生物蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用課件-2024-2025學(xué)年高二下學(xué)期生物人教版選擇性必修3

蛋白質(zhì)工程的原理和應(yīng)用第三章第四節(jié)本節(jié)聚焦蛋白質(zhì)工程的基本原理是什么？01蛋白質(zhì)工程有哪些實(shí)際的應(yīng)用？02從社會(huì)中來科學(xué)家利用了什么技術(shù)讓細(xì)菌能發(fā)出熒光？轉(zhuǎn)基因技術(shù)，將熒光蛋白基因轉(zhuǎn)入細(xì)菌內(nèi)并使之表達(dá)。最早被發(fā)現(xiàn)的熒光蛋白質(zhì)綠色熒光蛋白，如何才能獲得其他顏色的熒光蛋白？熒光蛋白有什么使用前景？這些熒光蛋白在細(xì)胞內(nèi)生命活動(dòng)的檢測(cè)、腫瘤的示蹤研究等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。通過對(duì)綠色熒光蛋白進(jìn)行改造它，獲得了黃色熒光蛋白等。蛋白質(zhì)工程崛起的緣由蛋白質(zhì)工程：是指以蛋白質(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?；A(chǔ)手段結(jié)果目的困難蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。蛋白質(zhì)工程崛起的緣由蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程基因工程的實(shí)質(zhì)

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(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀?；蚬こ痰牟蛔慊蚬こ淘瓌t上只能生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中形成的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要不一定完全符合人類生產(chǎn)生活的需要基因重組蛋白質(zhì)工程崛起的緣由實(shí)例賴氨酸含量比較低天冬氨酸賴氨酸天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶抑制（很難提高）第352位:蘇氨酸異亮氨酸變成第104位:天冬酰胺異亮氨酸變成提高5倍提高2倍蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。改造蛋白質(zhì)的方法改造或合成基因?yàn)槭裁吹鞍踪|(zhì)工程改造基因而不直接改造蛋白質(zhì)？①蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，直接改造難度大；②蛋白質(zhì)是由基因編碼的，改造了基因可以間接改造蛋白質(zhì)；③基因可以遺傳，蛋白質(zhì)無法遺傳。蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的基本思路基因轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯多肽鏈折疊蛋白質(zhì)行使生物功能預(yù)期功能設(shè)計(jì)推測(cè)改造或合成（三維結(jié)構(gòu)）預(yù)期蛋白質(zhì)的功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到并改變相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列或合成新的基因獲得所需蛋白質(zhì)逆中心法則，與天然蛋白質(zhì)合成的過程相反蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而這種高級(jí)結(jié)構(gòu)往往十分復(fù)雜(高級(jí)結(jié)構(gòu)的解析往往要制備蛋白質(zhì)晶體、通過X涉嫌衍射技術(shù)，分析晶體結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)建立三維結(jié)構(gòu)模型并修正)?？茖W(xué)家要設(shè)計(jì)出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)，還需要不斷地攻堅(jiān)克難。蛋白質(zhì)工程的基本原理正常人體內(nèi)，血液中胰島素含量進(jìn)食后30-60分鐘達(dá)到高峰，而目前使用的基因工程生產(chǎn)的胰島素制劑，注射120分鐘才出現(xiàn)高峰。研究發(fā)現(xiàn)，胰島素分子易聚合成二聚體或六聚體，注射胰島素后需要經(jīng)歷一個(gè)解聚為單體的過程?；谏鲜雒枋觯岢鲆粋€(gè)合理的蛋白質(zhì)工程目標(biāo)，并闡述實(shí)施過程？①預(yù)期蛋白質(zhì)功能：降低現(xiàn)有胰島素的聚合作用并得到速效胰島素類似物產(chǎn)品；②分析現(xiàn)有胰島素結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以滿足速低聚效功能特點(diǎn)；③推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列，明確修改方案；④推到相應(yīng)氨基酸序列，通過定點(diǎn)突變技術(shù)或者人工合成技術(shù)得到目的基因；⑤構(gòu)建基因表達(dá)載體，導(dǎo)入受體細(xì)胞，表達(dá)蛋白質(zhì)獲得產(chǎn)物。胰島素六聚體胰島素單體蛋白質(zhì)工程的基本原理利用X射線晶體衍射，核磁共振等技術(shù)，明確胰島素的空間結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)換胰島素B鏈B28脯氨酸和29位B29賴氨酸，或者將B28脯氨酸替換為天冬氨酸，可以保持天然胰島素的主要構(gòu)象，同時(shí)能降低分子自聚力，顯著抑制單聚體聚集。天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設(shè)計(jì)后胰島素B鏈部分氨基酸序列：蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸蛋白質(zhì)工程的基本原理天然胰島素B鏈部分氨基酸序列：蘇氨酸脯氨酸賴氨酸蘇氨酸設(shè)計(jì)后胰島素B鏈部分氨基酸序列：蘇氨酸賴氨酸脯氨酸蘇氨酸mRNAmRNADNADNA不唯一，因?yàn)橐粋€(gè)氨基酸由一個(gè)或多個(gè)密碼子決定，因此基因堿基序列有多種。推測(cè)出多肽中的氨基酸序列，那么其基因堿基序列是否唯一？為什么？可以人工合成目的基因，人胰島素B鏈基因較短，按照設(shè)計(jì)好的編碼序列進(jìn)行化學(xué)合成，是獲取這種突變型目的基因的首選方法。也可以應(yīng)用基因定點(diǎn)突變技術(shù)來進(jìn)行堿基的替換、增添等進(jìn)而改造基因。確定目的基因堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因？蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用①

