3.4蛋白质工程的崛起 课件【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二生物选择性必修三（26张PPT）
文档属性
| 名称 | 3.4蛋白质工程的崛起 课件【新教材】2020-2021学年人教版（2019）高二生物选择性必修三（26张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2021-02-22 07:00:31 | ||
图片预览
文档简介
2021人教版（新教材）必修二 遗传和进化
第三章 基因工程
第4节 基因工程的延伸——蛋白质工程
本节聚焦
蛋白质工程的基本原理是什么？
蛋白质工程已有哪些应用？
知识回顾
基因工程的实质是什么？
将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
思考：
基因工程产生的蛋白质是否完全
符合人类生产和生活的需要？
蛋白质工程的概念:
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 或 ，对现有蛋白质进行 ，或制造一种 ，以满足人类的生产和生活的需求。
蛋白质工程的实质是对 的基因进行改造
从定义我们可以看出，蛋白质工程的操作包括两方面:
1、对已有蛋白的基因进行修饰形成新的蛋白质。
2、直接根据人的意愿合成符合我们需要的基因，
再合成相关蛋白质。
基因修饰
基因合成
改造
新的蛋白质
编码蛋白质
第二代基因工程
三、蛋白质工程的概念
通过改造基因，实现改造或制造新的蛋白质。
第二代基因工程
四、蛋白质工程进展和前景
胰岛素的改造
制造电子元件
蛋白质结构
前途光明
道路曲折
?
一、蛋白质工程崛起的缘由
1.基因工程的局限性：
①基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质
②天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要
干扰素
（半胱氨酸）
体外很难保存
干扰素
（丝氨酸）
体外可以保存半年
改造
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。
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）
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
改造
改造
牛刀小试
1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：( )
A. 蛋白质工程以基因工程为基础
B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
D. 蛋白质工程的实质是改造蛋白质
A
对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
1、基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质；
2、改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传；
3、改造基因比改造蛋白质更容易操作。
蛋白质工程的目的：
生产符合人们生活需要的、自然界中没有的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
蛋白质
三维结构
氨基酸序列
多肽链
基因
DNA
预期功能
DNA合成
分子设计
mRNA
生物功能
转录
翻译
折叠
①从预期的蛋白质功能出发
②设计预期的蛋白质结构
③推测应有的氨基酸序列
④找到相应的脱氧核苷酸序列
2.蛋白质工程的流程
1.蛋白质工程是直接改造蛋白质吗？
2. 设计好了新蛋白质的氨基酸序列，能否写出相应基因的碱基序列？
思考
丙
色
赖
甲硫
苯丙
例如，已知一段氨基酸序列
改造基因
?
丙
色
赖
甲硫
苯丙
?
3. 确定基因的碱基序列后，怎样才能合成该基因？
人工合成
从基因文库中寻找
预期_____________→设计____________
→推测___________→找到____________
4. 如果让你设计一种蛋白质，你的思路或途径？
?
思考
蛋白质工程的基本操作程序正确的是（ ）
①设计预期的蛋白质结构
②找到相对应的脱氧核苷酸的序列
③推测应有的氨基酸的序列
④蛋白质的预期功能
A．①→②→③→④ B．④→③→②→①
C．④→①→③→② D．②→③→①→④
牛刀小试
C
比较基因工程和蛋白质工程：
基因工程
蛋白质工程
相同点
都要改造基因，都属于分子水平
产生新的
基因型，无新基因
基因（型）
产生的蛋白质
原有的
新的
联系
蛋白质工程以基因工程为基础，
是基因工程的应用和延伸
你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？
人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
思考
三、蛋白质工程的应用
蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
蛋白质的二级结构：指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式
蛋白质的一级结构
氨基酸排列顺序
蛋白质的三级结构：蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象
蛋白质的四级结构：在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链,才能全面地执行功能。每一条多肽链都有其完完整的三级结构,称为亚基
1、前景诱人：如用此技术制成的 ，具有 、耗电少和 的特点。
2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的 的了解还很不够。
电子元件
体积小
效率高
高级结构
三、蛋白质工程的应用
关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ）
A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品
B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面
C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用
D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多
C
?
