蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課件 高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

蛋白質(zhì)工程的原理和利用00蛋白質(zhì)—生命活動的主要承擔者逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯肽鏈復(fù)制復(fù)制折疊等具有特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達生物特有的功能或性狀00蛋白質(zhì)—生命活動的主要承擔者翻譯DNA分子蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯mRNA分子轉(zhuǎn)錄00蛋白質(zhì)—生命活動的主要承擔者

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)，通過改造或合成基因，來改造現(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。(教材P93黑體字)---第二代基因工程途徑目的蛋白質(zhì)工程01蛋白質(zhì)工程崛起的緣由基因工程的局限性：原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)符合特定物種生存需要不一定符合人類生產(chǎn)、生活需要蛋白質(zhì)工程改造01蛋白質(zhì)工程崛起的緣由干擾素改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年賴氨酸（人體必需氨基酸）玉米中含量較低蛋白質(zhì)工程改造01蛋白質(zhì)工程崛起的緣由天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶前體物質(zhì)賴氨酸玉米活性很低，造成賴氨酸含量較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）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）改造改造提高產(chǎn)量02蛋白質(zhì)工程的基本原理根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計改造。--目的預(yù)期功能生物功能設(shè)計氨基酸推測改造或合成轉(zhuǎn)錄翻譯折疊行使實質(zhì)：通過改造或合成基因，定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)02蛋白質(zhì)工程的基本原理想一想：蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？▲基因工程是遵循中心法則，DNA→mRNA→蛋白質(zhì)→折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)?！鞍踪|(zhì)工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→應(yīng)有的堿基排列，創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)02蛋白質(zhì)工程的基本原理基因工程與蛋白質(zhì)工程的比較項目蛋白質(zhì)工程基因工程區(qū)別操作對象基因基因操作水平DNA分子水平DNA分子水平操作流程預(yù)期蛋白質(zhì)的功能→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→找到并改變相對應(yīng)的DNA序列或合成新的基因→獲得所需的蛋白質(zhì)目的基因的篩選與獲取→基因表達載體的構(gòu)建→將目的基因?qū)胧荏w細胞→目的基因的檢測與鑒定。結(jié)果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)實質(zhì)天然蛋白質(zhì)是生物在長期進化過程中形成的，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。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)，進而表現(xiàn)出新性狀不足生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的蛋白質(zhì)在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)

聯(lián)系①蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上衍生出來的第二代基因工程。②蛋白質(zhì)工程離不開基因工程，蛋白質(zhì)工程在改造基因時需要與基因工程有關(guān)的工具酶，需要構(gòu)建基因表達載體，改造后的基因要表達出相應(yīng)的蛋白質(zhì)，同樣需要將改造或合成的基因?qū)胧荏w細胞。03蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1.在醫(yī)藥工業(yè)方面①研發(fā)速效胰島素類似物已經(jīng)在臨床上廣泛應(yīng)用胰島素速效胰島素03蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1.在醫(yī)藥工業(yè)方面②人鼠嵌合抗體人鼠嵌合抗體既保持抗體的特異性和親和力，又大大減少了在人體內(nèi)的免疫原性。03蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用2.其他工業(yè)方面改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶枯草桿菌蛋白酶治癌酶的改造：HSV-TK自殺基因的原理。(A)HSV-TK在腫瘤細胞中誘導(dǎo)細胞毒性和凋亡。(I)編碼胸苷激酶的HSV-1TK基因被遞送至靶細胞。HSV-1胸苷激酶和細胞激酶的表達允許前藥(GCV)在細胞中被激活為有毒藥物(GCV-TP)并破壞靶細胞的DNA。（Ⅱ）基因治療通過激活靶細胞中的p53信號通路誘導(dǎo)內(nèi)源性細胞凋亡。（Ⅲ）基因治療誘導(dǎo)外源性細胞凋亡。(B)旁觀者效應(yīng)導(dǎo)致相鄰細胞死亡。03蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用3.農(nóng)業(yè)方面①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。②設(shè)計優(yōu)良的微生物農(nóng)藥，改造微生物的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，使其防治病蟲害的效果增強。ACSCatalysis封面文章：微生物所吳邊團隊通過計算機蛋白質(zhì)設(shè)計實現(xiàn)溫和條件下微塑料的生物降解04課后習題1.蛋白質(zhì)工程可以說是基因工程的延伸。判斷下列相關(guān)表述是否正確。⑴基因工程需要在分子水平對基因進行操作，蛋白質(zhì)工程不需要對基因進行操作。（）⑵蛋白質(zhì)工程需要改變蛋白質(zhì)分子的所有氨基酸序列。（）⑶蛋白質(zhì)工程可以改造酶，提高酶的熱穩(wěn)定性。（）2.蛋白質(zhì)工程是在深入了解蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的基礎(chǔ)上進行的，它最終要達到的目的是（）A.分析蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)B.研究蛋白質(zhì)的氨基酸組成C.獲取編碼蛋白質(zhì)的基因序列信息D.改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的需求3.水蛭素是一種蛋白質(zhì)，可用于預(yù)防和治療血栓。研究人員發(fā)現(xiàn)，用賴氨酸替換水蛭素第47位的天冬酰胺可以提高它的抗凝血活性。在這項替換研究中，目前可行的直接操作對象是（）A.基因B.氨基酸C.多肽鏈D.蛋白質(zhì)××√DA04課后習題4.T4溶菌酶是一種重要的工業(yè)用酶，但是它在溫度較高時容易失去活性。為了提高T4溶菌酶的耐熱性，科學(xué)家首先對影響T4溶菌酶耐熱性的一些重要結(jié)構(gòu)進行了研究。然后以此為依據(jù)對相關(guān)基因進行改造，使T4溶菌酶的第3位異亮氨酸變?yōu)榘腚装彼?。于是，在該半胱氨酸與第97位的半胱氨酸之間形成了一個二硫鍵，T4溶菌酶的耐熱性得到了提高。這項工作屬于什么工程的范疇？在該實例中引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的根本原因是什么？如果要將該研究成果應(yīng)用到生產(chǎn)實踐，還需要做哪些方面的工作？這項工作屬于蛋白質(zhì)工程的范疇。引起T4溶菌酶空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的根本原因是基因的堿基序列