蛋白質(zhì)工程ZHY最新課件

1、蛋白質(zhì)工程ZHY最新1.41.4 蛋白質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程ZHY最新一、蛋白質(zhì)工程的崛起的緣由一、蛋白質(zhì)工程的崛起的緣由1 1、基因工程產(chǎn)物、基因工程產(chǎn)物 基因工程在原則上只能生產(chǎn)基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界自然界已存在的已存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。這些這些天然蛋白質(zhì)天然蛋白質(zhì)是生物在長期進化過程是生物在長期進化過程中形成的中形成的, ,它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要種生存的需要, ,卻卻不一定完全符合人類生不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。產(chǎn)和生活的需要。蛋白質(zhì)工程ZHY最新實例實例1 1：干擾素的保存：干擾素的保存天然的干擾素在體外保存相

2、當困難。天然的干擾素在體外保存相當困難。如果將其分子上的一個如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸半胱氨酸變成絲氨酸，那么，那么在在7070的條件下，可以保存半年的條件下，可以保存半年。2 2、蛋白質(zhì)工程實例：、蛋白質(zhì)工程實例：蛋白質(zhì)工程ZHY最新實例實例2 2：玉米中賴氨酸的含量比較低：玉米中賴氨酸的含量比較低如果對賴氨酸合成過程中的兩個關鍵酶進如果對賴氨酸合成過程中的兩個關鍵酶進行改造行改造, ,可以使玉米葉片和種子中的游離賴可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸分別提高氨酸分別提高5 5倍和倍和2 2倍。倍。原因：賴氨酸合成過程中兩個關鍵酶原因：賴氨酸合成過程中兩個關鍵酶天冬氨酸激酶和二氫吡

3、啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的的活性，受細胞內(nèi)賴氨酸濃度的影響。當賴活性，受細胞內(nèi)賴氨酸濃度的影響。當賴氨酸濃度達到一定量時，就會抑制這兩種氨酸濃度達到一定量時，就會抑制這兩種酶的活性。酶的活性。蛋白質(zhì)工程ZHY最新實例實例3:3:工業(yè)用酶工業(yè)用酶許多工業(yè)用酶是在改變天然酶的特性后，許多工業(yè)用酶是在改變天然酶的特性后，才使之適應生產(chǎn)和使用需要的。才使之適應生產(chǎn)和使用需要的。蛋白質(zhì)工程ZHY最新 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產(chǎn)，于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(yè)生產(chǎn)絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(yè)生產(chǎn)，這，這些酶雖

4、然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應體系中常常會有體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提高。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來說，一般來說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵期，提高

5、酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。3 3、蛋白質(zhì)工程產(chǎn)物：、蛋白質(zhì)工程產(chǎn)物：是自然界原本是自然界原本不存在不存在的新的蛋白質(zhì)。的新的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程ZHY最新旁欄思考題旁欄思考題 你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任務？什么關系？我國科學家承擔了什么任務？ 人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。生命科學乃至自然科學領域一項重大的科學命題。200120

6、01年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由項是由中國科學家中國科學家牽頭執(zhí)行的牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的；另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類人類血漿蛋白質(zhì)組計劃血漿蛋白質(zhì)組計劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。劃的帷幕。蛋白質(zhì)工程ZHY最新“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一個人類組是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院士牽頭，織器

7、官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協(xié)作計這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總部設在北京，目前有劃，總部設在北京，目前有1616個國家和地區(qū)的個國家和地區(qū)的8080多多個實驗室報名參加。它的科學個實驗室報名參加。它的科學目標是揭示并確認肝目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì)，臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學基礎。研發(fā)的突破提供重要的科學基礎。 人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持的有力推動和理論支持。 蛋白質(zhì)工程

8、ZHY最新思考：思考：對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？應該應該從對基因的操作來實現(xiàn)從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：主要原因如下：（1 1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且可以遺傳可以遺傳下去下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。被

9、改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2 2）對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要）對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易容易操作，難度要小得多操作，難度要小得多。 蛋白質(zhì)工程ZHY最新二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1 1、蛋白質(zhì)工程的目標、蛋白質(zhì)工程的目標 根據(jù)人們對根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)功能的特定需求，的特定需求，對蛋白質(zhì)的對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進行分子設計。進行分子設計。2 2、天然蛋白質(zhì)的合成過程、天然蛋白質(zhì)的合成過程DNADNA（基因）（基因）轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄mRNAmRNA翻譯翻譯蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)基因基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多形成氨基酸序列的多肽鏈

10、肽鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能行使生物功能蛋白質(zhì)工程ZHY最新、蛋白質(zhì)工程的基本途徑、蛋白質(zhì)工程的基本途徑預期的蛋白質(zhì)功能預期的蛋白質(zhì)功能設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應有的氨基酸序列推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）（基因）蛋白質(zhì)工程ZHY最新蛋白質(zhì)工程ZHY最新討論：討論：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸賴氨酸賴氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸（1 1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？）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

11、基序列寫出來。請把相應的堿基序列寫出來。首先應該根據(jù)密碼子首先應該根據(jù)密碼子推出推出mRNAmRNA序列序列，每種氨基酸都每種氨基酸都有對應的密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可有對應的密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個密碼子編上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復雜碼，因此其堿基排列組合起來就比較復雜. .再根據(jù)堿基互補配對規(guī)律再根據(jù)堿基互補配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列推出脫氧核苷酸序列。蛋白質(zhì)工程ZHY最新4 4、蛋白質(zhì)工程的概

12、念、蛋白質(zhì)工程的概念 是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，通過基因修飾或基因合成，對對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程就是利用基因工程的手段，定向地改造就是利用基因工程的手段，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程ZHY最新異想天開異想天開: :能

