專題一 1.4蛋白質(zhì)工程的崛起

知識回顧基因工程的實質(zhì)是什么？將一種生物的基因轉移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本來不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新的性狀。思考：基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是否完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要？專題1基因工程1.4蛋白質(zhì)工程的崛起一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1基因工程的局限性：a、基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)b、天然蛋白質(zhì)不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要2蛋白質(zhì)工程的目的：生產(chǎn)符合人們生活需要的并非自然界已存在的蛋白質(zhì)干擾素利用大腸桿菌及酵母菌生產(chǎn)干擾素例如：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）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1蛋白質(zhì)工程的目標：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特殊需求，對蛋白質(zhì)的結構進行分子設計。2前提：了解蛋白質(zhì)的結構和功能原理：改造基因（基因修飾或基因合成）目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)（原理：基因改造）蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎,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),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。蛋白質(zhì)的結構

一級結構二級結構三級結構四級結構蛋白質(zhì)工程流程圖：蛋白質(zhì)三維結構氨基酸序列多肽鏈基因DNA預期功能DNA合成分子設計mRNA生物功能轉錄翻譯折疊從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設計預期的蛋白質(zhì)結構推測應有的氨基酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？？答：基因工程是遵循中心法則，從DNA→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行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應有的高級結構→蛋白質(zhì)應具備的折疊狀態(tài)→應有的氨基酸序列→應有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可

能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結構;（4）設計各種處理條件，了解蛋白質(zhì)的結構變化，包

括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設計編碼該蛋白的基因改造方案，如定點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。蛋白質(zhì)改造工程的實例：1．水蛭素的改造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65或66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。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結構特點的基礎上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。蛋白質(zhì)改造工程的實例：2．生長激素改造生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結合生長激素受體，還可以結合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結合，盡可能減少與其他激素受體的結合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結果與預先設想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。蛋白質(zhì)改造工程的實例：3．胰島素改造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，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結構所致。利用蛋白質(zhì)工程技術改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。

蛋白質(zhì)改造工程的實例：4．治癌酶的改造癌癥的基因治療分二個方面：藥物作用于癌細胞，特異性地抑制或殺死癌細胞；藥物保護正常細胞免受化學藥物的侵害，可以提高化學治療的劑量。皰疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它結構類似物磷酸化而使這些堿基3’-OH缺乏,從而阻斷DNA的合成，殺死癌細胞。HSV—TK催化能力可以通過基因突變來提高。從大量的隨機突變中進行篩選出一種酶,在酶活性部位附近有6個氨基酸被替換，催化能力20倍以上。三、蛋白質(zhì)工程的進展與前景蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科學家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結構了解很少。比較基因工程和蛋白質(zhì)工程：基因工程蛋白質(zhì)工程相同點都要改造基因，都屬于分子水平產(chǎn)生新的基因型，無新基因基因（型）產(chǎn)生的蛋白質(zhì)原有的新的聯(lián)系蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎，是基因工程的應用和延伸課堂練習：1、以下關于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是：()A.蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎

B.蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進行改造

C.蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì)

D.蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是改造蛋白質(zhì)A課堂練習：2、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是：