3.4蛋白质工程的原理和应用 课件（共29张PPT）2024-2025学年人教版（2019）高中生物学选择性必修3

(课件网) 第三章 基因工程 第4节 蛋白质工程的原理和应用 下图是用发出不同颜色荧光的细菌“西画” 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。 思考：那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢 想一想：如何让细菌能发出荧光？ 荧光蛋白基因 细菌 荧光 蛋白 导入 荧光蛋白 基因表达 基因工程： 基因工程实质： 基因工程是将一种生物的 转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的 ，进而表现出 。 基因 蛋白质 新性状 基因重组 自然界中存在的荧光蛋白只有绿色荧光蛋白，能否通过基因工程，获得黄色荧光蛋白呢？ 不能 ①基因工程不足： 原则上只能生产自然界中已存在（天然）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 符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合 的需要。 ②天然蛋白质的不足: 结构和功能 人类生产和生活 蛋白质工程崛起的缘由 对蛋白质分子的设计和改造是通过蛋白质工程来实现的。 蛋白质工程： 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。 ①基础： ②手段： ③结果： ④目的： 蛋白质的结构规律与生物功能关系 改造或合成基因 改造现有蛋白质或制造一种新的蛋白质 满足人类生产和生活需求 蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的，又叫作第二代基因工程。 思考：蛋白质工程是怎样进行的呢？基本原理是什么？ 一、蛋白质工程崛起的缘由 实例：提高玉米中赖氨酸的含量来满足人类生活需求。 蛋白质工程手段： 玉米中赖氨酸合成受两种关键酶：天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶影响，改造这两种酶，使赖氨酸含量提高。 天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶 + 赖氨酸合成 （＋） 赖氨酸含量达到一定浓度 （－） （－） 天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶 + 赖氨酸合成 （＋） 赖氨酸含量提高 第352位苏氨酸变成异亮氨酸 第104位天冬酰胺变成异亮氨酸 ↑5倍 ↑2倍 改 造 前 改 造 后 一、蛋白质工程崛起的缘由 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 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蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质； ②基因可以遗传，蛋白质无法遗传； ③蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大； 3、天然蛋白质合成的过程 天然蛋白质合成的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→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。 而蛋白质工程却与之相反！ 二、蛋白质工程的基本原理 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 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 ★4、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。 ①蛋白质工程是 ... ...