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 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2022-08-06 18:33:01 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
蛋白质工程的原理和应用
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位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物--黄色荧光蛋白。
从社会中来
1.为什么细菌可以“画"出美妙图案？
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。
2.那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？
▌以上技术基因工程可否完成？
基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质。
——目前绿色荧光蛋白可以在多种生物体内表达。
蛋白质工程崛起的缘由
——但是黄色荧光蛋白是一种全新的蛋白质。
▌蛋白质工程：
目的是改造现有蛋白质，
或制造一种新的蛋白质，
满足人类生产生活的需求。
蛋白质工程崛起的缘由
发出绿色荧光的细菌
发出黄色荧光的细菌
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
两种酶活性
抑制
提高
提高
玉米中赖氨酸含量较低
提高玉米中赖氨酸的含量
如何？
蛋白质工程崛起的缘由
▌对天然蛋白质进行改造，你认为是直接对蛋白质分子进行操作吗？为什么？
改造或制造一种新的蛋白质满足需求。
但直接操作的对象依旧是基因(基因修饰或基因合成)！！
蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程
蛋白质工程的基本原理
蛋白质工程的基本原理
① 预期蛋白质功能 ( 科学家打算改造图中的蛋白酶使其在高温条件下依旧有效 )
② 设计预期蛋白质结构 ( 如通过设计更多的二硫键增强其耐高温性质 )
③ 推测应有的氨基酸序列 ( 比对原蛋白质的氨基酸序列，把 3 号氨基酸改成有氢硫基的半胱氨酸 )
④ 找到对应的脱氧核苷酸序列 ( 根据密码子表反推基因的序列 )。
蛋白质工程的基本原理
2.写出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，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。
1.讨论：怎么样能够写出三种决定“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。请同学们上来写！
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
蛋白质工程的基本原理
旁栏学科交叉：基因定点诱变技术的理解
项目 内容
条件 原料
酶
引物
能量 ＡＴＰ
操作方法 ＰＣＲ法
结果
适应范围
后代中半数为诱变的ＤＮＡ分子
脱氧核苷酸
ＤＮＡ聚合酶和ＤＮＡ连接酶
含突变顺序的ＤＮＡ分子片段
空间结构完全清楚的蛋白质
蛋白质工程的基本原理
1. 胰岛素改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，阻碍胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用。
利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，生产出速效胰岛素。
蛋白质工程的应用
2.干扰素改造
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，但在体外保存却相当困难。
蛋白质工程的应用
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
3.生长激素改造
生长激素不仅可以结合细胞的生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。
通过改造第 18 和第 21 位 His( 组氨酸 ) 和第 17 位Glu( 谷氨酸 )，可使生长激素不与催乳激素受体结合，以降低副作用。
蛋白质工程的应用
4.抗体的改造
蛋白质工程的应用
5.其他实例
在已研究过的几千种酶中，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低（酸碱、有机溶剂、温度）。
蛋白质工程的应用
枯草杆菌蛋白酶
调控光合作用的酶
改造
改造
符合生产需要
提高光合速率和产量
微生物蛋白质
改造
更好地防治病虫害
▌下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，正确的是（ ）
A. 通过基因工程产生的蛋白质都符合人类需要
B. 通过基因工程能得到自然界中不存在的蛋白质
C. 蛋白质工程通常是对蛋白质结构进行直接改造
D. 蛋白质工程可以创造新的、自然界中不存在的蛋白质
5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②
D
实战演练
C
▌2013 广东/ 从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A. 合成编码目的肽的DNA 片段
B. 构建含目的肽DNA 片段的表达载体
C. 依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D. 筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
C
实战演练
蛋白质工程的原理和应用
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位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物--黄色荧光蛋白。
从社会中来
1.为什么细菌可以“画"出美妙图案？
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。
2.那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？
▌以上技术基因工程可否完成？
基因工程只能产生自然界已存在的蛋白质。
——目前绿色荧光蛋白可以在多种生物体内表达。
蛋白质工程崛起的缘由
——但是黄色荧光蛋白是一种全新的蛋白质。
▌蛋白质工程：
目的是改造现有蛋白质，
或制造一种新的蛋白质，
满足人类生产生活的需求。
蛋白质工程崛起的缘由
发出绿色荧光的细菌
发出黄色荧光的细菌
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
两种酶活性
抑制
提高
提高
玉米中赖氨酸含量较低
提高玉米中赖氨酸的含量
如何？
蛋白质工程崛起的缘由
▌对天然蛋白质进行改造，你认为是直接对蛋白质分子进行操作吗？为什么？
改造或制造一种新的蛋白质满足需求。
但直接操作的对象依旧是基因(基因修饰或基因合成)！！
蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程
蛋白质工程的基本原理
蛋白质工程的基本原理
① 预期蛋白质功能 ( 科学家打算改造图中的蛋白酶使其在高温条件下依旧有效 )
② 设计预期蛋白质结构 ( 如通过设计更多的二硫键增强其耐高温性质 )
③ 推测应有的氨基酸序列 ( 比对原蛋白质的氨基酸序列，把 3 号氨基酸改成有氢硫基的半胱氨酸 )
④ 找到对应的脱氧核苷酸序列 ( 根据密码子表反推基因的序列 )。
蛋白质工程的基本原理
2.写出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，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。
1.讨论：怎么样能够写出三种决定“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。请同学们上来写！
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
蛋白质工程的基本原理
旁栏学科交叉：基因定点诱变技术的理解
项目 内容
条件 原料
酶
引物
能量 ＡＴＰ
操作方法 ＰＣＲ法
结果
适应范围
后代中半数为诱变的ＤＮＡ分子
脱氧核苷酸
ＤＮＡ聚合酶和ＤＮＡ连接酶
含突变顺序的ＤＮＡ分子片段
空间结构完全清楚的蛋白质
蛋白质工程的基本原理
1. 胰岛素改造
天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，阻碍胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用。
利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，生产出速效胰岛素。
蛋白质工程的应用
2.干扰素改造
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，但在体外保存却相当困难。
蛋白质工程的应用
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
3.生长激素改造
生长激素不仅可以结合细胞的生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。
通过改造第 18 和第 21 位 His( 组氨酸 ) 和第 17 位Glu( 谷氨酸 )，可使生长激素不与催乳激素受体结合，以降低副作用。
蛋白质工程的应用
4.抗体的改造
蛋白质工程的应用
5.其他实例
在已研究过的几千种酶中，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低（酸碱、有机溶剂、温度）。
蛋白质工程的应用
枯草杆菌蛋白酶
调控光合作用的酶
改造
改造
符合生产需要
提高光合速率和产量
微生物蛋白质
改造
更好地防治病虫害
▌下列有关基因工程和蛋白质工程的叙述，正确的是（ ）
A. 通过基因工程产生的蛋白质都符合人类需要
B. 通过基因工程能得到自然界中不存在的蛋白质
C. 蛋白质工程通常是对蛋白质结构进行直接改造
D. 蛋白质工程可以创造新的、自然界中不存在的蛋白质
5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ ）
①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列
A．①②③④ B．④②①③
C．③①④② D．③④①②
D
实战演练
C
▌2013 广东/ 从某海洋动物中获得一基因，其表达产物为一种抗菌性和溶血性均较强的多肽P1。目前在P1 的基础上研发抗菌性强但溶血性弱的多肽药物，首先要做的是( )
A. 合成编码目的肽的DNA 片段
B. 构建含目的肽DNA 片段的表达载体
C. 依据P1氨基酸序列设计多条模拟肽
D. 筛选出具有优良活性的模拟肽作为目的肽
C
实战演练