14蛋白質(zhì)工程的崛起新ppt課件

1、基因工程基因工程的成果的成果 基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。 這些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。 基因工程的局限性：基因工程的局限性：閱讀閱讀P26P26第二段思考：第二段思考：科學(xué)家在干擾素的保存和玉米科學(xué)家在干擾素的保存和玉米的賴氨酸的產(chǎn)量上面臨什么樣的賴氨酸的產(chǎn)量上面臨什么樣的問題？如何解決這些問題？的問題？如何解決這些問題？一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由蛋白質(zhì)功能不能滿足需求蛋白質(zhì)功能不能滿足需求處理：改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)處理：改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)改造方案：改造方案：改造改造干擾素半胱氨酸）干擾素半胱氨酸）體外

2、很難保存體外很難保存干擾素絲氨酸）干擾素絲氨酸）體外可以保存半年體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352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羧酸合成酶104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）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）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍改造改造改造改造問題：如何對天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行改造？問題：如何對天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行改造？(你認為直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過你認為直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過

3、對基因的操作來實現(xiàn)？能否說出你的理由？對基因的操作來實現(xiàn)？能否說出你的理由？)答：毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對答：毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（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，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且改改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。質(zhì)分子還是無法遺傳的。（基因改造（基因改造可遺傳；可遺傳；

4、蛋白質(zhì)改造蛋白質(zhì)改造不可遺傳）不可遺傳）（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)直接改造要容易操作，難度要小得多。容易操作，難度要小得多。1、蛋白質(zhì)工程的途徑、蛋白質(zhì)工程的途徑預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列列(得到相應(yīng)目的基因得到相應(yīng)目的基因)基因基因DNADNA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mRNAmRNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯折疊折疊DNADNA合成合成分子設(shè)計分子設(shè)計-中心法則的逆推中心法

5、則的逆推二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理基因工程操作程序基因工程操作程序得到符合人們需求的蛋白質(zhì)得到符合人們需求的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)決定功能結(jié)構(gòu)決定功能中心法則中心法則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-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 討論：討論：1、請寫出決定這一段肽鏈的、請寫出決定這一段肽鏈的mRNA片段和基因片段片段和基因片段的核苷酸序列。的核苷酸

6、序列。2、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改 造目的基因造目的基因DNA）？）？（1 1mRNAmRNA序列為：序列為： GCU GCU或或C C或或A A或或G GUGGAAAUGGAAA或或G GAUGUUUAUGUUU或或C C） 脫氧核苷酸序列：脫氧核苷酸序列： CGA CGA或或G G或或T T或或C CACCTTTACCTTT或或C CTACAAATACAAA或或G G）（2 2確定目的基因的堿基序列后，通過人工合成確定目的基因的堿基序列后，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取，或者就可以根據(jù)人類的方法或從基因庫中獲取，或者就可以根

7、據(jù)人類的需要改造它可以通過定點突變）。的需要改造它可以通過定點突變）。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)，通過基因修飾或基因合成，物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。4 4、蛋白質(zhì)工程的概念、蛋白質(zhì)工程的概念了解蛋白質(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）前提：前提：途徑途徑/本質(zhì)：本質(zhì)：目的：目的：定向改造或制造全新

8、的蛋白質(zhì)，滿定向改造或制造全新的蛋白質(zhì)，滿足人類的生產(chǎn)生活需求足人類的生產(chǎn)生活需求5、基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別、基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程本質(zhì)本質(zhì)結(jié)果結(jié)果聯(lián)絡(luò)聯(lián)絡(luò)通 過 改 造 基 因 ， 可通 過 改 造 基 因 ， 可以 定 向 改 造 天 然 蛋以 定 向 改 造 天 然 蛋白 質(zhì) ， 甚 至 創(chuàng) 造 自白 質(zhì) ， 甚 至 創(chuàng) 造 自然界不存在的蛋白質(zhì)然界不存在的蛋白質(zhì)將目的基因從供體將目的基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細胞，轉(zhuǎn)移到受體細胞，并在受體細胞中表并在受體細胞中表達 基 因 重 組 ）達 基 因 重 組 ）只能生產(chǎn)自然界只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)已

9、存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出的第二代基因工程伸出的第二代基因工程能生產(chǎn)自然界能生產(chǎn)自然界不存在的蛋白質(zhì)不存在的蛋白質(zhì) 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋基因，導(dǎo)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？白質(zhì)食品呢？ 理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一理論上講可以，但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)往往都是自然界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)經(jīng)過改造得到的，并非

