生物：1.4《蛋白質(zhì)工程的崛起》2課件(新人教版選修3)

1、知識(shí)回顧1 1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性 的原因？的原因？2 2、遺傳信息的流動(dòng)方向（中心法則）、遺傳信息的流動(dòng)方向（中心法則）1 1 氨基酸的種類不同氨基酸的種類不同2 2 氨基酸是數(shù)目不同氨基酸是數(shù)目不同3 3氨基酸的排列順序變化多端氨基酸的排列順序變化多端4 4 肽鏈的空間結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別肽鏈的空間結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別DNADNARNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)復(fù)復(fù)制制復(fù)復(fù)制制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1、基因工程的應(yīng)用、基因工程的應(yīng)用（1）基因工程的實(shí)質(zhì)：）基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后

2、者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的蛋白體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。質(zhì)。（2）基因工程的不足：）基因工程的不足：天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻物種生存的需要，卻不一定完全符合不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要人類生產(chǎn)和生活的需要。2、天然蛋白質(zhì)的不足、天然蛋白質(zhì)的不足3、蛋白質(zhì)工程的目的、蛋白質(zhì)工程的目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的蛋白質(zhì)。需要的蛋白

3、質(zhì)。例如：干擾素是由動(dòng)物體內(nèi)的效應(yīng)干擾素是由動(dòng)物體內(nèi)的效應(yīng)T T細(xì)胞細(xì)胞產(chǎn)生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所產(chǎn)生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所有病毒引起的感染。同時(shí)，在治療有病毒引起的感染。同時(shí)，在治療癌癥方面也有十分可觀的療效。但癌癥方面也有十分可觀的療效。但是，干擾素在體外保存相當(dāng)困難。是，干擾素在體外保存相當(dāng)困難。o玉米中賴氨酸的含量比較低。玉米中賴氨酸的含量比較低。賴氨酸的合成機(jī)理：賴氨酸的合成機(jī)理：天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶前體物質(zhì)前體物質(zhì)賴氨酸賴氨酸負(fù)反饋調(diào)節(jié)負(fù)反饋調(diào)節(jié)天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二

4、羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（異亮氨酸）（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）（異亮氨酸） 在已研究過(guò)的在已研究過(guò)的幾千種幾千種酶中，只有酶中，只有極極少數(shù)少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然酶雖然在自然狀態(tài)下有活性在自然狀態(tài)下有活性，但，但在在工業(yè)生產(chǎn)中沒(méi)有活性或活性很低工業(yè)生產(chǎn)中沒(méi)有活性或活性很低。這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會(huì)有酸、堿或有機(jī)溶劑體系中常常會(huì)有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度

5、較高，在這種條件存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會(huì)很快下，大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活變性失活。 目前科學(xué)家嘗試通過(guò)目前科學(xué)家嘗試通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的改造，來(lái)的改造，來(lái)延長(zhǎng)酶的半衰期，提高酶延長(zhǎng)酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)藥用蛋的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)藥用蛋白的保存期，抵御由于重白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性要氨基酸氧化引起的活性喪失等，取得了一定的進(jìn)喪失等，取得了一定的進(jìn)展。展。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(biāo)、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo) 根據(jù)人們對(duì)根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的白質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分

6、子設(shè)計(jì)。進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。2 2、天然蛋白質(zhì)的合成過(guò)程、天然蛋白質(zhì)的合成過(guò)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(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）表達(dá)（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肽鏈形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能行使生物功能由于基因決定蛋白質(zhì)，要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，由于基因決定蛋白質(zhì)，要對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，最終還必須通過(guò)基因來(lái)完成最終還必須通過(guò)基因來(lái)完成、蛋白質(zhì)工程的基本途徑、蛋白質(zhì)工程的基本途徑預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列推測(cè)應(yīng)有的氨

7、基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）（基因）蛋白質(zhì)工程的流程蛋白質(zhì)工程的流程基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽鏈多肽鏈蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期功能預(yù)期功能生物功能生物功能mRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯折疊折疊DNA合成合成分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：基礎(chǔ)：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能4、蛋白質(zhì)工程的概念、蛋白質(zhì)工程的概念 蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律蛋白質(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(guò)基及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白

