3.4+蛋白质工程的原理和应用课件-2024-2025学年高二下学期生物人教版选择性必修3

从社会中来1.视频里面有一副发光的树，科学家利用了什么技术让细菌能发出荧光？用细菌“画”的画2.绿色荧光蛋白来源于一种发光水母，科学家通过改造绿色荧光蛋白，获得了能发出其他颜色荧光蛋白，才“画”出了色彩斑斓的图案。科学家如何对天然的绿色荧光蛋白进行改造？基因工程技术使细菌表达了荧光蛋白。

蛋白质工程的原理和应用基因工程的缺陷原则上只能产生自然界已存在的蛋白质(天然蛋白)天然蛋白的缺陷有时不完全符合人类生产和生活需要蛋白质工程的作用对天然蛋白进行改造，产生更符合人类需要的蛋白质1蛋白质工程的由来对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？1蛋白质工程的由来

基础：手段：目的：地位：理论和技术：蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系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生产能满足人类生产和生活的需求的蛋白质在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程分子生物学、晶体学和计算机技术蛋白质工程的概念P93实例1蛋白质工程的由来赖氨酸合成调控达到一定浓度两种酶的活性352位的苏氨酸变成异亮氨酸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抑制提高提高限制提高蛋白质工程如何实施？自主阅读课本P94相关内容，总结蛋白质工程的原理与步骤。2蛋白质工程的基本原理①蛋白质工程的目标：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

蛋白质工程的实质：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。③

蛋白质工程的操作对象:基因！蛋白质工程的原理：由预期的蛋白质的功能出发，找到并改变相对应的基因或合成新的基因，即基因表达的逆推。①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大；②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质；③基因可以遗传，蛋白质无法遗传；1.下列关于蛋白质工程的说法，错误的是()A.蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要。B.蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构。C.蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子。D.蛋白质工程与基因工程密不可分，又称为第二代基因工程。B课堂练习《学法》P91-92自学检测、应用提升蛋白质工程的原理预期功能生物功能设计蛋白质（三维结构）推测改造或合成转录翻译折叠行使目的基因mRNA多肽链思考：与中心法则的关系？蛋白质工程的基本思路蛋白质预期功能设计蛋白质结构设计相应的氨基酸序列合成相应的脱氧核苷酸序列基因工程合成新的蛋白质相反！2.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：（1）代表蛋白质工程操作思路的过程是_____；代表中心法则内容的是________。(填写数字)（2）写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：①______；②______；③______；④______；⑤__________。（3）蛋白质工程的目的是____________________________________________________________，通过___________________实现。（4）从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______的。④⑤①②③转录翻译折叠推测改造合成根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计基因改造或基因合成相反课堂练习难点剖析1、蛋白质工程的起点是什么？最终产物是什么？起点——预期蛋白质的功能产物——改造后的蛋白质或新的蛋白质。（第一步是蛋白质工程的关键，由于蛋白质高级结构十分复杂，因此蛋白质工程是一项难度很高的工程）常见的设计改造蛋白质结构的方法：（1）对已知的蛋白质进行少数氨基酸的替换（2）对不同来源的蛋白质进行拼接（3）从氨基酸排列顺序开始设计全新的蛋白质大改中改小改难点剖析2、蛋白质工程为什么可以根据功能推测结构？结构决定功能，功能反映结构3、为什么可以根据氨基酸序列推测DNA的脱氧核苷酸序列？由此得到的结果是否具有唯一性？为什么？氨基酸与碱基存在对应关系：密码子表不唯一，因为密码子表具有简并性（P94思考讨论1）难点剖析4、蛋白质真正开始操作的第一步是先对什么东西进行改造，改造后，有需要进行什么样的操作？真正操作的第一步：对原基因进行改造（如用基因的定点突变技术进行碱基的替换），或根据氨基酸序列推导出来的核苷酸序列直接合成新的基因。后续操作：以上述手段获取的基因作为目的基因，进行基因工程的操作。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。项目蛋白质工程基因工程操作对象操作起点操作水平操作流程结果实质联系基因基因DNA分子水平DNA分子水平预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质目的基因的筛选与获取→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可生产自然界没有的蛋白质生产自然界已有的蛋白质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①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程；②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。预期蛋白质功能目的基因二者的区别和联系是否合成新的基因蛋白质工程是否对原有基因进行改造是否是否蛋白质工程基因工程看蛋白质看基因是否为天然蛋白质是否蛋白质工程基因工程区分依据蛋白质工程的应用3【自主学习】自主阅读课本P95相关内容，总结蛋白质工程可以应用于哪些领域，有哪些案例。1、医药工业方面（1）研发速效胰岛素类似物蛋白质工程的应用（2）延长干扰素体外保存时间（3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应（4）提高蛋白质的热稳定性（P96拓展提升）（3）降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫反应

通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。1、医药工业方面蛋白质工程的应用基因融合4.提高蛋白质的热稳定性第3位上的异亮氨酸半胱氨酸-s-s-定点突变1、医药工业方面蛋白质工程的应用（4）提高蛋白质的热稳定性（P96拓展提升）

蛋白质工程被广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶。如枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。迄今为止，利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种，从中可能筛选出一些符合工业化生产需求的突变体，从而提高这种酶的使用价值。3、农业方面（1）改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加粮食的产量。（2）利用蛋白质工程的思路设计优良微生物农药，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。2、其他工业方面蛋白质工程的应用《学法》P91-92自学检测、应用提升

蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要是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。要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。由计算机建立的血红蛋白三维结构模型三级结构一级结构四级结构二级结构蛋白质工程的现状

能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的宿主细胞中，让宿主细胞生产人类所需要的蛋白质食品呢？

理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。利用改造后的动物细胞、微生物细胞等可以生产人类需要的蛋白质，但这些蛋白质往往都是自然界中已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来的、自然界中不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对大多数蛋白质的高