【生物課件】蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課件 2022-2023學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

實(shí)例一：傳統(tǒng)生產(chǎn)胰島素的方法是從豬、牛等動(dòng)物的胰腺中提取。曾經(jīng)生產(chǎn)供一位糖尿病病人使用一年的胰島素，需要上千頭牛，生產(chǎn)的成本非常高。1978年，科學(xué)家將編碼人胰島素的基因?qū)氪竽c桿菌細(xì)胞中，使大腸桿菌表達(dá)重組人胰島素。我國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程物---重組人胰島素已經(jīng)研制成功并得到廣泛應(yīng)用。實(shí)例二：目前越來(lái)越多的抗病基因正在被轉(zhuǎn)入植物，使人們?cè)谄穱L鮮果美味的同時(shí)，達(dá)到防病的目的。這類食品被稱為“疫苗食品”。例如，我國(guó)正在研制的能夠預(yù)防乙肝的西紅柿?；蚬こ淘谏a(chǎn)生活中有哪些應(yīng)用呢？問(wèn)題探討：3.4蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用問(wèn)題探討：你見(jiàn)過(guò)用細(xì)菌畫畫嗎？左圖是用發(fā)出不同顏色熒光的細(xì)菌“畫”的美妙圖案。這些細(xì)菌能夠發(fā)出熒光，是因?yàn)樗鼈凅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。那么，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？蛋白質(zhì)工程2001年，國(guó)際人類蛋白質(zhì)組組織宣布成立。2003年，該組織正式提出啟動(dòng)兩項(xiàng)重大國(guó)際合作項(xiàng)目：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是由美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開(kāi)了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃一、蛋白質(zhì)工程的概念：①基礎(chǔ)：②操作手段及對(duì)象：③結(jié)果：④目的：⑤困難：任務(wù)一：閱讀蛋白質(zhì)工程的概念，回答以下問(wèn)題：蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系改造或合成基因改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)，或制造一種新的蛋白質(zhì)獲得滿足人類生產(chǎn)和生活需求的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，難度很大的工程。蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程，是涉及多學(xué)科的綜合科技工程。二、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1.基因工程的實(shí)質(zhì)及不足2.天然蛋白質(zhì)的不足基因工程是將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者可以產(chǎn)生它原本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新性狀。實(shí)質(zhì)：基因重組不足：基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在（天然）的蛋白質(zhì)。

天然蛋白質(zhì)是生物長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它們的結(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。實(shí)例：提高玉米賴氨酸含量賴氨酸合成調(diào)控達(dá)到一定濃度兩種酶的活性352位的蘇氨酸變成異亮氨酸二氫吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶+104位的天冬酰胺變成異亮氨酸賴氨酸含量抑制提高提高限制提高提高5倍提高2倍三、蛋白質(zhì)的基本原理閱讀課本，嘗試用導(dǎo)圖分析出：1.天然蛋白合成的過(guò)程；2.蛋白質(zhì)工程基本思路1.天然蛋白質(zhì)合成過(guò)程：按照中心法則進(jìn)行三、蛋白質(zhì)的基本原理基因表達(dá)形成具有特定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)行使生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯2.蛋白質(zhì)工程的基本思路三、蛋白質(zhì)工程的基本原理——逆中心法則預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸序列對(duì)應(yīng)脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因獲得所需要的蛋白質(zhì)某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸苯丙氨酸色氨酸谷氨酸賴氨酸1.怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫出來(lái)?！?丙氨酸-色氨酸-賴氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-……氨基酸序列GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)GAA(或G）UUU(或C)mRNA序列已知：丙氨酸（GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、賴氨酸(AAA、AAG）、谷氨酸（GAA、GAG）、苯丙氨酸（UUU、UUC）。脫氧核苷酸序列GCT(或C或A或G)TGGAAA(或G)GAA（或G）TTT(或C)CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)CTT（或C）AAA(或G)四、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1.醫(yī)藥工業(yè)方面①實(shí)例1：研發(fā)速效胰島素類似物天然胰島素易形成二聚體或六聚體預(yù)期結(jié)構(gòu)改造B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或?qū)⑺cB29位的賴氨酸交換位置新胰島素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預(yù)期功能行使功能降低胰島素的聚合作用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改變B鏈第20～29位氨基酸組成推測(cè)序列翻譯多肽鏈有效抑制胰島素的聚合實(shí)例2.延長(zhǎng)干擾素體外保存時(shí)間四、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1.醫(yī)藥工業(yè)方面天然干擾素不易保存預(yù)期結(jié)構(gòu)改造一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸新干擾素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊預(yù)期功能行使功能延長(zhǎng)保存時(shí)間設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)氨基酸替換推測(cè)序列翻譯多肽鏈在-70℃下可以保存半年2.其他工業(yè)方面的應(yīng)用—廣泛用于改進(jìn)酶的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶①改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加糧食的產(chǎn)量；②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)，使它防治病蟲(chóng)害的效果增強(qiáng)。如枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質(zhì)的作用