【生物】蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用教學(xué)課件-2023-2024學(xué)年高二下人教版（2019）選擇性必修3

蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用圖片來(lái)源：百度圖片發(fā)光水母發(fā)光細(xì)菌圖片來(lái)源：百度圖片圖片來(lái)源：百度圖片基因工程的基本操作程序[日]下村修[美]錢(qián)永健[美]查爾菲三人在發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白(GFP)方面有突出成就，獲得2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。①獲取綠色熒光蛋白基因②基因表達(dá)載體的構(gòu)建③將重組載體導(dǎo)入細(xì)菌④檢測(cè)與鑒定綠色熒光蛋白基因圖片來(lái)源：《生物學(xué)》人教版選擇性必修3用細(xì)菌“畫(huà)”的畫(huà)利用熒光蛋白使果蠅大腦的神經(jīng)元產(chǎn)生不同熒光組成“腦虹”圖片來(lái)源：百度圖片

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(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(lèi)生產(chǎn)和生活的需求。思考1：為什么要設(shè)計(jì)和改造蛋白質(zhì)？基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)，而天然蛋白質(zhì)不一定能滿足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。普通玉米賴氨酸含量較低天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶蘇氨酸→異亮氨酸天冬酰胺→異亮氨酸提高5倍!提高2倍!

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(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(lèi)生產(chǎn)和生活的需求。思考2：如何設(shè)計(jì)和改造蛋白質(zhì)？能不能直接對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造？②與對(duì)蛋白質(zhì)改造相比，基因改造難度更小，更容易操作。①如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子也無(wú)法遺傳給下一代。但任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造基因也就是對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，并且改造過(guò)的基因可以遺傳下去。

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(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(lèi)生產(chǎn)和生活的需求。思考2：如何設(shè)計(jì)和改造蛋白質(zhì)？基因工程：目的基因已知功能天然蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程：設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)預(yù)期功能所需蛋白質(zhì)改造基因蛋白質(zhì)工程是基因工程的延伸蛋白質(zhì)工程的基本思路：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→找到并改變相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質(zhì)預(yù)期功能生物功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)（三維結(jié)構(gòu)）推測(cè)改造或合成轉(zhuǎn)錄翻譯折疊行使目的基因mRNA多肽鏈借助計(jì)算機(jī)建立模型X射線衍射技術(shù)基因的定點(diǎn)突變技術(shù)視頻來(lái)源：/imeREU3/2020年AlphaFold

2（源自Google的Deepmind團(tuán)隊(duì)，曾設(shè)計(jì)過(guò)阿爾法狗）可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列mRNA序列基因序列蛋白質(zhì)工程基本思路的應(yīng)用某多肽鏈的一段氨基酸序列是：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(xiě)出來(lái)。討論mRNA：GCU/C/A/G

UGG

AAA/G

GAA/G

UUU/CCGA/G/T/C

ACC

TTT/C

CTT/C

AAA/GDNA：GCT/C/A/G

TGG

AAA/G

GAA/G

TTT/C圖片來(lái)源：《生物學(xué)》人教版必修2蛋白質(zhì)工程基本思路的應(yīng)用某多肽鏈的一段氨基酸序列是：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(xiě)出來(lái)。2.確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因？討論可以人工合成目的基因或從基因文庫(kù)中獲取目的基因。對(duì)基因的改造經(jīng)常會(huì)用到基因定點(diǎn)突變技術(shù)來(lái)進(jìn)行堿基的替換、增添。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)

天然胰島素容易形成六聚體，一定程度延緩了胰島素發(fā)揮療效。研究人員采用一些方法抑制胰島素的聚合，由此研發(fā)出速效胰島素類(lèi)似物。速效胰島素（賴脯胰島素注射液，B28脯氨酸與B29賴氨酸交換位置）圖片來(lái)源：百度圖片胰島素的六聚體圖片來(lái)源：百度圖片蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長(zhǎng)期保存的干擾素干擾素的三個(gè)半胱氨酸易發(fā)生二硫鍵錯(cuò)配，性質(zhì)不穩(wěn)定。若將17位半胱氨酸替換為絲氨酸，即可提高穩(wěn)定性。β-干擾素氨基酸序列（源自Genbank）蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長(zhǎng)期保存的干擾素·人鼠嵌合抗體小鼠單抗人體抗體人鼠嵌合抗體圖片來(lái)源：百度圖片蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長(zhǎng)期保存的干擾素·人鼠嵌合抗體其他工業(yè)方面改進(jìn)酶的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶（如適應(yīng)范圍更廣的枯草桿菌蛋白酶）酶制劑在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等方面都有廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，酶制劑的生產(chǎn)已經(jīng)形成一個(gè)市場(chǎng)可觀的新興產(chǎn)業(yè)。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用又為酶制劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)大助力。請(qǐng)查閱資料，了解我們酶制劑產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì)，分析蛋白質(zhì)工程在酶制劑產(chǎn)業(yè)中的作用?？莶輻U菌蛋白酶圖片來(lái)源：百度圖片蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長(zhǎng)期保存的干擾素·人鼠嵌合抗體其他工業(yè)方面改進(jìn)酶的性能或開(kāi)發(fā)新的工業(yè)用酶（如適應(yīng)范圍更廣