3.4蛋白质工程的原理和应用课件高二生物人教版选择性必修三

第4节 蛋白质工程的原理和应用 第3章 基因工程 荧光蛋白 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？ 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律 及其与生物功能的关系作为基础，通过改造 或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一 种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需 求。它是在基因工程的基础上，延伸出 来的第二代基因工程，是包含多学科的 综合科技工程。 一、蛋白质工程崛起的缘由 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以 产生本蛋白质，进而表现出新的性状，这就是基因工 程的实质。 基因工程的不足：基因工程原则上只能生产自然界中 已存在时蛋自质。 天然蛋白质的不足：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。 实例：玉米中赖氨酸的含量比 较低，赖氨酸合成中两种酶的 氨基酸被替换，就可以使玉米 叶片和种子中游离赖氨酸分别 提高5倍和2倍。 二、蛋白质工程的基本原理 蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质功能的特定 需求，对蛋白质的结构进行设计改造。 蛋白质工程的手段：通过基因改造或基因合成，对 现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。 天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的： 基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基 酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→ 行使生物功能。 蛋白质工程的基本思路是：从预期的蛋白质功能出 发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序 列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因） 或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 蛋白质工程流程图 预期功能 生物功能 设 计 推 测 改造或 合成 行 使 折 叠 翻 译 转 录蛋白质 （三级结构） 多肽链 mRNA 目的 基因 三、蛋白质工程的应用 蛋白质工 程的应用 改造抗体研发速效胰岛素 类似物 改造酶（工业、 农业） 提高干扰素的保 存期 速效胰岛素类似物 为什么蛋白质工程不是直接改造蛋白质而是通过基因 改造和基因合成来完成？ ①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基 因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以 遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功， 被改造的蛋白质也是无法遗传下去的。 ②对基因进行改造比对蛋白质进行直接改造容易操作， 难度小得多 蛋白质工程的操作程序的基本思路与基因工程有什 么不同？ 基因工程操作程序的基本思路遵守中心法则，从 DNA→mRNA→多肽→折叠产生蛋白质，基本上是生 产出自然界中已有的蛋白质。蛋白质工程是按照相 反的思路进行的，确定蛋白质的功能→蛋白质应用 的高级结构→蛋白质具备的折叠状态→应有的氨基 酸序列→基因中的碱基序列，可以创造自然界不存 在的蛋白质。 比较项目 基因工程 蛋白质工程 操作对象 基因 基因 操作水平 DNA分子水平 DNA分子水平 基本过程 目的基因的获取→基因表达 载体的构建→将目的基因导 入受体细胞→目的基因的检 测与鉴定 确定蛋白质的功能→蛋白质应 有的高级结构→蛋白质应具备 的折叠状态→蛋白质应有的氨 基酸序列→应有的碱基序列→ 合成DNA→表达出蛋白质 实质 定向改造生物的遗传特性， 以获得人类需要的生物类型 或生物产品 定向改造或生产人类所需的蛋 白质 结果 生产人类需要的基因产物(自 然界已有的蛋白质) 可以生产自然界没有的、不存 在的新蛋白质 联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的 1.将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米细胞，可以提 高玉米中的赖氨酸含量；更换赖氨酸形成过程中的天冬氨 酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的个别氨基酸，使两种酶 的活性提高，也可以提高玉米中的赖氨酸含量。以上两种 技术分别属于( ) A.基因工程、基因工程 B.蛋白质工程、蛋白质工程 C.基因工程、蛋白质工程 D.蛋白质工程、基因工程 C 2.蛋白质工程中，直接需要进行操作的对象是( ) A.氨基酸 B.肽键 C.蛋白质的空间结构 D.基因 D 3.关于蛋白质工程的基本流程，下列叙述正确的是( ) ①设计预期蛋白质分子结构 ②推测氨基酸序列 ③预期蛋白质功能 ④找出相应脱氧核苷酸序列 A. ③→①→②→④ B. ④→②→①→③ C. ①→②→③→④ D. ③→④→①→② A 4.有关蛋白质工程的说法，正确的是( ) A.必须从预期蛋白质的功能出发 B.在分子水平上直接改造蛋白质 C.可以不涉及转录和翻译过程 D.不需要借助基因工程的相关技术 A 5.蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是( ) A.基因工程原则上能生产任何蛋白质 B.蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新 的蛋白质 C.蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现 D.蛋白质工程通过直接对蛋白质分子进行操作来实现的 B