高中生物人教版 (2019)选择性必修3第4节 蛋白质工程的原理和应用完美版课件ppt

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理解蛋白质的原理（生命观念）
用列表法比较蛋白质工程和基因工程（科学思维）
你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画"的美妙图案。这些细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。
最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白，科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。
那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？
荧光蛋白发出的光穿透性极强，即使蛋白质位于小动物体内深处，其发出的光也可以穿透生物体外界看到。在癌症研究过程中，荧光蛋白的出现使得科学家们能够观测到肿瘤细胞的具体活动，比如中休息宝的成长、入侵、转移和新生。
天然蛋白质的合成过程与性状表达
蛋白质只有具有一定空间结构，才能表达特有性状或具有特定功能
一、蛋白质工程崛起的缘由
蛋白质工程是指以 及其与 作为基础,通过 或 ,来改造 ,或 蛋白质,以满足 。
对本概念的理解应从以下几个方面进行：
蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系；
蛋白质的结构，本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构；
改造的蛋白质、新的蛋白质。
基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。
原则上，基因工程只能产生自然界中已经存在的蛋白质。
蛋白质工程的崛起主要是由于工业生产和基础理论研究的需要。
（1）天然蛋白质的缺陷：天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
（2）蛋白质工程的目的：生产符合人类生产和生活需要的非天然蛋白质。
合成时需：天冬氨酸激酶；二氢吡啶二羧酸合成酶。
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?
二、蛋白质工程的基本原理
根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质分子结构进行设计改造，生产符合人们需求的、自然界中不存在的蛋白质。
由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过改造或合成基因来完成。
预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列→合成新基因→获得所需要的蛋白质
某多肽链的一段氨基酸序列是：
1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸虚列？请把相应的碱基序列写出来。
每种氨基酸都有对应的密码子，只要查一下遗传密码子表就能将氨基酸蓄力的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多种密码子编码的，所以相应的碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列32种，可根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应根据密码子推出mRNA序列，再根据碱基互补配对原则推出脱氧核苷酸序列
丙氨酸 ：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG赖氨酸： AAA 、AAG甲硫氨酸：AUG苯丙氨酸：UUU 、UUC
丙氨酸 ：CGA、CGG、CGT、CGC色氨酸： ACC赖氨酸：TTT 、TTC甲硫氨酸：TAC苯丙氨酸：TTT 、TTG
2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？
确定目的基因的碱基序列后，可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法获取。
根据改造蛋白质的部位的多少，对蛋白质的改造可分为三类：
设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质
在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域。
改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基
（1）研发速效胰岛素类似物：科学家通过改造___________使B链28位脯氨酸替换为天冬氨酸或者将它与29位的赖氨酸交换位置，从而有效抑制了_______________，研发出速效胰岛素类似物。
（3）改造抗体：将小鼠单克隆抗体上______________________“嫁接”到人的抗体上，降低了诱发人体免疫反应的强度。
（2）提高干扰素的保存期：将干扰素分子上的一个___________变成___________，提高了干扰素的保存时间。
（2）开发新的工业用酶。
（1）改进酶的性能，从而提高其使用价值。如利用蛋白质工程获得枯草杆菌蛋白酶的_________，从中筛选出符合工业化生产需求的突变体，从而提高这种酶的使用价值。
（1）尝试改造某些调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
（2）改造微生物蛋白质的结构，使其防治病虫害的效果增强。
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。
蛋白质工程与中心法则的关系
（1）蛋白质工程的过程是中心法则的逆推。中心法则中遗传信息的传递过程是：基因→ mRNA →氨基酸种类和序列→蛋白质的性质和功能。而蛋白质工程的操作过程与之相反：由预期的蛋白质的功能出发，逆着中心法则方向推出控制该蛋白质合成的 DNA 序列。中心法则和蛋白质结构的相关知识是蛋白质工程设计的核心理论。
（2）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造基因也就是对蛋白质进行改造，并且改造过的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子也无法遗传给下一代。
（3）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
蛋白质工程与基因工程的比较
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测脱氧核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质
获取目的基因→构建基因表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
通过改造相应的基因达到对蛋白质进行改造的目的
可以创造出自然界不存在的蛋白质
生产自然界已存在的蛋白质
①主要集中在对现有蛋白质进行改造，如干扰素、天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶等②对创造新的蛋白质还有许多技术难题未突破，因为蛋白质高级结构非常复杂，人们对此知之甚少
①已被广泛应用，如转基因植物、动物、药品生产等已商业化②基因治疗仅处于初期的临床试验阶段
①蛋白质工程获得目的基因后，需要通过基因工程获得预期蛋白质②蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程