高中生物学人教版选择性必修3：3.4 蛋白质工程的原理和应用-教学课件(共19张PPT)
文档属性
| 名称 | 高中生物学人教版选择性必修3：3.4 蛋白质工程的原理和应用-教学课件(共19张PPT) |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 6.3MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2024-07-25 15:08:03 | ||
图片预览
文档简介
(共19张PPT)
蛋白质工程的原理和应用
图片来源：百度图片
发 光 水 母
发光细菌
基因工程的基本操作程序
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
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。
[美]查尔 [美]钱永
菲 图建源：百度图片
修
The 2004 palette of nonoligomerizing fluorescent proteins
GFP-derived mRFP1-derived Evolved by SHM
Exc.38043345248851647804540548554568574587595596605590 nm Em.440475505509529537562553562581585596610620625636648 nm
图片来源：百度图片
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：《生物学》人教版选择性必修3
用细菌“画”的画
a 3.
05 rap
mcher
YFP(C
mStrav
mHone
asp
mG
EG
Ec
um
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。
普通王米 赖氨酸含量较低
天冬氨酸激酶 苏氨酸→异亮氨酸 提高5倍
二氢吡啶二羧酸合成酶天冬酰胺 →异亮氨酸提高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。
能不能直接对蛋
思考2:如何设计和改造蛋白质 o O 白质进行改造
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。
② 与对蛋白质改造相比，基因改造难度更小，更容易操作。
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： 目的基因一→天然蛋白质 —→→已知功能
蛋白质工程： 设计蛋白质 — → 改造基因 — →所需蛋白质 —预期功能
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
借助计算机建立模型 氨基酸序列 — →mRNA序列 — →基因序列
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
AlphaFold DB today
200M+Structures
AlphaFold DB prevlously -IM Structures
Experimental(PDB)today 190K Structures
视频来源：https://v.douyin.com/imeRE
讨论
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。
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：
丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸
苯丙 氨酸
第一个 碱基 第二个碱基
第三个 碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止 硒代半胱氨 色氨酸 酸①
U
C
A
G
亮氨酸 亮氨酸
CGA/G/T/C GCT/C/A/G TTT/C ACC TGG 丙氨酸 丙氨酸 TTT/
AAA/G
谷氨酸 谷氨酸
mRNA:GCU/C/A/G 壳要酸 亮氨酸 UGG 用氨酸 脯氨酸
C
安 酰 妝
氨酰胺
……-丙氨酸一色氨酸一赖氨酸一谷氨酸一苯丙氨酸-……
缬氨酸、甲硫 氨酸(起始②)
A
精氨酸 G
GAA/G UUL
悄安收
CTT
GAA/
图 片 来 源：《生物学》人教版必修 2
甘氨酸 甘氨酸
DNA:
缬氨酸
A
G
G
C
讨论
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 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。
蛋白质工程基本思路的应用
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
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。
图片来源：百度图片
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
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。
MSYNLLGFLQ
RSSNFQOQKL
LWQLNGRLEY
CLKDRMNFDI
PEEIKQLQQF
QKEDAALNIY
EMLQNIFAIF
RQDSSSTGWN
ETIVENLLAN
VYHQINHLKT
VLEEKLEKED
FTRGKLMSSL
HLKRYYGRIL
HYLKAKEYSH
OAWTIVRVEI
LRNFYFINRL
TGYLRN
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
Mouse Chimeric Humanized Human
小 鼠 单 抗 人 鼠 嵌 合 抗 体 人 体 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)
有宁庞博生物工程有限公司
uWING PANGBO BI0L0GICAL ENGINEERING C0..Lm
枯草芽孢杆菌蛋白酶 (中性蛋白酶)
净含量：1000g
1 1方u/
0202316A291
1024291
图片来源百度图片
枯草杆菌蛋白酶
,
的 生观程 的 请 制 势剂
玄 应 广 白 白 上 正 齐
准，025594-201
证编号：it13-217-0000
中面生物工程有公
要白装，净含量：1000克簧.