牛刀小试
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？
理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。
酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。
概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。
谢谢
第三章 基因工程
第4节 基因工程的延伸——蛋白质工程
本节聚焦
蛋白质工程的基本原理是什么？
蛋白质工程已有哪些应用？
知识回顾
基因工程的实质是什么？
将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。
思考：
基因工程产生的蛋白质是否完全
符合人类生产和生活的需要？
蛋白质工程的概念:
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 或 ，对现有蛋白质进行 ，或制造一种 ，以满足人类的生产和生活的需求。
蛋白质工程的实质是对 的基因进行改造
从定义我们可以看出，蛋白质工程的操作包括两方面:
1、对已有蛋白的基因进行修饰形成新的蛋白质。
2、直接根据人的意愿合成符合我们需要的基因，
再合成相关蛋白质。
基因修饰
基因合成
改造
新的蛋白质
编码蛋白质
第二代基因工程
三、蛋白质工程的概念
通过改造基因，实现改造或制造新的蛋白质。
第二代基因工程
四、蛋白质工程进展和前景
胰岛素的改造
制造电子元件
蛋白质结构
前途光明
道路曲折
?
一、蛋白质工程崛起的缘由
1.基因工程的局限性：
①基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质
②天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要
干扰素
（半胱氨酸）
体外很难保存
干扰素
（丝氨酸）
体外可以保存半年
改造
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。
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）
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
改造
改造
牛刀小试
1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：( )
A. 蛋白质工程以基因工程为基础
B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造
C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
D. 蛋白质工程的实质是改造蛋白质
A
对天然的蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
1、基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质；
2、改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传；
3、改造基因比改造蛋白质更容易操作。
蛋白质工程的目的：
生产符合人们生活需要的、自然界中没有的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
蛋白质
三维结构
氨基酸序列
多肽链
基因
DNA
预期功能
DNA合成
分子设计
mRNA
生物功能
转录
翻译
折叠
①从预期的蛋白质功能出发
②设计预期的蛋白质结构
③推测应有的氨基酸序列
④找到相应的脱氧核苷酸序列
2.蛋白质工程的流程
1.蛋白质工程是直接改造蛋白质吗？
2. 设计好了新蛋白质的氨基酸序列，能否写出相应基因的碱基序列？
思考
丙
色
赖
甲硫
苯丙
例如，已知一段氨基酸序列
改造基因
?
丙
色
赖
甲硫
苯丙
?
3. 确定基因的碱基序列后，怎样才能合成该基因？
人工合成
从基因文库中寻找
预期_____________→设计____________
→推测___________→找到____________
4. 如果让你设计一种蛋白质，你的思路或途径？
?
思考
蛋白质工程的基本操作程序正确的是（ ）
①设计预期的蛋白质结构
②找到相对应的脱氧核苷酸的序列
③推测应有的氨基酸的序列
④蛋白质的预期功能
A．①→②→③→④ B．④→③→②→①
C．④→①→③→② D．②→③→①→④
牛刀小试
C
比较基因工程和蛋白质工程：
基因工程
蛋白质工程
相同点
都要改造基因，都属于分子水平
产生新的
基因型，无新基因
基因（型）
产生的蛋白质
原有的
新的
联系
蛋白质工程以基因工程为基础，
是基因工程的应用和延伸
你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？
人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。
思考
三、蛋白质工程的应用
蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。
蛋白质的二级结构：指蛋白质多肽链本身的折叠和盘绕的方式
蛋白质的一级结构
氨基酸排列顺序
蛋白质的三级结构：蛋白质分子处于它的天然折叠状态的三维构象
蛋白质的四级结构：在体内有许多蛋白质含有2条或2条以上多肽链,才能全面地执行功能。每一条多肽链都有其完完整的三级结构,称为亚基
1、前景诱人：如用此技术制成的 ，具有 、耗电少和 的特点。
2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的 的了解还很不够。
电子元件
体积小
效率高
高级结构
三、蛋白质工程的应用
关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ）
A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品
B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面
C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用
D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多
C
?
牛刀小试
能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？
理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。
酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。
概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。
谢谢