8、質(zhì)，以滿足人類對(duì)造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對(duì)生產(chǎn)和生活的需求。生產(chǎn)和生活的需求。(第二代基因工程）第二代基因工程）基礎(chǔ)基礎(chǔ)：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能原理原理：改造基因（基因修飾或基因合成）改造基因（基因修飾或基因合成）目的：目的： 定向改造或制造蛋白質(zhì)定向改造或制造蛋白質(zhì)討論：討論：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(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫出來(lái)。請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫出來(lái)。 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

9、-丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 賴氨酸：賴氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC 每種氨基酸都有對(duì)應(yīng)的三聯(lián)密碼子每種氨基酸都有對(duì)應(yīng)的三聯(lián)密碼子,只要查一下遺傳只要查一下遺傳密碼子表密碼子表,就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來(lái)。但是由于上述氨基酸序列中來(lái)。但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基酸是由有幾個(gè)氨基酸是由多個(gè)三聯(lián)密碼子編碼多個(gè)三聯(lián)密碼子編碼,因此其堿基排列組合起來(lái)就比因此其堿基排列組合起來(lái)就比較復(fù)雜較復(fù)雜,至少可以排列出至少可以排列出16種。同學(xué)們可以根據(jù)學(xué)過(guò)種。

10、同學(xué)們可以根據(jù)學(xué)過(guò)的排列組合知識(shí)自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)的排列組合知識(shí)自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出密碼子推出mRNA序列為序列為GCU（或（或C或或A或或G）UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C），再根據(jù)堿基），再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C）ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G）。）。2、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合、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（成或改造目的基因（DNA）？）？可以通過(guò)人工合成的方法獲取或基因的定點(diǎn)誘變技可以通過(guò)人工合成的方法獲取或基

11、因的定點(diǎn)誘變技術(shù)來(lái)改變。術(shù)來(lái)改變?；蚨ㄎ煌蛔兓蚨ㄎ煌蛔兏鶕?jù)三聯(lián)體密碼，編碼根據(jù)三聯(lián)體密碼，編碼DNADNA（目的基因）的確定位點(diǎn)，（目的基因）的確定位點(diǎn)，改變其組成核苷酸的順序或種類，使基因發(fā)生定向變改變其組成核苷酸的順序或種類，使基因發(fā)生定向變異，使其控制合成的氨基酸種類、順序發(fā)生改變，合異，使其控制合成的氨基酸種類、順序發(fā)生改變，合成出具有預(yù)期氨基酸序列的修飾蛋白質(zhì)。成出具有預(yù)期氨基酸序列的修飾蛋白質(zhì)。這種通過(guò)造成一個(gè)或幾個(gè)堿基這種通過(guò)造成一個(gè)或幾個(gè)堿基定點(diǎn)突變定點(diǎn)突變，以達(dá)到修飾，以達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目的的技術(shù)，稱為基因定點(diǎn)突變技術(shù)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目的的技術(shù)，稱為基因定點(diǎn)突變技術(shù)。

12、基因定點(diǎn)誘變技術(shù)與基因突變的比較基因定點(diǎn)誘變技術(shù)與基因突變的比較比較比較基因定點(diǎn)誘變基因定點(diǎn)誘變基因突變基因突變相相同同點(diǎn)點(diǎn)發(fā)生的發(fā)生的過(guò)程過(guò)程結(jié)果結(jié)果不不同同點(diǎn)點(diǎn)場(chǎng)所場(chǎng)所手段手段方向方向DNA復(fù)制過(guò)程中復(fù)制過(guò)程中產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀生物體外生物體外生物體內(nèi)生物體內(nèi)定向改造定向改造不定向性不定向性PCR技術(shù)技術(shù)物理化學(xué)方法物理化學(xué)方法1、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展：（1）對(duì)胰島素的改造胰島素的改造 天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血糖作用，也

13、增加了抗原性，這而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素是胰島素B23-B28B23-B28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素速效胰島素已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)。已通過(guò)臨床實(shí)驗(yàn)。（2）對(duì)水蛭素的改造）對(duì)水蛭素的改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由制劑，它有多種變異體，由65或或66個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于基組成。水蛭素在臨床上可作為抗