13、不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設計相應的基因，導入合適的細菌中，構(gòu)，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？ 理論上講可以理論上講可以，但，但目前還沒有真正成功的例子目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。工設計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復雜是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復雜，人類對蛋白質(zhì)，人

14、類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔心的么危害也是人們所擔心的。 蛋白質(zhì)工程ZHY最新5 5、蛋白質(zhì)工程與基因工程的關系、蛋白質(zhì)工程與基因工程的關系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上，延伸出來，延伸出來的的第二代基因工程第二代基因工程，是包含多學科的綜合科技工程，是包含多學科的綜合科技工程領域。領域。 基因工程基因工程是通過基因操作把外源

15、基因轉(zhuǎn)入適當是通過基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進行表達，它的生物體內(nèi)，并在其中進行表達，它的產(chǎn)品是的產(chǎn)品是該該基因編碼的基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)天然存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程ZHY最新三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景1 1、科學家通過對胰島素的改造，已使其成、科學家通過對胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。為速效型藥品。2 2、生物和材料科學家正積極探索將蛋白質(zhì)、生物和材料科學家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應用于微電子方面。工程應用于微電子方面。3 3、蛋白質(zhì)工程目前成功的例子不多蛋白質(zhì)工程目前成功的例子不多, ,原因是原因是對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解不夠。但隨著科

16、學對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解不夠。但隨著科學技術(shù)的深入發(fā)展，它將會給人類帶來更多的技術(shù)的深入發(fā)展，它將會給人類帶來更多的福音。福音。蛋白質(zhì)工程ZHY最新蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)工程ZHY最新蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)工程ZHY最新胰島素的三級結(jié)構(gòu)胰島素的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)工程ZHY最新血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子血紅蛋白分子就是由二個由就是由二個由141個氨基酸殘個氨基酸殘基組成的基組成的亞基亞基和二個由和二個由146個個氨基酸殘基組氨基酸殘基組成的成的亞基按特亞基按特定的接觸和排定的接觸和排列組成的一個列組成的一個球狀蛋白質(zhì)分球狀蛋白質(zhì)分子，每

17、個亞基子，每個亞基中各有一個含中各有一個含亞鐵離子的血亞鐵離子的血紅素輔基。紅素輔基。 返回蛋白質(zhì)工程ZHY最新思考與探究思考與探究 1.1.蛋白質(zhì)工程的崛起主要蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎是工業(yè)生產(chǎn)和基礎理論研究的需要理論研究的需要。結(jié)構(gòu)生物學結(jié)構(gòu)生物學對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復雜的生物功能的分析結(jié)果，為設計構(gòu)及其復雜的生物功能的分析結(jié)果，為設計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。分子遺傳學分子遺傳學的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮鞯囊远c突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。技術(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。蛋白質(zhì)工程ZHY最新

18、通過蛋白質(zhì)工程來通過蛋白質(zhì)工程來提高重組提高重組-干擾素專一活性干擾素專一活性和穩(wěn)定性和穩(wěn)定性。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的將人的干擾素的cDNAcDNA在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性只相當于天然產(chǎn)品的十生的干擾素的抗病毒活性只相當于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的分之一，雖然在大腸桿菌中合成的-干擾素量干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。研很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。研究發(fā)現(xiàn)，究發(fā)現(xiàn)，-干擾素蛋白質(zhì)中有干擾素蛋白質(zhì)中有3 3個半胱氨酸（第個半胱氨酸（第1717位、位

19、、3131位和位和141141位），推測可能是有一個或幾位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第第1717位的半胱氨酸，通過位的半胱氨酸，通過基因定點突變基因定點突變改變成絲改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的-干擾素的抗干擾素的抗病性活性提高，并且比天然病性活性提高，并且比天然-干擾素的貯存穩(wěn)干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。定性高很多。 蛋白質(zhì)工程ZHY最新在基礎理論研究方面，蛋白質(zhì)工程是在基礎理論研究方面，蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白研究多種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分

20、子設計等一系列分質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動的規(guī)律。和生命活動的規(guī)律。 蛋白質(zhì)工程ZHY最新2.2.基因工程基因工程是遵循中心法則，是遵循中心法則，從從DNAmRNADNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能折疊產(chǎn)生功能，基本上是基本上是生產(chǎn)生產(chǎn)出出自然界已有的蛋白質(zhì)自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進行的：蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質(zhì)的功能確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應有的高

21、級蛋白質(zhì)應有的高級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應具備的折疊狀態(tài)蛋白質(zhì)應具備的折疊狀態(tài)應有應有的氨基酸序列的氨基酸序列應有的堿基排列應有的堿基排列，可以可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程ZHY最新3.3.酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)工程學的手段，應用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術(shù)。境保護等方面的一門科學技術(shù)。概括地說，酶工程是由概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應用酶制劑的生產(chǎn)和應用兩方面兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于組成的。酶工程的應用主要集中于食品工

22、業(yè)、輕工食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。中。-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶這三個酶淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖異構(gòu)酶這三個酶連續(xù)作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產(chǎn)出高果糖漿；連續(xù)作用于淀粉，就可以代替蔗糖生產(chǎn)出高果糖漿；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業(yè)；蛋白酶用于皮革脫毛膠以及洗滌劑工業(yè)；固定化酶固定化酶還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些還可以治療先天性缺酶病或是器官缺損引起的某些功能的衰竭等。至于我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷降墓δ艿乃ソ叩?。至于我們?nèi)粘Ｉ钪兴姷降募用讣用赶匆路?、嫩肉粉洗衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的體現(xiàn)了。等，就更是酶工程最直接的體現(xiàn)了。蛋白質(zhì)工程ZHY最新通常所說的通常