蛋白質(zhì)工程崛起

1、關(guān)于蛋白質(zhì)工程的崛起 第一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本身不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，從而表現(xiàn)出新的性狀?；蚬こ痰膶?shí)質(zhì)：在原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)?；蚬こ痰诙?，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)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?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)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)

2、生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的課題。天然蛋白質(zhì)的不足第三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)符合特定物種生存需要。不一定符合人類生產(chǎn)、生活需要。干擾素治療病毒感染、癌癥。體外保存困難。改變分子結(jié)構(gòu)：半胱氨酸絲氨酸保存半年第四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月產(chǎn)量提高賴氨酸含量低合成時(shí)需：天冬氨酸激酶；二氫吡啶二羧酸合成酶。濃度影響蘇氨酸異亮氨酸天冬酰胺異亮氨酸第五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯肽鏈折疊等具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達(dá)生物特有的功能或性狀天然蛋白質(zhì)的合成過程遵循中心法則，并需經(jīng)過高級(jí)空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變

3、第六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月對(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，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？ 對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)：（1）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，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)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。（2）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)改造要容易操作，難度要小得多。第七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2、蛋白質(zhì)工程的原理：3、基本途徑(中心法則的逆推)從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）由預(yù)期的蛋白質(zhì)

4、找到相對(duì)應(yīng)的基因進(jìn)行改造第八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月討論：某多肽鏈的一段氨基酸序列是： 丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸（1）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。有多少種？（2）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（DNA）？第九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。mRNA序列為：(1)GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C

5、）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）第十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 通過物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNA技術(shù)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。其中基因工程是關(guān)鍵技術(shù)。因此蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程的概念第十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月基礎(chǔ):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)。手段:基因修飾或基因合成：借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNA技術(shù)二、蛋白質(zhì)工程的基本原理第十三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月目的:

6、對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。第十四張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程操作起點(diǎn)操作核心過程目標(biāo)結(jié)果聯(lián)系目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能基因表達(dá)載體基因獲取目的基因構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測與表達(dá)預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列推測核苷酸序列合成DNA 表達(dá)出蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)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。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。生產(chǎn)自然界

7、沒有的蛋白質(zhì)第十五張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月異想天開能否根據(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)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(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)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)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。 第十六張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)工程現(xiàn)狀 蛋白質(zhì)工程目前的

8、現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景第十七張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)工程的前景 蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來研究。蛋白質(zhì)工程將蛋白質(zhì)與酶的研究推進(jìn)到嶄新的時(shí)代，為蛋白質(zhì)和酶在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的應(yīng)用開拓了誘人的前景。蛋白質(zhì)工程開創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期。第十八張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)前，蛋白質(zhì)工程修飾、改造的蛋白質(zhì)為數(shù)不算多

9、，但進(jìn)展較快。隨著基因組測序的國際聯(lián)合行動(dòng)的快速進(jìn)展，也帶來并已出現(xiàn)了蛋白質(zhì)高速發(fā)展的新階段。蛋白質(zhì)工程進(jìn)展第十九張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月1醫(yī)藥方面 許多蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)是設(shè)法提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。在酶反應(yīng)器中可延長酶的半衰期或增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性，也可以延長治療用蛋白質(zhì)的貯存壽命或重要氨基酸抗氧化失活的能力。在這個(gè)領(lǐng)域已取得了一些重要研究成果。用蛋白質(zhì)工程來改造特殊蛋白質(zhì)為制造特效抗癌藥物開辟了新途徑。 第二十張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2在農(nóng)業(yè)方面 蛋白質(zhì)工程正在成為改造農(nóng)業(yè)，大幅度提高糧食產(chǎn)量的新途徑。近年來，美國坎布里奇的雷普里根公司的科研人員立題，以蛋白質(zhì)工程

10、作為設(shè)計(jì)優(yōu)良微生物農(nóng)藥的新思路，他們實(shí)施對(duì)微生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，僅此一舉，使微生物農(nóng)藥的殺蟲率提高了10倍。第二十一張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)工程在工業(yè)上的應(yīng)用取得的成果亦是很多?，F(xiàn)以改變酶的動(dòng)力學(xué)特性研制出高效除污酶為例說明其應(yīng)用價(jià)值。 另外，美國、日本等國家的科學(xué)工作者利用蛋白質(zhì)工程研制生物元件來取代“硅芯片”，研制生物計(jì)算機(jī)，開發(fā)生物傳感器的蛋白質(zhì)都取得了重大進(jìn)展。還有利用蛋白質(zhì)（酶）生產(chǎn)模仿羊毛、蠶絲、蜘蛛絲，其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕，均是蛋白質(zhì)工程取得的應(yīng)用性研究成果。第二十二張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2.提示： 基因工程是遵循中心法則，從DNA

11、mRNA蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(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：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)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。第二十三張，PPT共二十五頁，創(chuàng)作于2022年6月你知道酶工程嗎？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？ 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)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，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)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 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(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)、