14、栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體變異體HV2的設(shè)計(jì)方案，將的設(shè)計(jì)方案，將47位的位的Asn（天冬酰（天冬酰胺）變成胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或或第第5位位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來(lái)幫助水蛭素（蘇氨酸）間形成氫鍵來(lái)幫助水蛭素N端肽鏈的正確取向，從而提高抗凝血效率，端肽鏈的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高試管試驗(yàn)活性提高4倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果，提高栓形成的效果

15、，提高20倍。倍。（3）對(duì)生長(zhǎng)激素的改造生長(zhǎng)激素的改造 生長(zhǎng)激素通過(guò)對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)生長(zhǎng)激素通過(guò)對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合體的生長(zhǎng)發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長(zhǎng)激素受體生長(zhǎng)激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)胞的還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)胞的催乳激素受體催乳激素受體，引，引發(fā)其他生理過(guò)程。在治療過(guò)程中為減少副作用，需使發(fā)其他生理過(guò)程。在治療過(guò)程中為減少副作用，需使人的重組生長(zhǎng)激素只與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合，盡可能減人的重組生長(zhǎng)激素只與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合

16、區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過(guò)改合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過(guò)改造加以區(qū)別。由于人的生長(zhǎng)激素和催乳激素受體結(jié)合造加以區(qū)別。由于人的生長(zhǎng)激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合則無(wú)需要鋅離子參與作用，而它與生長(zhǎng)激素受體結(jié)合則無(wú)需鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基需鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈，如第酸側(cè)鏈，如第18和第和第21位位His（組氨酸）和第（組氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。為臨床用藥還有大量的

17、工作要做。（4）應(yīng)用于微電子方面 生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點(diǎn)，因此有極為廣闊的發(fā)展前景。2、蛋白質(zhì)工程的現(xiàn)狀 蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的成功的例子不多，例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而功能需要依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)了解很少，構(gòu)了解很少，要設(shè)計(jì)出更加符合人類要設(shè)計(jì)出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過(guò)艱辛的探索。需要的蛋白質(zhì)還需要經(jīng)過(guò)艱辛的探索。旁欄思考題旁欄思

18、考題 你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。命題。20012001年，國(guó)際人類蛋白質(zhì)組組織宣告年，國(guó)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(dòng)了兩項(xiàng)重成立。之后，該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由大國(guó)際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家中國(guó)科學(xué)家牽頭牽頭執(zhí)行的執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類肝臟蛋白

19、質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)；另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。的帷幕?！叭祟惛闻K蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)是國(guó)際上第一個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀福初院士牽頭，這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜福初院士牽頭，這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，的重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前有目前有1616個(gè)國(guó)家和地區(qū)的個(gè)國(guó)家和地區(qū)的8080多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)

20、肝臟的蛋參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持工程的有力推動(dòng)和理論支持。 旁欄思考題旁欄思考題：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？實(shí)現(xiàn)？應(yīng)該應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如

21、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，）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(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的。遺傳的。（2 2）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容容易操作，難度要小得多易操作，難度要小得多。 蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？工程有什么不同

22、？答：答：基因工程是遵循基因工程是遵循中心法則中心法則，從從DNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能折疊產(chǎn)生功能，基本上基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)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(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。 注意：蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心注意：蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。法則的逆推。異想天開異想天開能不能根

23、據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？白質(zhì)食品呢？理論講可以，但目前還沒(méi)有真正成功的例子。一理論講可以，但目前還沒(méi)有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是些報(bào)道利用細(xì)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)，并非完全是人工設(shè)計(jì)自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來(lái)而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)出來(lái)而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人

24、類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。擔(dān)心的。四四.蛋白質(zhì)工程和基因工程蛋白質(zhì)工程和基因工程項(xiàng)目項(xiàng)目基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程操作起點(diǎn)操作起點(diǎn)操作核心操作核心過(guò)程過(guò)程目標(biāo)目標(biāo)結(jié)果結(jié)果聯(lián)系聯(lián)系目的基因目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能基因表達(dá)載體基因表達(dá)載體基因基因獲取目的基因獲取目的基因構(gòu)建表達(dá)載體構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基

25、因的檢測(cè)與表達(dá)目的基因的檢測(cè)與表達(dá)預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)氨基酸序列推測(cè)氨基酸序列推測(cè)核苷酸序列推測(cè)核苷酸序列合成合成DNA 表達(dá)出蛋白質(zhì)表達(dá)出蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生性，獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)需的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來(lái)的第延伸出來(lái)的第二代基因工程。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造二代基因工程。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過(guò)基因

