人教版 (2019)选择性必修3第4节 蛋白质工程的原理和应用集体备课ppt课件

这是一份人教版 (2019)选择性必修3第4节 蛋白质工程的原理和应用集体备课ppt课件，共27页。PPT课件主要包含了蛋白质工程，基因工程的不足，蛋白质工程的应用，课堂小结，课堂练习等内容，欢迎下载使用。
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？
如何解决这一问题？单纯的基因工程可以吗？
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。
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，是涉及多学科的综合科技工程。
基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质(天然蛋白质)
天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要
需要对天然蛋白进行改造产生更符合人类需要的蛋白质
实质：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。
天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要
二、蛋白质工程崛起的缘由
352位的苏氨酸变成异亮氨酸
104位的天冬酰胺变成异亮氨酸
1、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。
2、改造蛋白质的方法：
对天然的蛋白质进行改造，为什么不是直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现的？
①基因决定蛋白质的合成，改造基因即为改造蛋白质；②改造基因可以遗传，改造蛋白质无法遗传；③改造基因比改造蛋白质更容易操作。
三、蛋白质工程的基本原理
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
逆中心法则，与天然蛋白质合成的过程相反
3、蛋白质工程的基本思路
如何确定一个操作过程是基因工程技术还是蛋白质工程技术？
是否对原有基因进行改造
讨论1.怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
某多肽链的一段氨基酸序列是：
蛋白质工程基本思路的应用
每种氨基酸都有对应的密码子，只要查密码子表就能将氨基酸序列的编码序列查出来。
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
由于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。
讨论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：a.制造出自然界中不存在的全新蛋白质b.在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域c.改造蛋白质分子中的几个氨基酸残基
预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→找到并改变对应的脱氧核苷酸序列（基因）或合成新基因→获得所需要的蛋白质
目的基因的筛选与获取→构建基因表达载体→将目的基因导入受体细胞→目的基因的检测与鉴定
可生产自然界没有的蛋白质
生产自然界已有的蛋白质
通过改造或合成基因来定向改造现有蛋白质或制造新的蛋白质
将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状
①蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程；②蛋白质工程离不开基因工程，其包含基因工程的基本操作。
蛋白质工程和基因工程的比较
天然蛋白质易形成二聚体或六聚体
B28位脯氨酸替换为天冬氨酸或将它与B29位的赖氨酸交换位置
改变B链第20～29位氨基酸组成
（1）研发速效胰岛素类似物
天然干扰素（体外保存困难）
干扰素在体外保存相当困难
（2）延长干扰素体外保存时间
医学问题：小鼠单克隆抗体会使人体产生免疫反应，从而导致治疗效果大大降低。
解决办法：通过改造基因，将小鼠抗体上结合抗原的区域（即可变区）“嫁接”到人的抗体（即恒定区）上，经过这样改造的抗体诱发免疫反应的强度就会减低很多。
（3）生产人鼠嵌合抗体
枯草杆菌蛋白酶具有水解蛋白质的作用，因此常被用于洗涤剂工业、丝绸工业等。
广泛用于改进酶的性能或开发新的工业用酶
迄今为止，利用蛋白质工程获得的该酶的突变体已有上百种，从中可能筛选出一些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改造某些参与调控光合作用的酶
科学家正在尝试改造某些参与调控光合作用的酶，以提高植物光合作用的效率，增加粮食的产量。
还有科学家将蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，通过改造微生物蛋白质的结构，使它防治病虫害的效果增强。
②改造微生物蛋白质结构，防治害虫
蛋白质发挥功能必须依赖于正确的高级结构，而这种高级结构往往十分复杂。 要设计出更加符合人类需要的蛋白质，还需要不断地攻坚克难。随着科技的深入发展，蛋白质工程将会给人类带来更多的福祉。
由计算机建立的血红蛋白三维结构模型
酶用作工业催化剂，比无机催化剂具有更大的优越性，主要体现在以下几个方面。由于酶促反应能在常温、常压和中性pH条件下进行，因此可以节省大量的能源和设备投资；生产过程中不会造成严重的污染，符合环境保护的要求；生产过程简单、效率高，产品质量好，生产成本低。因此，酶制剂在工业领域得到了广泛的应用。近年来，通过引进国外先进设备、优良菌种以及开发新型酶制剂，我国酶制剂产业保持了较快的增长态势，品种越来越丰富，产品的市场竞争力也在不断提升。2016年，我国工业酶制剂年产量达120万吨，年增长率保持在10%左右。在全球范围内，我国酶制剂的市场份额已占到了30%左右，我国进入酶制剂生产大国的行列。在酶制剂产业中，蛋白质工程被广泛用于开发酶的新品种或改进酶的性能，如提高酶的热稳定性，增加某些被用作去污剂的酶的去污效率等。
一、蛋白质工程崛起的缘由：基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。二、蛋白质工程的基本原理：预期蛋白质功能→设计预期蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸序列。三、蛋白质工程的应用
1、合成自然界中不存在的蛋白质应首先设计(　　)A．基因的结构　　　　　B．蛋白质的结构C．氨基酸序列 D．mRNA的结构
2、蛋白质工程崛起的缘由是(　　)A．天然蛋白质使生物适应环境B．天然蛋白质均为自然界应存在的种类C．天然蛋白质不能够完全满足人类生产生活的需要D．天然蛋白质的结构和种类是长期自然选择的结果
3、下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_____；代表中心法则内容的是________。(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容： ①______ ②______；③______；④______；⑤__________。(3)蛋白质工程的目的是___________________________________，_____________________________，通过_______________________实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是______的。
根据人们对蛋白质功能的特定需求
对蛋白质的结构进行分子设计