蛋白質(zhì)崛起2011課件

1、第4節(jié) 蛋白質(zhì)工程的崛起一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴(lài)氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴(lài)氨酸含量可提高數(shù)倍蛋白質(zhì)工程是應(yīng)怎樣的需求而崛起的？ 蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要。而結(jié)構(gòu)生物學(xué)對(duì)大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物功能的分析結(jié)果，為設(shè)計(jì)改造天然蛋白質(zhì)提供了藍(lán)圖。分子遺傳學(xué)的以定點(diǎn)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。在已研究過(guò)的

2、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(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)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)生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的課題。一般來(lái)說(shuō)，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長(zhǎng)酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)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。1、你知道人類(lèi)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)？ 旁欄思考題 人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)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)

3、重大的科學(xué)命題。2001年，國(guó)際人類(lèi)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)重大國(guó)際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開(kāi)了人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。 “人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)人類(lèi)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)銜的重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前有16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的80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)肝臟的蛋白質(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)。 人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力

4、推動(dòng)和理論支持。閱讀課本P26P28，完成三維設(shè)計(jì)的填要點(diǎn)。二、討論：蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 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)和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人類(lèi)生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。一、自學(xué)導(dǎo)引：二、蛋白質(zhì)工程的基本原理天然蛋白質(zhì)的合成過(guò)程二、蛋白質(zhì)工程的基本原理蛋白質(zhì)工程流程圖基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)功能分子設(shè)計(jì)DNA合成原理： 1、天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是按照中 心法則進(jìn)行 2、蛋白質(zhì)工程的基本途徑是：中心

5、法則的逆推蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)二是確定蛋白質(zhì)的化學(xué)組及空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從氨基酸序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生理功能，設(shè)計(jì)合成具有特定生物功能的全新蛋白質(zhì)，而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造控制蛋白質(zhì)合成的相應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用與蛋白質(zhì)工程。4、蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較項(xiàng)目 蛋白質(zhì)工程 基因工程過(guò)程 實(shí)質(zhì) 結(jié)果聯(lián)系 預(yù)期功能-設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)-推測(cè)氨基 獲取目的基因-構(gòu)建載體-導(dǎo)酸序列-找到核苷酸序列 入受體細(xì)胞-目的基因檢測(cè)與鑒定改造基因 定向改造生物的遺傳

6、性狀生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì) 生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是第二代基因工程，必須通過(guò)基因修飾或基因合成才能實(shí)現(xiàn)四、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景進(jìn)展：胰島素速效型藥品的生產(chǎn) 前景：微電子方面、干擾素、高產(chǎn)賴(lài)氨酸玉米的設(shè)計(jì)等蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展與前景蛋白質(zhì)工程目前的現(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(lài)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。作業(yè): 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?蛋白質(zhì)工程與基因工程相比,合成的蛋白質(zhì)有何特點(diǎn)? 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)

7、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(mén)科學(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(shuō)的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)，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，酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶的合理充分利用，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，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。 異想天開(kāi)能不能根據(jù)人類(lèi)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(lèi)所需要的蛋白質(zhì)食品呢？

8、理論上講可以，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(lèi)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(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(lèi)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(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。 2、方法、技巧、規(guī)律總結(jié)： 蛋白質(zhì)的功能是DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質(zhì)，就要改造DNA，所以蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。基因工程中合成的蛋白質(zhì)只能是天然存在的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)工程則可以合成自然界本來(lái)不存在的蛋白質(zhì)。3、思維誤區(qū)提示： 蛋白質(zhì)工程就是酶工程嗎？ 酶大多是蛋白質(zhì)。酶工程包括酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面，其重點(diǎn)在于對(duì)已存在酶的合理充分利用。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。酶工程至多是蛋白質(zhì)工程的一部分。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子就是由二個(gè)由141個(gè)氨基酸殘基組成的亞基和二個(gè)由146個(gè)氨基酸殘基組成的亞基按特定的接觸和排列組成的一個(gè)球狀蛋白質(zhì)分子，每個(gè)亞基中各有一個(gè)含亞鐵離子的血紅素輔基。 返回三、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、天然蛋白質(zhì)合成的過(guò)程是按照 進(jìn)行的：2、蛋白質(zhì)工程的基本途徑是：所以，蛋白質(zhì)工程的概念是：四、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景：進(jìn)展：胰島素速效型藥品的生