3.4蛋白质工程的原理和应用课件高二下学期生物人教版选择性必修32

3.4蛋白质工程的原理和应用

细菌画从自然环境中找到合适的菌种，根据其自身不同的颜色，利用无菌操作等方式，让菌种长成一幅漂亮的画。细菌画无荧光有荧光如何获得能发出荧光的微生物？荧光蛋白基因细菌荧光蛋白导入表达基因工程：一、蛋白质工程崛起的缘由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，获得其它荧光蛋白呢？不能基因工程不足：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。

天然蛋白质的不足:结构和功能人类生产和生活一、蛋白质工程崛起的缘由352位的苏氨酸变成异亮氨酸赖氨酸合成调控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达到一定浓度两种酶的活性抑制提高提高限制提高提高5倍提高2倍一、蛋白质工程崛起的缘由改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需求。这种蛋白质的改造或新蛋白质的制造，是直接对蛋白质进行操作吗？回顾旧知蛋白质多肽脱水缩合盘曲折叠氨基酸的种类、数目、排列顺序，肽链的空间结构结构多样性功能结构成分催化（酶）运输功能免疫调节功能多样性生命活动的主要承担者种类氨基酸C、H、O、N等元素组成21种（13+8）结构通式CCOOHHH2NR一、蛋白质工程崛起的缘由这种蛋白质的改造或新蛋白质的制造，是直接对蛋白质进行操作吗？②蛋白质无法将性状遗传；①蛋白质的结构十分复杂，直接改造难度大；是否有结构更简单且能将性状遗传的生物分子？DNA（基因）不能直接对蛋白质进行操作。二、蛋白质工程的基本原理回顾旧知翻译转录天然的蛋白质合成过程时按照中心法则来进行的：行使生物功能盘曲折叠蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质；二、蛋白质工程的基本原理为什么蛋白质改造需改造基因而不是直接改造蛋白质？①蛋白质的结构复杂，直接改造难度大；②基因可以遗传，蛋白质无法遗传；③蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质；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

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。改造或合成基因二、蛋白质工程的基本原理蛋白质工程：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。蛋白质工程的基本思路实例：绿色荧光蛋白→黄色荧光蛋白让荧光蛋白发黄色荧光设计黄色荧光蛋白的结构推测黄色荧光蛋白的氨基酸序列找到并改变绿色荧光蛋白基因的脱氧核苷酸序列或合成新的基因获得黄色荧光蛋白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应的基因序列或合成新的基因获得所需要的蛋白质二、蛋白质工程的基本原理预期的蛋白质新功能设计预期的新蛋白质结构推测应有的氨基酸酸序列合成新基因或改变原来脱氧核苷酸序列蛋白质工程与天然蛋白质的合成方向

。相反二、蛋白质工程的基本原理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应的基因序列或合成新的基因获得所需要的蛋白质哪个环节最为困难？为什么？从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。比较项目蛋白质工程基因工程区别过程实质结果联系目的基因的筛选与获取→基因表达载体的构建→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定创造出自然界不存在的蛋白质只能生产自然界已有的蛋白质预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质通过改造相应的基因从而达到对蛋白质进行改造的目的蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程操作来获得预期蛋白质基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使其产生它原本不能产生的蛋白质思考：如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？蛋白质工程是否对原有基因进行改造是否蛋白质工程基因工程看蛋白质看基因是否合成新的基因蛋白质工程基因工程是否是否为天然蛋白质是否三、蛋白质工程的应用医药工业方面天然胰岛素易形成二聚体或六聚体B链第28位的脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置新胰岛素基因改造有效抑制胰岛素的聚合阻碍胰岛素从注射部位进入血液①研发速效胰岛素类似物三、蛋白质工程的应用医药工业方面②延长干扰素体外保存时间干扰素（半胱氨酸）干扰素（丝氨酸）体外很难保存体外可以保存半年三、蛋白质工程的应用医药工业方面③降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应三、蛋白质工程的应用其它工业方面改进酶的性能或开发新的工业用酶；例如：利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的突变体，

从中筛选出一些符合工业化生产需求的突变体，

提高这种酶的使用价值。农业方面尝试改造某些参与调控光合作用的酶，提高光合作用效率，增加粮食产量；设计优良微生物农药，改造微生物蛋白质结构，使它防治病虫害的效果增强。课堂小结蛋白质工程崛起的缘由基因工程的局限性蛋白质工程的应用速效胰岛素类似物的设计医药工业方面的其他应用天然蛋白质不能完全满足生产生活需求蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的基本思路蛋白质工程的改造必须通过改造或合成基因完成蛋白质工程基本思路的应用蛋白质工程在工业、农业方面的应用一、概念检测1.蛋白质工程可以说是基因工程的延伸。判断下列相关表述是否正确。（1）基因工程需要在分子水平对基因进行操作，

蛋白质工程不需要对基因进行操作。（）（2）蛋白质工程需要改变蛋白质分子的所有氨基酸序列。（）（3）蛋白质工程可以改造酶，提高酶的热稳定性。（）xx√2.蛋白质工程是在深入了解蛋白质分子的结构与功能关系的基础上进行的，它最终要达到的目的是（）A.分析蛋白质的三维结构

B.研究蛋白质的氨基酸组成C.获取编码蛋白质的基因序列信息D.改造现有蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的需求D3.水蛭素是一种蛋白质，可用于预防和治疗血栓。研究人员发现，用赖氨酸替换水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在这项替换研究中，目前最为可行的直接操作对象是（）A.基因B.氨基酸C.多肽链D.蛋白质AT4溶菌酶是一种重要的工业用酶，但是它在温度较高时容易失去活性。为提高T4溶菌酶的耐热性，科学家首先对影响T4溶菌酶耐热性的一些重要结构进行了研究。然后以此为依据对相关基因进行改造，使T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变为半胱氨酸。于是，在该半胱氨酸与第97位的半胱氨酸之间形成了一个二硫键，T4溶菌酶的耐热性得到了提高。重新明确一些基本特性，包括它能耐受的温度范围、催化反应的最适温度、酶活力的大小等;还需要建立规模化生产该酶的技术体系,评估生产成本等。二、拓展应用这项工作属于什么工程的范畴？如果要将该研究成果应用到生产实践，还需要做哪些方面的工作？蛋白质工程基