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（共17张ppt）
文档属性
| 名称 | 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（共17张ppt） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 6.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-07-09 09:33:35 | ||
图片预览
文档简介
(共17张PPT)
基
因
工
程
重组DNA技术的基本工具
基因工程的基本操作程序
基因工程的应用
蛋白质工程的原理和应用
第4节 蛋白质工程的原理和应用
三
级
结
构
一
级
结
构
四
级
结
构
二
级
结
构
从社会中来
用细菌 “画”的画
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？
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。
基 础
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
途 径
改造或合成基因
目 的
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。
对 象
基因
蛋白质工程崛起的缘由
基因工程的实质
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。
基因工程的不足
只能生产自然界已存在的蛋白质
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。
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
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。
赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
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）
玉米中赖氨酸含量提高数倍
改造
改造
蛋白质工程的基本原理
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。
原 理
由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。
天然蛋白质合成的过程：
基因 表达（转录和翻译） 形成具有特定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
蛋白质工程是怎样的呢
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
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
思考
蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程的不同点？
基因工程是遵循中心法则，DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
蛋白质工程的思路：
确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，创造出自然界不存在的蛋白质
如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？
是否合成新的基因
蛋白质工程
是否对原有基因进行改造
是
否
是
否
蛋白质工程
基因工程
看蛋白质
看基因
是否为天然蛋白质
是
否
蛋白质工程
基因工程
确定基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？
基因定点诱变技术的示意图
适应范围：
空间结构完全清楚的蛋白质
操作方法：
PCR法
天然蛋白质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
转录
mRNA
折
叠
预期功能
行使功能
降低胰岛素的聚合作用
设计结构
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
蛋白质工程的应用
1、研发速效胰岛素类似物已经在临床上广泛应用
2.医药卫生方面——延长干扰素体外保存时间
天然干扰素不易保存
预期结构
改 造
一个半胱氨酸变成丝氨酸
新干扰素基因
转录
mRNA
折
叠
预期功能
行使功能
延长保存时间
设计结构
氨基酸替换
推测序列
翻译
多肽链
在-70℃下可以保存半年
通过__________，将小鼠抗体上___________的区域（即_______）“嫁接”到_________（即________）上，经过这样改造的抗体 __________________________。
改造基因
结合抗原
可变区
人的抗体
恒定区
诱发免疫反应的强度就会降低很多
①改进酶的性能或开发新的工业用酶。
②尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加
粮食的产量。
③改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。
4.其他
3.降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要原因是：
蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。
5.蛋白质工程现状
思考
为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？
①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大。
②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质。
③基因可以遗传，蛋白质无法遗传。
蛋白质工程概述
蛋白质工程的原理和应用
蛋白质工程崛起的缘由
蛋白质工程的基本原理
蛋白质工程的应用
课堂小结
基
因
工
程
重组DNA技术的基本工具
基因工程的基本操作程序
基因工程的应用
蛋白质工程的原理和应用
第4节 蛋白质工程的原理和应用
三
级
结
构
一
级
结
构
四
级
结
构
二
级
结
构
从社会中来
用细菌 “画”的画
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？
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。
基 础
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系
途 径
改造或合成基因
目 的
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。
对 象
基因
蛋白质工程崛起的缘由
基因工程的实质
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。
基因工程的不足
只能生产自然界已存在的蛋白质
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。
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
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。
赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
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）
玉米中赖氨酸含量提高数倍
改造
改造
蛋白质工程的基本原理
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。
原 理
由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。
天然蛋白质合成的过程：
基因 表达（转录和翻译） 形成具有特定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
蛋白质工程是怎样的呢
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
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
思考
蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程的不同点？
基因工程是遵循中心法则，DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。
蛋白质工程的思路：
确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，创造出自然界不存在的蛋白质
如何辨别一个操作是基因工程还是蛋白质工程？
是否合成新的基因
蛋白质工程
是否对原有基因进行改造
是
否
是
否
蛋白质工程
基因工程
看蛋白质
看基因
是否为天然蛋白质
是
否
蛋白质工程
基因工程
确定基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？
基因定点诱变技术的示意图
适应范围：
空间结构完全清楚的蛋白质
操作方法：
PCR法
天然蛋白质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
转录
mRNA
折
叠
预期功能
行使功能
降低胰岛素的聚合作用
设计结构
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
蛋白质工程的应用
1、研发速效胰岛素类似物已经在临床上广泛应用
2.医药卫生方面——延长干扰素体外保存时间
天然干扰素不易保存
预期结构
改 造
一个半胱氨酸变成丝氨酸
新干扰素基因
转录
mRNA
折
叠
预期功能
行使功能
延长保存时间
设计结构
氨基酸替换
推测序列
翻译
多肽链
在-70℃下可以保存半年
通过__________，将小鼠抗体上___________的区域（即_______）“嫁接”到_________（即________）上，经过这样改造的抗体 __________________________。
改造基因
结合抗原
可变区
人的抗体
恒定区
诱发免疫反应的强度就会降低很多
①改进酶的性能或开发新的工业用酶。
②尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加
粮食的产量。
③改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。
4.其他
3.降低人对小鼠单克隆抗体的免疫反应
蛋白质工程是一项难度很大的工程，主要原因是：
蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。
5.蛋白质工程现状
思考
为什么蛋白质工程改造基因而不是直接改造蛋白质？
①蛋白质的高级结构十分复杂，直接改造难度大。
②蛋白质是由基因编码的，改造了基因可以间接改造蛋白质。
③基因可以遗传，蛋白质无法遗传。
蛋白质工程概述
蛋白质工程的原理和应用
蛋白质工程崛起的缘由
蛋白质工程的基本原理
蛋白质工程的应用
课堂小结