研發(fā)速效胰島素類似物醫(yī)藥工業(yè)方面天然蛋白質(zhì)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轉(zhuǎn)錄mRNA折疊行使功能降低胰島素的聚合作用改變B鏈第20～29位氨基酸組成預(yù)期功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)推測(cè)序列翻譯多肽鏈有效抑制胰島素的聚合蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用②

延長(zhǎng)干擾素體外保存時(shí)間醫(yī)藥工業(yè)方面天然干擾素不易保存預(yù)期結(jié)構(gòu)改造一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸新干擾素基因轉(zhuǎn)錄mRNA折疊行使功能延長(zhǎng)保存時(shí)間氨基酸替換預(yù)期功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)推測(cè)序列翻譯多肽鏈在-70℃下可以保存半年蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用③

降低人對(duì)小鼠單克隆抗體的免疫反應(yīng)醫(yī)藥工業(yè)方面通過改造基因，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(huì)減低很多。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用改進(jìn)酶的性能或開發(fā)新的工業(yè)用酶其他工業(yè)方面如利用蛋白質(zhì)工程獲得枯草桿菌蛋白酶的突變體，篩選出符合工業(yè)化生產(chǎn)需求的突變體，提高該酶的使用價(jià)值。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用農(nóng)業(yè)方面①

改造某些參與調(diào)控光合作用的酶，以提高植物光合作用的速率，增加糧食的產(chǎn)量。②

設(shè)計(jì)優(yōu)良微生物農(nóng)藥，通過改造微生物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使防治病蟲害的效果增強(qiáng)。伊維菌素是新型的廣譜、高效、低毒抗生素類抗寄生蟲藥蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別與聯(lián)系比較內(nèi)容基因工程蛋白質(zhì)工程起點(diǎn)過程實(shí)質(zhì)結(jié)果聯(lián)系生產(chǎn)自然界中已存在的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中非天然的蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性,以獲得人類所需要的生物類型或生物產(chǎn)品改造或制造人類所需要的蛋白質(zhì)預(yù)期的蛋白質(zhì)功能目的基因獲取目的基因→構(gòu)建表達(dá)