高三生物 基因工程 ppt.ppt

專題一基因工程 考綱要求 1 基因工程的誕生 2 基因工程的原理及技術(shù) 3 基因工程的應(yīng)用 4 蛋白質(zhì)工程 基因的結(jié)構(gòu)1 原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 非編碼區(qū) 非編碼區(qū) 編碼區(qū) 編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游 與rna聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 啟動(dòng)子 終止子 rna聚合酶能夠識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點(diǎn) 并與其結(jié)合 轉(zhuǎn)錄開始后 rna聚合酶沿dna分子移動(dòng) 并以dna分子的一條鏈為模板合成rna 轉(zhuǎn)錄完畢后 rna鏈釋放出來 緊接著rna聚合酶也從dna模板鏈上脫落下來 不能轉(zhuǎn)錄為信使rna 不能編碼蛋白質(zhì) 能轉(zhuǎn)錄相應(yīng)的信使rna 能編碼蛋白質(zhì) 編碼區(qū) 非編碼區(qū) 原核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 有調(diào)控遺傳信息表達(dá)的核苷酸序列 在該序列中 最重要的是位于編碼區(qū)上游的rna聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 啟動(dòng)子 二 真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 編碼區(qū) 與rna聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 內(nèi)含子 外顯子 能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子 不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子 啟動(dòng)子 終止子 編碼區(qū)上游 編碼區(qū)下游 內(nèi)含子 外顯子 真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu) 編碼區(qū) 非編碼區(qū) 外顯子 能編碼蛋白質(zhì)的序列內(nèi)含子 不能編碼蛋白質(zhì)的序列 有調(diào)控作用的核苷酸序列 包括位于編碼區(qū)上游的rna聚合酶結(jié)合位點(diǎn) 非編碼序列 包括非編碼區(qū)和內(nèi)含子 原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的基因結(jié)構(gòu)比較 連續(xù) 不連續(xù) 編碼區(qū) 非編碼 啟動(dòng)子與起始密碼 終止子與終止密碼 二 基因工程的概念 定義 又稱為重組dna技術(shù) 指按照人們的愿望 進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì) 并通過體外dna重組和轉(zhuǎn)基因等技術(shù) 賦予生物新的遺傳特性 從而創(chuàng)造出更符合人們需要的新的生物類型和生物產(chǎn)品 目的 是生產(chǎn)出符合人類需要的產(chǎn)品或創(chuàng)造出生物的新性狀 并能穩(wěn)定遺傳 基因工程基本操作的四個(gè)步驟 1 目的基因的獲取 2 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 3 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 4 目的基因的檢測與鑒定 一 目的基因的獲取 1 目的基因主要是指 編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因 2 獲取目的基因的常用方法有哪些 1 從基因文庫中獲取 2 利用pcr技術(shù)擴(kuò)增 3 人工合成 請閱讀p9第一和二兩段 一 從基因文庫中獲取目的基因 將含有某種生物不同基因的許多dna片斷 導(dǎo)入到受體菌的群體中 各個(gè)受體菌分別含有這種生物的不同基因 稱為基因文庫 1 基因文庫 2 基因文庫的構(gòu)建方法 鳥槍法 供體細(xì)胞中的dna 許多dna片段 運(yùn)載體 限制酶 與載體連接載入 受體細(xì)胞 產(chǎn)生特定性狀 導(dǎo)入 