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课件网) 第4节 蛋白质工程的原理和应用 第3章 基因工程 生物学 学习目标 ①通过实例分析，能够理解蛋白质结构决定其功能，掌握从功能设计—结构优化—基因序列修饰的蛋白质工程核心路径。（生命观念） ②通过实例构建蛋白质工程流程，能够说明基因碱基排列顺序—蛋白质结构—蛋白质功能的关系，并学会运用逆向思维分析和解决问题。（科学思维） ③关注蛋白质工程在医疗、农业等领域的应用，树立科学服务于社会的理念。（社会责任） 学习重难点 重点： 1.蛋白质工程的基本原理。 2.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。 难点： 1.蛋白质工程的基本原理。 2.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。 导入新课 知识回顾：基因工程实例 抗虫棉 1.目的基因的筛选与获取 4.目的基因的检测与鉴定 2.基因表达载体的构建 3.将目的基因导入受体细胞 田间已经发现小菜蛾Plutella xylostella (Linnaeus)对Bt杀虫蛋白产生了抗性。抗虫蛋白存在毒力有限、害虫对Bt抗虫蛋白的抗性上升等诸多问题，严重制约Bt抗虫蛋白在未来农业生产中进一步发挥巨大作用。 如何解决这些问题呢？ 小菜蛾 Plutella xylostella (Linnaeus) 蛋白质工程 Bt基因改造：包括密码子的优化、选用增强表达的调控元件和转化策略以及对Bt基因的修饰。 Bt抗虫蛋白改造：氨基酸代换、功能域置换、在特定区域内引入蛋白酶识别或结合位点以及删除N端的部分序列。 蛋白质工程的原理 新课讲授 任务一 2024年诺贝尔奖获得者: 戴维·贝克（David Baker）华盛顿大学蛋白设计研究所、霍华德·休斯医学院 贡献：研发的新技术能够设计在自然界中从未见过的蛋白，包括对于人类疾病具有干预性治疗潜力的新型蛋白。 新课讲授 [任务一]蛋白质工程的原理 资料1.Bt 抗虫蛋白被分解为多肽后，多肽在碱性环境中与害虫肠上皮细胞的特异性受体结合，导致细胞膜穿孔，使害虫渗透压失衡而死亡。 资料2.Bt抗虫蛋白包含三部分结构，其中结构Ⅰ由多个α螺旋组成，5号α螺旋中央疏水、且其螺旋长度足以跨过 3nm厚的细胞膜的疏水区，而结构Ⅱ 、Ⅲ并未发现足够长度的疏水区域。 资料3.Bt抗虫蛋白结构Ⅰα5 螺旋通过6聚体的形式，即以α5螺旋的亲脂侧向外、亲水侧向内形成亲水离子通道,由于第168位的组氨酸残基存在于疏水表面的中间，对于6聚体的稳定存在非常重要,科研人员尝试用疏水性更强的精氨酸代替组氨酸来对Bt抗虫蛋白进行改造。 新课讲授 [任务一]蛋白质工程的原理 结合以上资料，回答相关问题： 1.结合资料1和2,推测 Bt抗虫蛋白的哪个结构可能与昆虫肠上皮细胞孔道的形成有关，阐述判断依据。 推测：结构Ⅰ可能参与昆虫肠上皮细胞膜中孔道的形成。 判断依据：结构Ⅰ由多个α螺旋组成，且其螺旋长度足以跨过 3nm厚的细胞膜的疏水区，而结构Ⅱ 、Ⅲ并未发现足够长度的疏水区域。 新课讲授 [任务一]蛋白质工程的原理 结合以上资料，回答相关问题： 2.结合资料3,推测精氨酸代替组氨酸后,可能会对Bt虫蛋白功能造成什么影响。 可能会对 Bt 抗虫蛋白功能造成的影响：可能会使6聚体的空间结构更加稳定。 新课讲授 [任务一]蛋白质工程的原理 3.从难易程度和可持续性角度考虑，你建议直接对蛋白质进行改造吗 阐述理由。 不建议直接改造蛋白质。 原因：①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大。 ②蛋白质无法遗传，基因可以遗传。建议对基因进行改造以持续获得新Bt蛋白。 三 级 结 构 一 级 结 构 四 级 结 构 二 级 结 构 活动1.只改变DNA中一个碱基对，设法将 Bt抗虫蛋白第 168 位组氨酸替换为精氨酸，补充改造过程并总结改造Bt抗虫蛋白基因思路。 提示: CAU是组氨酸的密码子，UUA是亮 ... ...
