【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

蛋白质工程的原理和应用图片来源：百度图片发光水母发光细菌图片来源：百度图片图片来源：百度图片基因工程的基本操作程序[日]下村修[美]钱永健[美]查尔菲三人在发现和研究绿色荧光蛋白(GFP)方面有突出成就，获得2008年诺贝尔化学奖。①获取绿色荧光蛋白基因②基因表达载体的构建③将重组载体导入细菌④检测与鉴定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二氢吡啶二羧酸合成酶苏氨酸→异亮氨酸天冬酰胺→异亮氨酸提高5倍!提高2倍!

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2：如何设计和改造蛋白质？能不能直接对蛋白质进行改造？②与对蛋白质改造相比，基因改造难度更小，更容易操作。①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2：如何设计和改造蛋白质？基因工程：目的基因已知功能天然蛋白质蛋白质工程：设计蛋白质预期功能所需蛋白质改造基因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→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（基因）或合成新的基因→获得所需要的蛋白质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多肽链借助计算机建立模型X射线衍射技术基因的定点突变技术视频来源：/imeREU3/2020年AlphaFold

2（源自Google的Deepmind团队，曾设计过阿尔法狗）可实现精准预测蛋白质的三维结构氨基酸序列mRNA序列基因序列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：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出来。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

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某多肽链的一段氨基酸序列是：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出来。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？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。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。蛋白质工程的应用医药工业方面·速效胰岛素研发

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。研究人员采用一些方法抑制胰岛素的聚合，由此研发出速效胰岛素类似物。速效胰岛素（赖脯胰岛素注射液，B28脯氨酸与B29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医药工业方面·速效胰岛素研发·可长期保存的干扰素干扰素的三个半胱氨酸易发生二硫键错配，性质不稳定。若将17位半胱氨酸替换为丝氨酸，即可提高稳定性。β-干扰素氨基酸序列（源自Genbank）蛋白质工程的应用医药工业方面·速效胰岛素研发·可长期保存的干扰素·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医药工业方面·速效胰岛素研发·可长期保存的干扰素·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（如适应范围更广的枯草杆菌蛋白酶）酶制剂在食品工业、医药工业等方面都有广泛的应用。现在，酶制剂的生产已经形成一个市场可观的新兴产业。蛋白质工程的应用又为酶制剂产业的发展提供了强大助力。请查阅资料，了解我们酶制剂产业发展的现状与趋势，分析蛋白质工程在酶制剂产业中的作用。枯草杆菌蛋白酶图片来源：百度图片蛋白质工程的应用医药工业方面·速效胰岛素研发·可长期保存的干扰素·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（如适应范围更广