3.4 蛋白质工程的原理和应用 课件(共13张PPT) 2021-2022学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

(共13张PPT)
干扰素
知识回顾
蛋白质
在体外非常难以保存
玉米缺乏赖氨酸
基因工程
蛋白质工程
3.4 蛋白质工程的原理和应用
蛋白质工程的原理和应用
思考：
为什么会出现蛋白质工程？
1.基因工程的不足
A生物某基因
转入
B生物
表达
A生物某蛋白质
（已知的、已存在的）
：在原则上只能生产自然界中已经存在的蛋白质
2.天然蛋白质不一定符合人类生产和生活的需要
蛋白质工程出现
目的：
生产符合人类生产和生活需要的蛋白质
蛋白质工程的原理和应用
实例：
赖氨酸含量低
天冬氨酸（104位）
二氢吡啶二羧酸合成酶
需要
天冬氨酸激酶
赖氨酸的浓度会抑制
改造
异亮氨酸
（改造二氢吡啶二羧酸合成酶）
促进
赖氨酸提高
改造
苏氨酸（352位）
异亮氨酸
（改造天冬氨酸激酶）
促进
干扰素
体外很难保存
改造
（半胱氨酸）
丝氨酸
体外可以保存半年
蛋白质工程的原理和应用
自主学习
阅读书本，回答下列问题
蛋白质工程的概念
基础：
手段：
目的：
特点：
蛋白质分子的 及其与 的关系。
结构规律
生物功能
通过 ，来改造现有蛋白质或制造一种 。
生产能满足人类生产和生活的需求的蛋白质
在 基础上延伸出来的 。
基因工程
第二代基因工程
改造或合成基因
新的蛋白质
蛋白质工程改造的对象是基因还是蛋白质？为什么？
基因。改造基因易于操作，且改造后可遗传
蛋白质工程的原理和应用
蛋白质工程的基本原理
自主学习
阅读书本，回答下列问题
手段：
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
改造或合成基因
基本思路
请同学们回顾并默写出中心法则
蛋白质工程的原理和应用
合作探究
已知天然蛋白质的合成过程是按照中心法则进行的
中心法则：
蛋白质
转录
DNA
RNA
翻译
逆转录
盘曲折叠
具有空间结构的蛋白质
表达生物特有的功能或性状
肽链
而蛋白质工程却与其相反
氨基酸序列
找到并改造脱氧核苷酸序列
得到所需要的蛋白质
蛋白质工程的原理和应用
思考讨论
1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸虚列？请把相应的碱基序列写出来。
某多肽链的一段氨基酸序列是：
丙氨酸
色氨酸
赖氨酸
谷氨酸
苯丙氨酸
每种氨基酸都有对应的密码子，只要查密码子表就能将氨基酸蓄力的编码序列查出来。
丙氨酸 ： GCU、GCC、GCA、GCG
色氨酸： UGG
赖氨酸： AAA 、AAG
甲硫氨酸：AUG
苯丙氨酸：UUU 、UUC
由于氨基酸序列中有几个氨基酸是由多种密码子编码的，所以相应的碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列32种。
蛋白质工程的原理和应用
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，可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法获取。
根据改造蛋白质的部位的多少，对蛋白质的改造可分为三类：
a.制造出自然界中不存在的全新蛋白质
b.在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域
c.改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基
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____________________实现。
(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______的。
④⑤
①②③
转录
翻译
折叠
推测
改造合成
根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质
基因改造或基因合成
相反
的结构进行分子设计
蛋白质工程的原理和应用
蛋白质工程的应用
自主学习
阅读书本，回答下列问题
医药方面的应用
工业方面的应用
农业方面的应用
研发速效胰岛素类似物、提高干扰素的保存期、改造抗体
将小鼠单克隆抗体上结合抗原的区域“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。
改进 ，从而提高其使用价值或开发 。
酶的性能
新的工业用酶
包括：
改造某些 ，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
改造 ，使其防治病虫害的效果增强。
调控光合作用的酶
微生物蛋白质的结构
项目 蛋白质工程 基因工程
区别 过程
实质
结果
联系
蛋白质工程和基因工程的比较
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
通过改造或合成基因，定向改造或生产人们所需要的蛋白质
将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可产生本身不能产生的蛋白质基因重组
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
①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
②蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程
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
3.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
D
A