t
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
开 展 蛋 白 质 工 程 研 究 的 原 因
蛋 白 质 工 程 的 操 作 对 象
蛋 白 质 工 程 的 原 理 蛋白质工程的基本思路
与 蛋 白 质 工 程 相 关 的 技 术
蛋 白 质 工 程 的 应 用
本节小结
蛋白质工程
感谢同学们的认真
听 讲 ：
蛋白质工程的原理和应用
图片来源：百度图片
发 光 水 母
发光细菌
基因工程的基本操作程序
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
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。
[美]查尔 [美]钱永
菲 图建源：百度图片
修
The 2004 palette of nonoligomerizing fluorescent proteins
GFP-derived mRFP1-derived Evolved by SHM
Exc.38043345248851647804540548554568574587595596605590 nm Em.440475505509529537562553562581585596610620625636648 nm
图片来源：百度图片
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：《生物学》人教版选择性必修3
用细菌“画”的画
a 3.
05 rap
mcher
YFP(C
mStrav
mHone
asp
mG
EG
Ec
um
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。
普通王米 赖氨酸含量较低
天冬氨酸激酶 苏氨酸→异亮氨酸 提高5倍
二氢吡啶二羧酸合成酶天冬酰胺 →异亮氨酸提高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。
能不能直接对蛋
思考2:如何设计和改造蛋白质 o O 白质进行改造
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。
② 与对蛋白质改造相比，基因改造难度更小，更容易操作。
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： 目的基因一→天然蛋白质 —→→已知功能
蛋白质工程： 设计蛋白质 — → 改造基因 — →所需蛋白质 —预期功能
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
借助计算机建立模型 氨基酸序列 — →mRNA序列 — →基因序列
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
AlphaFold DB today
200M+Structures
AlphaFold DB prevlously -IM Structures
Experimental(PDB)today 190K Structures
视频来源：https://v.douyin.com/imeRE
讨论
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。
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：
丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 谷氨酸
苯丙 氨酸
第一个 碱基 第二个碱基
第三个 碱基
U C A G
U 苯丙氨酸 苯丙氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 酪氨酸 酪氨酸 终止 终止 半胱氨酸 半胱氨酸 终止 硒代半胱氨 色氨酸 酸①
U
C
A
G
亮氨酸 亮氨酸
CGA/G/T/C GCT/C/A/G TTT/C ACC TGG 丙氨酸 丙氨酸 TTT/
AAA/G
谷氨酸 谷氨酸
mRNA:GCU/C/A/G 壳要酸 亮氨酸 UGG 用氨酸 脯氨酸
C
安 酰 妝
氨酰胺
……-丙氨酸一色氨酸一赖氨酸一谷氨酸一苯丙氨酸-……
缬氨酸、甲硫 氨酸(起始②)
A
精氨酸 G
GAA/G UUL
悄安收
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GAA/
图 片 来 源：《生物学》人教版必修 2
甘氨酸 甘氨酸
DNA:
缬氨酸
A
G
G
C
讨论
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 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。
蛋白质工程基本思路的应用
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
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。
图片来源：百度图片
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
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。
MSYNLLGFLQ
RSSNFQOQKL
LWQLNGRLEY
CLKDRMNFDI
PEEIKQLQQF
QKEDAALNIY
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ETIVENLLAN
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VLEEKLEKED
FTRGKLMSSL
HLKRYYGRIL
HYLKAKEYSH
OAWTIVRVEI
LRNFYFINRL
TGYLRN
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
Mouse Chimeric Humanized Human
小 鼠 单 抗 人 鼠 嵌 合 抗 体 人 体 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)
有宁庞博生物工程有限公司
uWING PANGBO BI0L0GICAL ENGINEERING C0..Lm
枯草芽孢杆菌蛋白酶 (中性蛋白酶)
净含量：1000g
1 1方u/
0202316A291
1024291
图片来源百度图片
枯草杆菌蛋白酶
,
的 生观程 的 请 制 势剂
玄 应 广 白 白 上 正 齐
准，025594-201
证编号：it13-217-0000
中面生物工程有公
要白装，净含量：1000克簧.
t
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
开 展 蛋 白 质 工 程 研 究 的 原 因
蛋 白 质 工 程 的 操 作 对 象
蛋 白 质 工 程 的 原 理 蛋白质工程的基本思路
与 蛋 白 质 工 程 相 关 的 技 术
蛋 白 质 工 程 的 应 用
本节小结
蛋白质工程
感谢同学们的认真
听 讲 ：