3.4 蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用的課件高二下學(xué)期生物人教版（2019）選擇性必修3

3.4蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課標(biāo)要求1.概述人們根據(jù)基因工程原理，進(jìn)行蛋白質(zhì)設(shè)計和改造，可以獲得性狀和功能更符合人類需求的蛋白質(zhì)2.舉例說明依據(jù)人類需要對原有蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行基因改造、生產(chǎn)目標(biāo)、蛋白的過程素養(yǎng)目標(biāo)1.舉例說出蛋白質(zhì)工程崛起的緣由。(生命觀念)2.概述蛋白質(zhì)工程的基原理。(生命觀念）3.用蛋白質(zhì)工程技術(shù)，解決實際問題。(社會責(zé)任)從社會中來

你見過用細(xì)菌畫畫嗎？右圖是用發(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，是因為在它們的體內(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)生命活動的檢測、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用那么，科學(xué)家是怎樣對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行設(shè)計和改造的呢？【提示】科學(xué)家解析了多管水母綠色熒光蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，并利用計算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計，在此基礎(chǔ)上再采用定點突變的技術(shù)將綠色熒光蛋白發(fā)光基團(tuán)正下方的第203位的蘇氨酸替換為略氨酸，從而獲得了一種新的綠色熒光蛋白的衍生物一一黃色熒光蛋白。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由（一）基因工程1.基因工程的實質(zhì)2.基因工程的不足在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。

將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。（二）天然蛋白質(zhì)的不足

天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)化過程中形成的，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。

如玉米中賴氨酸含量較低，經(jīng)人工設(shè)計改造，可使其葉片和種子中游離賴氨酸的含量分別提高5倍和2倍。蛋白質(zhì)工程崛起的緣由達(dá)到一定濃度352位的蘇氨酸變成異亮氨酸賴氨酸合成調(diào)控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兩種酶的活性抑制提高提高賴氨酸含量限制提高（二）天然蛋白質(zhì)的不足玉米中賴氨酸含量比較低提高玉米中賴氨酸的含量如何？蛋白質(zhì)工程崛起的緣由

例如：干擾素是動物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)體，可以用于治療病毒的感染和癌癥。改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）延長體外保存時間體外-70℃保存半年（二）天然蛋白質(zhì)的不足蛋白質(zhì)工程崛起的緣由（三）蛋白質(zhì)工程的目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的蛋白質(zhì)。

對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？為什么？蛋白質(zhì)工程崛起的緣由第一個堿基第二個堿基第三個堿基UCAGU半胱氨酸半胱氨酸終止、硒代半胱氨酸色氨酸UCAGC異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAG蛋白質(zhì)工程崛起的緣由應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：

（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。

（2）對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。蛋白質(zhì)工程是怎么樣進(jìn)行的呢？（四）對蛋白質(zhì)的改造要從基因著手的原因蛋白質(zhì)工程崛起的緣由思考：對天然的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，為什么不對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造，而要通過基因工程呢？基因決定蛋白質(zhì)的合成，改造基因即為改造蛋白質(zhì)；改造基因可以遺傳，改造蛋白質(zhì)無法遺傳；改造基因比改造蛋白質(zhì)更容易操作。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的目的：生產(chǎn)符合人們生活需要的、自然界中沒有的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈基因DNA預(yù)期功能DNA合成分子設(shè)計mRNA生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯折疊蛋白質(zhì)工程的流程：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列基因工程蛋白質(zhì)工程相同點都要改造基因，都屬于分子水平產(chǎn)生新的基因型，無新基因基因（型）產(chǎn)生的蛋白質(zhì)原有的新的聯(lián)系蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，是基因工程的應(yīng)用和延伸比較基因工程和蛋白質(zhì)工程：研發(fā)速效胰島素類似物提高干擾素的保存期改造抗體改造酶（工業(yè)、農(nóng)業(yè)）01020304三、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用行使功能設(shè)計結(jié)構(gòu)①實例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mRNA折疊預(yù)期功能降低胰島素的聚合作用改變B鏈第20～29位氨基酸組成推測序列翻譯多肽鏈有效抑制胰島素的聚合轉(zhuǎn)錄蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用天然干擾素（體外保存困難）改造后的干擾素（-70℃可保存半年）半胱氨酸絲氨酸②實例2：延長干擾素體外保存時間蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用醫(yī)學(xué)問題：小鼠單克隆抗體會使人體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，從而導(dǎo)致治療效果大大降低解決辦法：通過改造基因，將小鼠抗體上結(jié)合抗原的區(qū)域（即可變區(qū)）“嫁接”到人的抗體（即恒定區(qū)）上，經(jīng)過這樣改造的抗體誘發(fā)免疫反應(yīng)的強(qiáng)度就會減低很多。③實例3：制備人鼠嵌合抗體蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用在工業(yè)方面的應(yīng)用突變體在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用（1）嘗試改造某些調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加糧食的產(chǎn)量。（2）改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使其防治病蟲害的效果增強(qiáng)。廣泛用于改進(jìn)酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用（1）改進(jìn)酶的性能，從而提高其使用價值。如利用蛋白質(zhì)工程獲得枯草桿菌蛋白酶的_________，從中篩選出符合工業(yè)化生產(chǎn)需求的突變體，從而提高這種酶的使用價值。練一練1．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法，不正確的是（）A．蛋白質(zhì)工程能將人抗體的某些區(qū)段替代鼠單克隆抗體的某些區(qū)段，降低人對鼠單克隆抗體的免疫反應(yīng)B．蛋白質(zhì)工程可對酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性等加以改變C．理論上通過對關(guān)鍵氨基酸的轉(zhuǎn)換與增刪是進(jìn)行蛋白質(zhì)工程的唯一方法D．蛋白質(zhì)工程的崛起的原因主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要C練一練2．基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別是（）A．基因工程需對基因進(jìn)行分子水平的操作，蛋白質(zhì)工程不對基因進(jìn)行操作B．基因工程合成的是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程合成的不是天然存在的蛋白質(zhì)C．基因工程是分子水平的操作，蛋白質(zhì)工程是細(xì)胞水平（或性狀水平）的操作D．基因工程完全不同于蛋白質(zhì)工程B練一練3．干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可在－70℃下保存半年，給廣大患者帶來福音。（1）蛋白質(zhì)的合成是受基因控制的，因此獲得能夠控制合成“可以保存的干擾素”的基因是生產(chǎn)的關(guān)鍵，依據(jù)蛋白質(zhì)工程原理，設(shè)計實驗流程，讓動物生產(chǎn)“可以保存的干擾素”。（2）和蛋白質(zhì)工程相比，基因工程在原則上只能生產(chǎn)_____________的蛋白質(zhì)，不一定符合人類生產(chǎn)和生活的需要。而蛋白質(zhì)工程是以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過______或_________，來______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)和生活需要。蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)的功能應(yīng)有的氨基酸序列相應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）設(shè)計推測合成自然界已存在改造合成基因改造練一練3．干擾素是動物體內(nèi)合成的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒感染和癌癥，但體外保存相當(dāng)困難，如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，就可在－70℃下保存半年，給廣大患者帶來福音。（3）蛋白質(zhì)工程實施的難度很大，原因是蛋白質(zhì)具有十分復(fù)雜的_______結(jié)構(gòu)。（4）對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？________________________。原因是______________________________________________。（5）若要利用大腸桿菌生產(chǎn)干擾素，則需用到的生物