【生物】蛋白質工程的原理和應用教學課件-2023-2024學年高二下人教版（2019）選擇性必修3

蛋白質工程的原理和應用圖片來源：百度圖片發(fā)光水母發(fā)光細菌圖片來源：百度圖片圖片來源：百度圖片基因工程的基本操作程序[日]下村修[美]錢永健[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年諾貝爾化學獎。①獲取綠色熒光蛋白基因②基因表達載體的構建③將重組載體導入細菌④檢測與鑒定綠色熒光蛋白基因圖片來源：《生物學》人教版選擇性必修3用細菌“畫”的畫利用熒光蛋白使果蠅大腦的神經元產生不同熒光組成“腦虹”圖片來源：百度圖片

蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。思考1：為什么要設計和改造蛋白質？基因工程原則上只能生產自然界中已存在的蛋白質，而天然蛋白質不一定能滿足人類生產和生活的需要。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!

蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。思考2：如何設計和改造蛋白質？能不能直接對蛋白質進行改造？②與對蛋白質改造相比，基因改造難度更小，更容易操作。①如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子也無法遺傳給下一代。但任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造基因也就是對蛋白質進行改造，并且改造過的基因可以遺傳下去。

蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎，通過改造或合成基因，來改造現(xiàn)有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。思考2：如何設計和改造蛋白質？基因工程：目的基因已知功能天然蛋白質蛋白質工程：設計蛋白質預期功能所需蛋白質改造基因蛋白質工程是基因工程的延伸蛋白質工程的基本思路：從預期的蛋白質功能出發(fā)→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到并改變相對應的脫氧核苷酸序列（基因）或合成新的基因→獲得所需要的蛋白質預期功能生物功能設計蛋白質（三維結構）推測改造或合成轉錄翻譯折疊行使目的基因mRNA多肽鏈借助計算機建立模型X射線衍射技術基因的定點突變技術視頻來源：/imeREU3/2020年AlphaFold

2（源自Google的Deepmind團隊，曾設計過阿爾法狗）可實現(xiàn)精準預測蛋白質的三維結構氨基酸序列mRNA序列基因序列蛋白質工程基本思路的應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？請把相應的堿基序列寫出來。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圖片來源：《生物學》人教版必修2蛋白質工程基本思路的應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？請把相應的堿基序列寫出來。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中獲取目的基因。對基因的改造經常會用到基因定點突變技術來進行堿基的替換、增添。蛋白質工程的應用醫(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）圖片來源：百度圖片胰島素的六聚體圖片來源：百度圖片蛋白質工程的應用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長期保存的干擾素干擾素的三個半胱氨酸易發(fā)生二硫鍵錯配，性質不穩(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）蛋白質工程的應用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長期保存的干擾素·人鼠嵌合抗體小鼠單抗人體抗體人鼠嵌合抗體圖片來源：百度圖片蛋白質工程的應用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長期保存的干擾素·人鼠嵌合抗體其他工業(yè)方面改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶（如適應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用。現(xiàn)在，酶制劑的生產已經形成一個市場可觀的新興產業(yè)。蛋白質工程的應用又為酶制劑產業(yè)的發(fā)展提供了強大助力。請查閱資料，了解我們酶制劑產業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢，分析蛋白質工程在酶制劑產業(yè)中的作用。枯草桿菌蛋白酶圖片來源：百度圖片蛋白質工程的應用醫(yī)藥工業(yè)方面·速效胰島素研發(fā)·可長期保存的干擾素·人鼠嵌合抗體其他工業(yè)方面改進酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶（如適應范圍更廣