名师课件：高中生物人教版 选择性必修三第三章第四节蛋白质工程的原理和应用

2021第4节蛋白质工程的原理和应用用细菌“画”的画思考：科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢?

你见过用细菌画画吗？右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，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。

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。从社会中来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，以满足人类的生产和生活的需求。是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。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。---第二代基因工程基础：了解蛋白质的结构和功能途径：目的：改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要改造基因（基因修饰或基因合成）一、蛋白质工程崛起的缘由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。原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。基因工程的实质基因工程的不足玉米中赖氨酸的含量较低，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。二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）改造改造天然蛋白质的不足天然蛋白质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。二、蛋白质工程的基本原理1、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、原理：改造基因（基因修饰或基因合成）3、流程：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）蛋白质（三维结构）预期功能生物功能翻译折叠行使转录设计推测改造或合成mRNA目的基因通过改造或合成基因，定向改造现有蛋白质，或制造新的蛋白质。实质生产出自然界没有的蛋白质。结果天然蛋白质的合成途径：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应的脱氧核苷酸序列(基因)蛋白质工程的途径：（基因工程）遵循中心法则某多肽链的一段氨基酸序列是：思考：1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?2.确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造目的基因？思考·讨论丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸赖氨酸天然胰岛素制剂容易形成二聚体或六聚体，皮下注射后延缓疗效。科学家通过对胰岛素的改造，有效抑制了胰岛素的聚合，研发出的速效胰岛素类似物产品已在临床上广泛应用。前景诱人二、蛋白质工程的应用利用蛋白质工程研发药物。干扰素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，则在-70℃的条件下可保存半年。小鼠单克隆抗体会使人产生免疫反应，将小鼠抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，其诱发免疫反应的强度会减低很多。医药工业方面迄今为止，利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种，从中可筛选出一些符合工业化生产需求的突变体。蛋白质工程广泛用于改进酶的性能或开发新的工业酶。其他工业方面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。如改造某些参与调控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加粮食产量；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，增强其防治病虫害的效果。农业方面蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，高级结构非常复杂。血红蛋白的三维结构模型要设计出更符合人类需要的蛋白质还需不断地攻坚克难。随着科技的发展，蛋白质工程将会给人带来更多的福祉。难度很大课堂总结蛋白质工程崛起的缘由2蛋白质工程的基本原理1蛋白质工程的应用3定义；实质；结果医药工业方面；其他工业方面；农业方面基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。二代基因工程前景诱人，难度很大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________________