26、的修飾或基因的合成。新的蛋白質(zhì)，必須通過(guò)基因的修飾或基因的合成。生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì)白質(zhì)應(yīng)用之一：工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用之一：工業(yè)生產(chǎn)改造酶的結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性改造酶的結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性 例如：酵母菌的例如：酵母菌的丙糖磷酸異構(gòu)酶丙糖磷酸異構(gòu)酶上有兩個(gè)上有兩個(gè)天門冬酰胺天門冬酰胺，在分別轉(zhuǎn)變?yōu)椋诜謩e轉(zhuǎn)變?yōu)樘K氨酸蘇氨酸和和異亮氨酸異亮氨酸后，酶的熱穩(wěn)定性后，酶的熱穩(wěn)定性提高提高50%。此外，在蛋白質(zhì)分子中引。此外，在蛋白質(zhì)分子中引入入二硫鍵二硫鍵也可以顯著提高蛋白質(zhì)的熱也可以顯著提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。五.蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用應(yīng)用之二：醫(yī)藥生產(chǎn)應(yīng)用之二：醫(yī)藥生產(chǎn)改造天然抗體

27、，使之對(duì)腫瘤細(xì)胞具有特改造天然抗體，使之對(duì)腫瘤細(xì)胞具有特異性識(shí)別和殺傷力異性識(shí)別和殺傷力實(shí)例實(shí)例2：改造一種纖維蛋白溶解酶原激：改造一種纖維蛋白溶解酶原激活因子（活因子（tPA），可以在臨床上用于），可以在臨床上用于溶解血栓塊，醫(yī)治心肌梗死等疾病。溶解血栓塊，醫(yī)治心肌梗死等疾病。實(shí)例實(shí)例1：制造鼠：制造鼠人嵌合抗體，對(duì)人體人嵌合抗體，對(duì)人體的不良反應(yīng)減少。的不良反應(yīng)減少。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 科學(xué)家對(duì)鼠源雜交瘤抗體進(jìn)行改造，生產(chǎn)出效果科學(xué)家對(duì)鼠源雜交瘤抗體進(jìn)行改造，生產(chǎn)出效果更好的鼠更好的鼠人嵌合抗體，用于癌癥治療。下圖表示人嵌合抗體，用于癌癥治療。下圖表示形成鼠形成鼠人嵌合抗體的過(guò)程。人嵌合抗體

28、的過(guò)程?？勺儏^(qū)可變區(qū)恒定區(qū)恒定區(qū)可變區(qū)可變區(qū)恒定區(qū)恒定區(qū)鼠鼠抗抗體體人人抗抗體體鼠鼠人嵌合抗體人嵌合抗體鼠鼠人嵌合抗體的最人嵌合抗體的最大優(yōu)點(diǎn)是減少了人體大優(yōu)點(diǎn)是減少了人體的不良反應(yīng)的不良反應(yīng)應(yīng)用之三：疾病與病毒檢測(cè)應(yīng)用之三：疾病與病毒檢測(cè)制造蛋白質(zhì)芯片用于檢測(cè)某些病毒制造蛋白質(zhì)芯片用于檢測(cè)某些病毒實(shí)例：利用實(shí)例：利用SARS病人和病人和SARS疑似病人疑似病人的診斷，還可用來(lái)觀察某人感染的診斷，還可用來(lái)觀察某人感染SARS病毒之后體內(nèi)特異性抗體的動(dòng)態(tài)變化，病毒之后體內(nèi)特異性抗體的動(dòng)態(tài)變化，幫組監(jiān)測(cè)病情的發(fā)展。幫組監(jiān)測(cè)病情的發(fā)展。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用六、蛋白質(zhì)工程與酶工程的關(guān)六、蛋白質(zhì)工程與酶工程

29、的關(guān)系系 絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 酶工程酶工程就是指將酶所具有的生物催化作就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說(shuō)，酶工程是由酶制劑的學(xué)技術(shù)。概括地說(shuō)，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。業(yè)中。 通常所說(shuō)的通常所說(shuō)的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶的合理充分利用，的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對(duì)已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著對(duì)已存在的蛋