名師課件：高中生物人教版 選擇性必修三第三章第四節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用

2021第4節(jié)蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用用細(xì)菌“畫(huà)”的畫(huà)思考：科學(xué)家是怎樣對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造的呢?

你見(jiàn)過(guò)用細(xì)菌畫(huà)畫(huà)嗎？右圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細(xì)菌“畫(huà)"的美妙圖案。這些細(xì)菌能夠發(fā)出熒光，是因?yàn)樵谒鼈兊捏w內(nèi)導(dǎo)入了熒光蛋白的基因。

最早被發(fā)現(xiàn)的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學(xué)家通過(guò)改造它，獲得了黃色熒光蛋白等。這些熒光蛋白在細(xì)胞內(nèi)生命活動(dòng)的檢測(cè)、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。從社會(huì)中來(lái)蛋白質(zhì)工程以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)改造或合成基因，來(lái)改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)改造或合成基因，來(lái)改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)和生活的需求。---第二代基因工程基礎(chǔ)：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能途徑：目的：改造或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的生產(chǎn)或生活的需要改造基因（基因修飾或基因合成）一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。基因工程的實(shí)質(zhì)基因工程的不足玉米中賴氨酸的含量較低，原因是賴氨酸合成過(guò)程中的兩種關(guān)鍵酶-----天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的活性，受細(xì)胞內(nèi)賴氨酸濃度的影響較大。二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）改造改造天然蛋白質(zhì)的不足天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。2、原理：改造基因（基因修飾或基因合成）3、流程：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）蛋白質(zhì)（三維結(jié)構(gòu)）預(yù)期功能生物功能翻譯折疊行使轉(zhuǎn)錄設(shè)計(jì)推測(cè)改造或合成mRNA目的基因通過(guò)改造或合成基因，定向改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造新的蛋白質(zhì)。實(shí)質(zhì)生產(chǎn)出自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì)。結(jié)果天然蛋白質(zhì)的合成途徑：基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)蛋白質(zhì)工程的途徑：（基因工程）遵循中心法則某多肽鏈的一段氨基酸序列是：思考：1.怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列?2.確定目的基因的堿基序列后，怎樣合成或改造目的基因？思考·討論丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸賴氨酸天然胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體，皮下注射后延緩療效。科學(xué)家通過(guò)對(duì)胰島素的改造，有效抑制了胰島素的聚合，研發(fā)出的速效胰島素類似物產(chǎn)品已在臨床上廣泛應(yīng)用。前景誘人二、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用利用蛋白質(zhì)工程研發(fā)藥物。干擾素在體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，則在-70℃的條件下可保存半年。小鼠單克隆抗體會(huì)使人產(chǎn)生免疫反應(yīng)，將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域“嫁接”到人的抗體上，其誘發(fā)免疫反應(yīng)的強(qiáng)度會(huì)減低很多。醫(yī)藥工業(yè)方面迄今為止，利用蛋白質(zhì)工程獲得的該酶的突變體已有上百種，從中可篩選出一些符合工業(yè)化生產(chǎn)需求的突變體。蛋白質(zhì)工程廣泛用于改進(jìn)酶的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)酶。其他工業(yè)方面枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質(zhì)的作用，常被用于洗滌劑工業(yè)、絲綢工業(yè)等。如改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加糧食產(chǎn)量；利用蛋白質(zhì)工程的思路設(shè)計(jì)優(yōu)良微生物農(nóng)藥，通過(guò)改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其防治病蟲(chóng)害的效果。農(nóng)業(yè)方面蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。血紅蛋白的三維結(jié)構(gòu)模型要設(shè)計(jì)出更符合人類需要的蛋白質(zhì)還需不斷地攻堅(jiān)克難。隨著科技的發(fā)展，蛋白質(zhì)工程將會(huì)給人帶來(lái)更多的福祉。難度很大課堂總結(jié)蛋白質(zhì)工程崛起的緣由2蛋白質(zhì)工程的基本原理1蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用3定義；實(shí)質(zhì)；結(jié)果醫(yī)藥工業(yè)方面；其他工業(yè)方面；農(nóng)業(yè)方面基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。二代基因工程前景誘人，難度很大下圖為蛋白質(zhì)工程操作的基本思路，請(qǐng)據(jù)圖回答下列問(wèn)題：(1)代表蛋白質(zhì)工程操作思路的過(guò)程是________；代表中心法則內(nèi)容的是__________。(填寫(xiě)數(shù)字)(2)寫(xiě)出圖中各數(shù)字代表的生物學(xué)過(guò)程的名稱或內(nèi)容：①______；②______；③______；④______；⑤__________。(3)蛋白質(zhì)工程的目的是__________________________________________________________，通過(guò)________________