【课件】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3.pptx

《【课件】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3.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【课件】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3.pptx（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第3章 基因工程3.4 蛋白质工程的原理和应用学习目标l蛋白质工程的基本原理l蛋白质工程的实际应用蛋白质工程崛起的缘由课本P93基因工程的实质及局限性基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它它原本不能产生的蛋白质原本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。，进而表现出新性状。基因工程基因工程原则上原则上只能生产自然界中只能生产自然界中已经存在的蛋白质已经存在的蛋白质2.基因工程的局限性天然蛋白质的缺陷：天然蛋白质的缺陷：天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它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

2、功能们的结构和功能符合特定物种生存的需要符合特定物种生存的需要，却，却不一定完全符合人类生产不一定完全符合人类生产和生活的需要和生活的需要1.基因工程的实质蛋白质工程课本P93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改造或合成基因改造现有蛋白质，或制造一种新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基础操作方法及对象结果目的操作对象：结果：与基因工程的关系：理论和技术：练习课本P92下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是()A.分析蛋白质分子的结构是蛋白质工程的研究

3、内容之一B.蛋白质工程只能生产自然界中已经存在的蛋白质C.蛋白质工程崛起的原因是天然蛋白质不能够完全满足人类生产、生活的需要D.蛋白质工程可以制造一种新的蛋白质，也可以对现有的蛋白质进行改造蛋白质工程课本P93-94实例：对天然酶的改造赖氨酸合成赖氨酸合成调控调控达到一定浓度达到一定浓度两种酶的活性两种酶的活性352352位的位的苏氨酸苏氨酸变变成成异亮氨酸异亮氨酸二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶+104104位的位的天冬酰胺天冬酰胺变变成成异亮氨酸异亮氨酸赖氨酸含量抑制抑制提高提高提高提高限制限制提高提高提高提高5倍倍提高提高2倍倍问题：白质工程是怎样进行的呢

4、？蛋白质工程的基本原理课本P941.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，由于基因决定蛋白质，因此，对蛋白质的结构进行设计改造，最终通过改造或合成基因来完成2.天然蛋白质合成过程：按照中心法则思考：为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大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是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质基因可以遗传，蛋白质无法遗传基因可以遗传，蛋白质无法遗传蛋白质工程的基本原理课本P94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

5、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生物功能转录翻译折叠行使mRNA预期功能设计蛋白质（三维结构）推测改造或合成目的基因多肽链思考：与中心法则的关系？思考：与中心法则的关系？蛋白质工程是中心法则的逆推蛋白质工程的基本原理课本P94某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸问题问题:怎样得出决定这一段肽链的怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列？请把相应的请把相应的碱基序列碱基序列写出来。写出来。查密码子表得知：推知mRNA序列为：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(A

6、AA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）GCU（或C或A或G）UGG AAA（或G）GAA（或G）UUU（或C）思考讨论 蛋白质工程基本思路的应用蛋白质工程的基本原理课本P94某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸推知mRNA序列为：GCU(或C或A或G)UGG AAA(或G)GAA(或G)UUU(或C）思考讨论 蛋白质工程基本思路的应用脱氧核苷酸序列GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA(或G)TTT(或C)CGA(或G或T或C)ACC TTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)问题问题:确定目的基因的

7、碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等项目蛋白质工程基因工程区别 起点过程实质结果应用及现状联系预期蛋白质功能预期蛋白质功能目的基因目的基因预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列推测脱氧核苷酸序列推测脱氧核苷酸序列合成合成DNADNA表达出蛋白质表达出蛋白质目的基因的筛选与获取目的基因的筛选与获取基基因表因表达载体达载体的的构建构建导入受体细胞导入受体细胞目的基因的检测与鉴定目的基因的检

8、测与鉴定通过通过改造相应的基因改造相应的基因达到对蛋白质进行达到对蛋白质进行改造的目的改造的目的基因重组基因重组可以创造出自然界不存在的蛋白质可以创造出自然界不存在的蛋白质生产自然界已存在的蛋白质生产自然界已存在的蛋白质主要集中在对现有蛋白质进行改造主要集中在对现有蛋白质进行改造对创造新的蛋白质还有许多技术难题未对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少们对此知之甚少已被广泛应用，如转基因植物、已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化动物、药品生产等已商业化蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预

9、期蛋白质蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质蛋白质工程是蛋白质工程是在基因工程的基础上在基因工程的基础上，延伸出来的，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程【思考】如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？是否合成是否合成新的基因新的基因蛋白质工程蛋白质工程是否对原是否对原有基因进有基因进行改造行改造是是否否是是否否蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程看看蛋蛋白白质质看看基基因因是否为天是否为天然蛋白质然蛋白质是是否否蛋白质工程蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质工程的应用课本P95(1)研发速效胰岛素类似物预期预期功能功能降低降低胰岛素胰岛素的的聚合作用聚合作用设计设计结构结

10、构改变改变B B链第链第20202929位位氨基酸组成氨基酸组成新胰岛新胰岛素基因素基因改造改造B28B28位脯氨酸位脯氨酸替换替换为天为天冬氨酸或将它与冬氨酸或将它与B29B29位位的赖氨酸的赖氨酸交换位置交换位置推测推测序列序列转录转录mRNAmRNA翻译翻译多肽链多肽链预期结构预期结构折叠等折叠等天然天然蛋白蛋白质易形成质易形成二聚体二聚体或或六聚体六聚体阻碍胰岛素从注射部位进入阻碍胰岛素从注射部位进入血液，延缓了降血糖作用血液，延缓了降血糖作用行使功行使功能能速效胰岛素类似物速效胰岛素类似物有效有效抑制抑制胰岛素的胰岛素的聚合聚合1.医药工业方面：蛋白质工程的应用课本P95(2)延长干

11、扰素体外保存时间 干扰素是动物体内的一种蛋白质体，可以用于治疗病毒的感染和癌症，干扰素是动物体内的一种蛋白质体，可以用于治疗病毒的感染和癌症，但在体外保存却相当困难。但在体外保存却相当困难。天然天然干扰素干扰素不易保存不易保存改造改造新干扰新干扰素素基因基因预期预期功能功能延长延长保保存时间存时间设计设计结构结构氨基酸氨基酸替换替换一个一个半胱氨酸半胱氨酸变成变成丝氨酸丝氨酸推测推测序列序列预期预期结构结构转录转录mRNAmRNA折叠折叠翻译翻译多肽链多肽链行使行使功能功能在在-70-70下可以下可以保保存半年存半年1.医药工业方面：蛋白质工程的应用课本P95(3)降低人对小鼠单抗隆抗体的免疫

12、反应1.医药工业方面：医学问题：小鼠单克隆抗体会使人体产生免疫反应，从而导致治疗效果大大降低解决办法：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降低很多蛋白质工程的应用课本P95广泛用于广泛用于改进酶的性能改进酶的性能或或开发新的工业用酶开发新的工业用酶 如如枯草杆菌蛋白酶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，利用业等。迄今为止，利用蛋白质工程蛋白质工程获得的该酶的获得的该酶的突变体突变体已有上百种，从中可已有上百种，从中可

13、能能筛选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使用价值。2.其他工业方面的运用：第二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。第一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；3.农业工业方面的运用：生物防治蛋白质工程的发展课本P95蛋白质工程是一项 的工程。难度很大前景展望：科学家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。主要原因：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

14、复杂。三级结构一级结构四级结构二级结构蛋白质工程的基本操作程序正确的是（）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并改变相对应的脱氧核苷酸序列或合成新的基因获得所需要的蛋白质A.B.C.D.练习练习一、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。（）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D课本P96练习课本P963.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A