3.4 蛋白质工程的原理和应用的课件高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

3.4蛋白质工程的原理和应用课标要求1.概述人们根据基因工程原理，进行蛋白质设计和改造，可以获得性状和功能更符合人类需求的蛋白质2.举例说明依据人类需要对原有蛋白质结构进行基因改造、生产目标、蛋白的过程素养目标1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。(生命观念)2.概述蛋白质工程的基原理。(生命观念）3.用蛋白质工程技术，解决实际问题。(社会责任)从社会中来

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那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？【提示】科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为略氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物一一黄色荧光蛋白。一、蛋白质工程崛起的缘由（一）基因工程1.基因工程的实质2.基因工程的不足在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。（二）天然蛋白质的不足

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。

如玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。蛋白质工程崛起的缘由达到一定浓度352位的苏氨酸变成异亮氨酸赖氨酸合成调控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两种酶的活性抑制提高提高赖氨酸含量限制提高（二）天然蛋白质的不足玉米中赖氨酸含量比较低提高玉米中赖氨酸的含量如何？蛋白质工程崛起的缘由

例如：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。改造干扰素（半胱氨酸）体外很难保存干扰素（丝氨酸）延长体外保存时间体外-70℃保存半年（二）天然蛋白质的不足蛋白质工程崛起的缘由（三）蛋白质工程的目的生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。

对天然蛋白质进行改造，你认为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？为什么？蛋白质工程崛起的缘由第一个碱基第二个碱基第三个碱基UCAGU半胱氨酸半胱氨酸终止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸天冬酰胺天冬酰胺赖氨酸赖氨酸丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸UCAG蛋白质工程崛起的缘由应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：

（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。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还是无法遗传的。

（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。蛋白质工程是怎么样进行的呢？（四）对蛋白质的改造要从基因着手的原因蛋白质工程崛起的缘由思考：对天然的蛋白质进行改造，为什么不对蛋白质直接进行改造，而要通过基因工程呢？基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质；改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传；改造基因比改造蛋白质更容易操作。二、蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的、自然界中没有的蛋白质蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链基因DNA预期功能DNA合成分子设计mRNA生物功能转录翻译折叠蛋白质工程的流程：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应的脱氧核苷酸序列基因工程蛋白质工程相同点都要改造基因，都属于分子水平产生新的基因型，无新基因基因（型）产生的蛋白质原有的新的联系蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸比较基因工程和蛋白质工程：研发速效胰岛素类似物提高干扰素的保存期改造抗体改造酶（工业、农业）01020304三、蛋白质工程的应用行使功能设计结构①实例1：研发速效胰岛素类似物天然胰岛素易形成二聚体或六聚体预期结构改造B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置新胰岛素基因mRNA折叠预期功能降低胰岛素的聚合作用改变B链第20～29位氨基酸组成推测序列翻译多肽链有效抑制胰岛素的聚合转录蛋白质工程的应用天然干扰素（体外保存困难）改造后的干扰素（-70℃可保存半年）半胱氨酸丝氨酸②实例2：延长干扰素体外保存时间蛋白质工程的应用医学问题：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减低很多。③实例3：制备人鼠嵌合抗体蛋白质工程的应用在工业方面的应用突变体在农业方面的应用（1）尝试改造某些调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。（2）改造微生物蛋白质的结构，使其防治病虫害的效果增强。广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶蛋白质工程的应用（1）改进酶的性能，从而提高其使用价值。如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的_________，从中筛选出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。练一练1．下列关于蛋白质工程的说法，不正确的是（）A．蛋白质工程能将人抗体的某些区段替代鼠单克隆抗体的某些区段，降低人对鼠单克隆抗体的免疫反应B．蛋白质工程可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性等加以改变C．理论上通过对关键氨基酸的转换与增删是进行蛋白质工程的唯一方法D．蛋白质工程的崛起的原因主要是工业生产和基础理论研究的需要C练一练2．基因工程与蛋白质工程的区别是（）A．基因工程需对基因进行分子水平的操作，蛋白质工程不对基因进行操作B．基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的不是天然存在的蛋白质C．基因工程是分子水平的操作，蛋白质工程是细胞水平（或性状水平）的操作D．基因工程完全不同于蛋白质工程B练一练3．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在－70℃下保存半年，给广大患者带来福音。（1）蛋白质的合成是受基因控制的，因此获得能够控制合成“可以保存的干扰素”的基因是生产的关键，依据蛋白质工程原理，设计实验流程，让动物生产“可以保存的干扰素”。（2）和蛋白质工程相比，基因工程在原则上只能生产_____________的蛋白质，不一定符合人类生产和生活的需要。而蛋白质工程是以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过______或_________，来______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需要。蛋白质三维结构预期蛋白质的功能应有的氨基酸序列相应的脱氧核苷酸序列（基因）设计推测合成自然界已存在改造合成基因改造练一练3．干扰素是动物体内合成的一种蛋白质，可以用于治疗病毒感染和癌症，但体外保存相当困难，如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，就可在－70℃下保存半年，给广大患者带来福音。（3）蛋白质工程实施的难度很大，原因是蛋白质具有十分复杂的_______结构。（4）对天然蛋白质进行改造，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？________________________。原因是______________________________________________。（5）若要利用大肠杆菌生产干扰素，则需用到的生物