外源dna擴(kuò)增 目的基因 分離 直接分離法 一 從基因文庫中獲取目的基因 反轉(zhuǎn)錄法 以目的基因轉(zhuǎn)錄成的信使rna為模板 反轉(zhuǎn)錄成互補(bǔ)的單鏈dna 然后在酶的作用下合成雙鏈dna 從而獲得所需的基因 目的基因的mrna 雜交雙鏈 單鏈rna 單鏈dna 單鏈dna 反轉(zhuǎn)錄酶 核酸酶h 2 基因文庫的構(gòu)建方法 dna聚合酶 雙鏈dna 目的基因 根據(jù)已知的氨基酸序列合成dna法 根據(jù)已知蛋白質(zhì)的氨基酸序列 推測出相應(yīng)的信使rna序列 然后按照堿基互補(bǔ)配對原則 推測出它的結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列 再通過化學(xué)方法 以單核苷酸為原料合成目的基因 蛋白質(zhì)的氨基酸序列 mrna的核苷酸序列 結(jié)構(gòu)基因的核苷酸序列 推測 推測 目的基因 化學(xué)合成 2 基因文庫的構(gòu)建方法 上述三種目的基因提取的方法有何優(yōu)缺點(diǎn) 操作簡便廣泛使用 工作量大 盲目 分離出來的有時(shí)并非一個(gè)基因 專一性強(qiáng) 操作過程麻煩 mrna很不穩(wěn)定 要求的技術(shù)條件較高 專一性最強(qiáng) 僅限于合成核苷酸對較少的簡單基因 思考 為什么要構(gòu)建基因文庫 直接從含有目的基因的生物體內(nèi)提取不行嗎 概念 pcr全稱為 是一項(xiàng)在生物 復(fù)制 的核酸合成技術(shù) 條件 做啟動(dòng)子 前提條件 原理 方式 以 方式擴(kuò)增 即 n為擴(kuò)增循環(huán)的次數(shù) 結(jié)果 選修1p60 多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) 體外 特定dna片段 dna復(fù)制 已知基因的核苷酸序列 四種脫氧核苷酸 一對引物 dna聚合酶 指數(shù) 2n 使目的基因的片段在短時(shí)間內(nèi)成百萬倍地?cái)U(kuò)增 二 利用pcr技術(shù)擴(kuò)增目的基因 過程 a dna變性 90 96 雙鏈dna模板在熱作用下 斷裂 形成 b 退火 復(fù)性55 60 系統(tǒng)溫度降低 引物與dna模板結(jié)合 形成局部 c 延伸 70 75 在taq酶的作用下 從引物的5 端 3 端延伸 合成與模板互補(bǔ)的 氫鍵 單鏈dna 雙鏈 dna鏈 1 用一定的 切割質(zhì)粒 使其出現(xiàn)一個(gè)切口 露出 2 用 切斷目的基因 使其產(chǎn)生 二 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 核心 3 將切下的目的基因片段插入質(zhì)粒的 處 再加入適量 形成了一個(gè)重組dna分子 重組質(zhì)粒 限制酶 黏性末端 同一種限制酶 的黏性末端 切口 dna連接酶 相同 質(zhì)粒 dna分子 限制酶處理 一個(gè)切口兩個(gè)黏性末端 兩個(gè)切口獲得目的基因 dna連接酶 重組dna分子 重組質(zhì)粒 核心 同一種 二 基因表達(dá)載體的構(gòu)建 4 過程 5 基因表達(dá)載體的組成 復(fù)制原點(diǎn) 目的基因 啟動(dòng)子 終止子 標(biāo)記基因 它們有什么作用 思考 作為基因工程表達(dá)載體 只需含有目的基因就可以完成任務(wù)嗎 為什么 啟動(dòng)子 位于基因的首端的一段特殊的dna片斷 它是rna聚合酶識別和結(jié)合的部位 有了它才能驅(qū)動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄出mrna 最終獲得蛋白質(zhì) 調(diào)節(jié)基因 操縱基因 結(jié)構(gòu)基因 rna聚合酶 半乳糖苷酶 酶 酶 啟動(dòng)子 結(jié)構(gòu)蛋白基因 rna聚合酶 終止子 位于基因的尾端的一段特殊的dna片斷 能終止mrna的轉(zhuǎn)錄 標(biāo)記基因的作用是為了鑒別受體細(xì)胞中是否含有目的基因 從而將有目的基因的細(xì)胞篩選出來 三 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 轉(zhuǎn)化 方法 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞 將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞 將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 