第4节 蛋白质工程的原理和应用 课件（共19张PPT1个视频）
文档属性
| 名称 | 第4节 蛋白质工程的原理和应用 课件（共19张PPT1个视频） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 13.6MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-05-19 15:56:43 | ||
图片预览
文档简介
(共19张PPT)
蛋白质工程的原理和应用
年 级：高二年级
学 科：生物学（人教版）
图片来源：百度图片
发光水母
图片来源：百度图片
发光细菌
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：https://v.douyin.com/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/C
CGA/G/T/C ACC TTT/C CTT/C AAA/G
DNA：
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
（如适应范围更广的枯草杆菌蛋白酶）
农业方面
·改造参与调控光合作用的酶
·设计优良微生物农药
蛋白质工程
开展蛋白质工程研究的原因
蛋白质工程的原理
蛋白质工程的应用
蛋白质工程的操作对象
蛋白质工程的基本思路
与蛋白质工程相关的技术
本节小结
感谢同学们的认真听讲！
蛋白质工程的原理和应用
年 级：高二年级
学 科：生物学（人教版）
图片来源：百度图片
发光水母
图片来源：百度图片
发光细菌
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：https://v.douyin.com/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/C
CGA/G/T/C ACC TTT/C CTT/C AAA/G
DNA：
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
（如适应范围更广的枯草杆菌蛋白酶）
农业方面
·改造参与调控光合作用的酶
·设计优良微生物农药
蛋白质工程
开展蛋白质工程研究的原因
蛋白质工程的原理
蛋白质工程的应用
蛋白质工程的操作对象
蛋白质工程的基本思路
与蛋白质工程相关的技术
本节小结
感谢同学们的认真听讲！