) §3-4 蛋白质工程的原理和应用 基因工程 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。 用细菌“画”的画 蛋白质工程 它是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程。 定 义 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。 设计基础 方法 结果 目的 蛋白质工程 发展情况 随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展，蛋白质工程取得了很大的进展。 研究意义 目前，它已成为研究蛋白质结构和功能的重要手段，并将广泛应用于农业、医药工业和其他工业生产中。 蛋白质工程崛起的缘由 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。 基因工程生产的蛋白质的特点 只能生产自然界中已存在的蛋白质。 这些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，却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 举 例 利用蛋白质工程提高玉米中赖氨酸的含量： 玉米中赖氨酸含量低的原因： 赖氨酸合成过程中的两种关键酶———天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。 方法： 将天冬氨酸激酶中第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程的目标 是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。 改造方法 由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。 蛋白质工程的基本原理 天然蛋白质合成过程 是按照中心法则进行的： 基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基酸序列的多肽链 多肽链形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。 蛋白质工程的基本原理 目的基因 mRNA 多肽链 蛋白质 （三维结构） 预期功能 生物功能 设计 推测 改造 或合成 行使 折叠 翻译 转录 蛋白质工程的基本思路 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→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→获得所需要的蛋白质。 【思考·讨论】蛋白质工程基本思路的应用 某多肽链的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸 苯丙 氨酸 …… …… 每种氨基酸都有对应的密码子，只要査一下密码子表，就可以将题中的氨基酸序列的编码序列査出来。但是由于题中的氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码的，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出32种，可以让学生根据学过的排列组合的知识自己排列一下。首先应该根据密码子推出mRNA序列为GCU(或C，或A，或G) UGGAAA(或GGAA(或G)UUU(或C)，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列为CGA(或G，或T或C)ACTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)。 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。 【思考·讨论】蛋 ... ...