【生物】蛋白质工程的原理和应用教学课件-2023-2024学年高二下人教版（2019）选择性必修3.pptx

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1、蛋蛋白白质质工工程程的的原原理理和和应应用用图片来源：百度图片发光水母发光细菌图图片片来来源源：百百度度图图片片图片来源：百度图片基因工程的基本操作程序基因工程的基本操作程序 日日 下村下村修修 美美 钱永钱永健健 美美 查尔查尔菲菲三人在发现和研究绿色荧光蛋白三人在发现和研究绿色荧光蛋白(GFP)(GFP)方面有突出成就，获得方面有突出成就，获得20082008年诺贝尔化学奖。年诺贝尔化学奖。获取绿色荧光蛋白基因获取绿色荧光蛋白基因基因表达载体的构建基因表达载体的构建将重组载体导入细菌将重组载体导入细菌检测与鉴定检测与鉴定绿色荧光蛋白基因绿色荧光蛋白基因图片来源：生物学人教版选择性必修3用细

2、菌“画”的画利用荧光蛋白使果蝇大脑的神经元产生不同荧光组成“脑虹”图片来源：百度图片 蛋白质工程蛋白质工程是指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。思考思考1 1：为什么要设计和改造蛋白质？基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而天然蛋白质不一基因工程原则上只能生产自然界中已存在的蛋白质，而天然蛋白质不一定能满足人类生产和生活的需要。定能满足人类生产和生活的需要。普通玉米赖氨酸含量较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸天冬酰胺天

3、冬酰胺异亮氨酸异亮氨酸提高5倍!提高2倍!蛋白质工程蛋白质工程是指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。思考思考2 2：如何设计和改造蛋白质？能不能直接对蛋能不能直接对蛋白质进行改造？白质进行改造？与对蛋白质改造相比，基因改造难度更小，更容易操作。与对蛋白质改造相比，基因改造难度更小，更容易操作。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传给下一代。但任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造无法遗传给下一代。但任何

4、一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造基因也就是对蛋白质进行改造，并且改造过的基因可以遗传下去。基因也就是对蛋白质进行改造，并且改造过的基因可以遗传下去。蛋白质工程蛋白质工程是指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。思考思考2 2：如何设计和改造蛋白质？基因工程：目的基因目的基因已知功能已知功能天然蛋白质天然蛋白质蛋白质工程：设计蛋白质设计蛋白质预期功能预期功能所需蛋白质所需蛋白质改造基因改造基因蛋白质工程是基因工程的延伸蛋白质工程是基因工程的延伸蛋白质工程的基本思路：从预期的蛋白质功能出发从预

5、期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构 推测应有的氨基酸推测应有的氨基酸序列序列 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 获获得所需要的蛋白质得所需要的蛋白质预期功能生物功能设计设计蛋白质蛋白质（三维结构）（三维结构）推测推测改造或合成改造或合成转录转录翻译翻译折叠折叠行使行使目的基因目的基因mRNAmRNA多肽链多肽链借助计算机建立模型借助计算机建立模型X X射线衍射技术射线衍射技术基因的定点突变技术基因的定点突变技术视频来源：https:/ 2 2（源自（源自GoogleGoogle的的Deepmi

6、ndDeepmind团团队，曾设计过阿尔法狗）队，曾设计过阿尔法狗）可实现精准预测蛋白质可实现精准预测蛋白质的三维结构的三维结构氨基酸序列氨基酸序列mRNAmRNA序列序列基因序列基因序列蛋白质工程基本思路的应用蛋白质工程基本思路的应用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：1.1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。出来。讨论讨论mRNA：GCU/C/A/G UGG AAA/G GAA/G UUU/CCGA/G/T/C ACC TTT/C CTT/C AAA/GDNA：GCT/C/A/G

7、 TGG AAA/G GAA/G TTT/C图片来源：生物学人教版必修2蛋白质工程基本思路的应用蛋白质工程基本思路的应用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：1.1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。出来。2.2.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？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？讨论讨论可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。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。对

8、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。蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用医药工业方面速效胰岛素研发速效胰岛素研发 天然胰岛素容易形成六聚体，一定程度天然胰岛素容易形成六聚体，一定程度延缓了胰岛素发挥疗效。研究人员采用一些延缓了胰岛素发挥疗效。研究人员采用一些方法抑制胰岛素的聚合，由此研发出速效胰方法抑制胰岛素的聚合，由此研发出速效胰岛素类似物。岛素类似物。速效胰岛素（赖脯胰岛素注射液，（赖脯胰岛素注射液，B28B28脯氨酸与脯氨酸与B29B29赖氨酸交换位置）赖氨酸交换位置）图片来源：百度图片胰岛素的六聚体图片来源：百度图片蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用医药工业方面速效胰

9、岛素研发速效胰岛素研发可长期保存的干扰素可长期保存的干扰素 干扰素的三个半胱氨酸干扰素的三个半胱氨酸易发生二硫键错配，性质不稳定。易发生二硫键错配，性质不稳定。若将若将1717位半胱氨酸替换为丝氨酸，位半胱氨酸替换为丝氨酸，即可提高稳定性。即可提高稳定性。-干扰素氨基酸序列（源自Genbank）蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用医药工业方面速效胰岛素研发速效胰岛素研发可长期保存的干扰素可长期保存的干扰素人鼠嵌合抗体人鼠嵌合抗体小鼠单抗人体抗体人鼠嵌合抗体图片来源：百度图片蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用医药工业方面速效胰岛素研发速效胰岛素研发可长期保存的干扰素可长期保存的干扰素人鼠嵌合抗体人鼠嵌

10、合抗体其他工业方面改进酶的性能或开发新的工业用酶改进酶的性能或开发新的工业用酶（如适应范围更广的枯草杆菌蛋白酶）（如适应范围更广的枯草杆菌蛋白酶）酶酶制制剂剂在在食食品品工工业业、医医药药工工业业等等方方面面都都有有广广泛泛的的应应用用。现现在在，酶酶制制剂剂的的生生产产已已经经形形成成一一个个市市场场可可观观的的新新兴兴产产业业。蛋蛋白白质质工工程程的的应应用用又又为为酶酶制制剂剂产产业业的的发发展展提提供供了了强强大大助助力力。请请查查阅阅资资料料，了了解解我我们们酶酶制制剂剂产产业业发发展展的的现现状状与与趋趋势势，分分析析蛋蛋白白质质工工程程在在酶酶制制剂剂产业中的作用。产业中的作用。枯草杆菌蛋白酶图片来源：百度图片蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用医药工业方面速效胰岛素研发速效胰岛素研发可长期保存的干扰素可长期保存的干扰素人鼠嵌合抗体人鼠嵌合抗体其他工业方面改进酶的性能或开发新的工业用酶改进酶的性能或开发新的工业用酶（如适应范围更广的枯草杆菌蛋白酶）（如适应范围更广的枯草杆菌蛋白酶）农业方面改造参与调控光合作用的酶改造参与调控光合作用的酶设计优良微生物农药设计优良微生物农药蛋白质工程蛋白质工程开展蛋白质工程研究的原因蛋白质工程的原理蛋白质工程的应用蛋白质工程的操作对象蛋白质工程的基本思路与蛋白质工程相关的技术本节小结本节小结