2026高中生物课件必修三：选3第三章第4节：蛋白质工程

3.3.4

蛋白质工程基因工程的概念基因工程是指按照人们的愿望，通过体外

转基因

等技术，赋予生物以新的

遗传特性，从而创造出更符合人们需要的新的生物类型和生物产品。由于基因

工程是在DNA

分子水平上进行设计和施工的，因此又叫做重组DNA技术。一、蛋白质工程崛起的缘由基因工程在原则上只能生产

自然界已存在

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。例如，干扰素是动物体内的一种蛋

白质，可以用于治疗病

毒

的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在-70C的条件下，可以保存半年。改造后的干扰素(-70℃可保存半年)干扰素(体外保存困难)改造第一个

碱基第二个碱基第三个

碱基UCAGU苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸U苯丙氨酸丝氨酸酪氨酸半胱氨酸C亮氨酸丝氨酸终止终止、硒代半胱氨酸A亮氨酸丝氨酸终止色氨酸GC亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸U亮氨酸脯氨酸组氨酸精氨酸C亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸A亮氨酸脯氨酸谷氨酰胺精氨酸GA异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸U异亮氨酸苏氨酸天冬酰胺丝氨酸C异亮氨酸苏氨酸赖氨酸精氨酸A甲硫氨酸(起始)苏氨酸赖氨酸精氨酸GG缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸U缬氨酸丙氨酸天冬氨酸甘氨酸C缬氨酸丙氨酸谷氨酸甘氨酸A缬氨酸、甲硫氨酸(起始)丙氨酸谷氨酸甘氨酸GmRNA:U

GUmRNA:U

CUmRNA:UGU→

U

CU

干扰素基因：

一个碱基对的替换改造后的干扰素(-70℃可保存半年)干扰素(体外保存困难)改造变

为

丝氨酸改造后的干扰素(-70℃可保存半年)改造或合成翻译多肽链

mRNA半胱氨酸

变为改造推测折叠干扰素(体外保存困难)蛋白质(三维结构)目的

基因转录预期功能生物功能设计行使设计目的

基因行使蛋白质二、蛋白质工程的基本原理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，它的基本

途径是：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

→

找到相对应的

脱氧核苷酸序列(基因)。预期功能生物功能改造或合成(三维结构)多肽链推测转录翻译折叠mRNA设计目的

基因行使蛋白质三、蛋白质工程的概念蛋白质工程：是指以蛋白质分子的

结构规

物功能

的关系作为基础，

通

过基因修饰

或

基因合成

，对现有蛋白质进行_

改造，

或制造一种新的蛋白质，

以满足人类生

产和生活的需求。也就是说.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

是包含多学科的综合科技工程领域。预期功能生物功能改造或合成(三维结构)多肽链推测转录翻译折叠mRNA左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

它们体内导入了荧光蛋白基因。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?科学家解析绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上采用定点突变的技术改造绿色荧光蛋白基因，使其编码的蛋白质的第203位苏

氨酸替换为酪氨酸，从而获得了黄色荧光蛋白。晶体学、分子生物学和计算机技术等绿色荧光蛋白功能黄色荧光蛋白掌握相互关系依据改造绿色荧光蛋白基因绿色荧光蛋白结构表达掌握绿色荧光蛋白结构

绿色荧光蛋白功能相互关系依据表达改造绿色荧光蛋白基因

黄色荧光蛋白三、蛋白质工程的概念蛋白质工程：是指以蛋白质分子的_结构规律

及

其生物功能的

关系作为基础，通过基

因

修

饰

基

因

合

成

，对现有蛋白质进行改造，或

制造一种新的蛋白质

，以满足人类生

产和生活的需求。也就是说.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

是包含多学科的综合科技工程领域。晶体学、分子生物学和计算机技术等玉米中赖氨酸的含量比较低，原因是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。如果我们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。项目基因工程蛋白质工程区别过程获取目的基因→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→

目的基因的检测与鉴定预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测相应核苷

酸序列→合成DNA→表达出蛋白质结果生产自然界中已有的蛋白质生产自然界中没有的蛋白质联系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，二者都是通过基因表达产生特定的蛋白质。基因工程与蛋白质工程的比较四、蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥功能必须依赖于正确的