10、完全是人工設(shè)已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)經(jīng)過改造得到的，并非完全是人工設(shè)計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且設(shè)計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔心的。一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔心的。 而也正是因為，我們對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能之間的對應(yīng)關(guān)而也正是因為，我們對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能之間的對應(yīng)

11、關(guān)系掌握的非常少，所以導(dǎo)致我們從蛋白質(zhì)的預(yù)期功能出發(fā)系掌握的非常少，所以導(dǎo)致我們從蛋白質(zhì)的預(yù)期功能出發(fā)時，不能一步到位的設(shè)計好蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和氨基酸序列，時，不能一步到位的設(shè)計好蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和氨基酸序列，而只能設(shè)計一系列的候選的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，最終再從得到的而只能設(shè)計一系列的候選的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，最終再從得到的蛋白質(zhì)中去篩選出符合我們要求的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)中去篩選出符合我們要求的蛋白質(zhì)。預(yù)期蛋預(yù)期蛋白質(zhì)功白質(zhì)功能能設(shè)計一系設(shè)計一系列預(yù)期的列預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)；推測構(gòu)；推測各個相應(yīng)各個相應(yīng)的氨基酸的氨基酸序列；序列；（設(shè)計一（設(shè)計一系列的模系列的模擬肽）擬肽）找到相找到相應(yīng)的脫應(yīng)的脫氧核苷氧核苷酸序列

12、酸序列(得到一得到一系列相系列相應(yīng)的候應(yīng)的候選目的選目的基因基因)基因基因工程工程操作操作程序程序得到許多得到許多的蛋白質(zhì)；的蛋白質(zhì)；篩選出符篩選出符合人們需合人們需求的蛋白求的蛋白質(zhì)質(zhì)確認確認三、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、進展：、進展： （1 1對胰島素的改造，使其成為速效型藥對胰島素的改造，使其成為速效型藥品品 天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，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23

13、-28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。該速效胰島素合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。已通過臨床實驗。（2水蛭素改造水蛭素改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，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，由它有多種變異體，由65或或66個氨基酸殘基組成。水個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點的基為提高水蛭素活性，在綜合

14、各變異體結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計方案，的設(shè)計方案，將將47位的位的Asn天冬酰胺變成天冬酰胺變成Lys賴氨酸），賴氨酸），使其與分子內(nèi)第使其與分子內(nèi)第4或第或第5位位Thr蘇氨酸間形成氫蘇氨酸間形成氫鍵來幫助水蛭素鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高抗端肽段的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗活性提高凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。2 2、前景誘人：、前景誘人： 探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。方面。 3 3

15、、難度很大：、難度很大： 主要是目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的主要是目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。 用蛋白質(zhì)工程制造的電子元件具有體積小、用蛋白質(zhì)工程制造的電子元件具有體積小、耗電少和效率高的特點。耗電少和效率高的特點。P28P28思考探究思考探究你知道酶工程嗎你知道酶工程嗎? ?絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程和蛋白絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程和蛋白質(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(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和

16、環(huán)境保護等方面的一門科學(xué)技術(shù)。（如加酶洗衣粉）保護等方面的一門科學(xué)技術(shù)。（如加酶洗衣粉） 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。 因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的而蛋白質(zhì)工程的重點則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)改造。當然，隨著蛋白質(zhì)

17、工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。隨堂練習(xí)隨堂練習(xí)1蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是（蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是（ ） 氨基酸結(jié)構(gòu)氨基酸結(jié)構(gòu) B蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C肽鏈結(jié)構(gòu)肽鏈結(jié)構(gòu) D基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu) 2、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（ ） 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計 DNA合成合成 預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能 據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列 A. B. C. D.C 3、關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說法正確的是、關(guān)

18、于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說法正確的是 A都是分子水平上的操作都是分子水平上的操作 B基因工程就是改造基因的分子結(jié)構(gòu)基因工程就是改造基因的分子結(jié)構(gòu) C蛋白質(zhì)工程就是改造蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)工程就是改造蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) D基因工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的基因，基因工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的基因，蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)A4、關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說法不、關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說法不正確的是（正確的是（ ）A是生物在長期進化過程中形成的是生物在長期進化過程中形成的B它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要C構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種種D一