基因槍法 花粉管通道法 顯微注射法 感受態(tài)細(xì)胞 目的基因進(jìn)入 內(nèi) 并且在受體細(xì)胞內(nèi)維持 和 的過程 受體細(xì)胞 穩(wěn)定 表達(dá) 1 將目的基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法 農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)化法 1 農(nóng)桿菌介紹 2 原理及適用范圍 三 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 2 將目的基因?qū)雱?dòng)物細(xì)胞 1 方法 顯微注射法 2 程序 三 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 3 將目的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞 1 思考 為什么選用微生物作為受體細(xì)胞 2 方法 四 目的基因的檢測與鑒定 檢查是否成功 檢測 鑒定 檢測轉(zhuǎn)基因生物染色體的dna上是否插入了目的基因 檢測目的基因是否轉(zhuǎn)錄出了mrna 檢測目的基因是否翻譯成蛋白質(zhì) 抗蟲鑒定 抗病鑒定 活性鑒定等 方法 方法 方法 dna分子雜交 分子雜交 注意與上不同之處 抗原抗體雜交 dna分子雜交示意圖 采用一定的技術(shù)手段 將兩種生物的dna分子的單鏈放在一起 如果這兩個(gè)單鏈具有互補(bǔ)的堿基序列 那么 互補(bǔ)的堿基序列就會(huì)結(jié)合在一起 形成雜合雙鏈區(qū) 在沒有互補(bǔ)堿基序列的部位 仍然是兩條游離的單鏈 1 以下說法正確的是 a 所有的限制酶只能識別一種特定的核苷酸序列b 質(zhì)粒是基因工程中唯一的運(yùn)載體c 運(yùn)載體必須具備的條件之一是 具有多個(gè)限制酶切點(diǎn) 以便與外源基因連接d 基因控制的性狀都能在后代表現(xiàn)出來 c 練習(xí) 2 不屬于質(zhì)粒被選為基因運(yùn)載體的理由是a 能復(fù)制 b 有多個(gè)限制酶切點(diǎn)c 具有標(biāo)記基因d 它是環(huán)狀dna d 練習(xí) 3 有關(guān)基因工程的敘述中 錯(cuò)誤的是 a dna連接酶將黏性末端的堿基對連接起來b 限制性內(nèi)切酶用于目的基因的獲得c 目的基因須由運(yùn)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞d 人工合成目的基因不用限制性內(nèi)切酶 a 練習(xí) 4 有關(guān)基因工程的敘述正確的是 a 限制酶只在獲得目的基因時(shí)才用b 重組質(zhì)粒的形成在細(xì)胞內(nèi)完成c 質(zhì)粒都可作為運(yùn)載體d 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)可為合成目的基因提供資料 d 練習(xí) 5 基因工程是在dna分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的 在基因操作的基本步驟中 不進(jìn)行堿基互補(bǔ)配對的步驟是 a 人工合成目的基因b 目的基因與運(yùn)載體結(jié)合c 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞d 目的基因的檢測和表達(dá) c 練習(xí) 2006年廣東卷23題 下列關(guān)于基因工程應(yīng)用的敘述 正確的是a 基因治療就是把缺陷基因誘變成正?；騜 基因診斷的基本原理是dna分子雜交c 一種基因探針能檢測水體中的各種病毒d 原核基因不能用來進(jìn)行真核生物的遺傳改良 b 2006年江蘇卷15題 我國科學(xué)家運(yùn)用基因工程技術(shù) 將蘇云金芽孢桿菌的抗蟲基因?qū)朊藁?xì)胞并成功表達(dá) 培育出了抗蟲棉 下列敘述不正確的是a 基因非編碼區(qū)對于抗蟲基因在棉花細(xì)胞中的表達(dá)不可缺少b 重組dna分子中增加一個(gè)堿基對 不一定導(dǎo)致毒蛋白的毒性喪失c 抗蟲棉的抗蟲基因可通過花粉傳遞到近緣作物 從而造成基因污染d 轉(zhuǎn)基因棉花是否具有抗蟲特性是通過檢測棉花對抗生素抗性來確定的 d 2006年全國卷 5題 采用基因工程技術(shù)將人凝血因子基因?qū)肷窖蚴芫?培育出了轉(zhuǎn)基因羊 但是 人凝血因子只存在于該轉(zhuǎn)基因羊的乳汁中 以下有關(guān)敘述 正確的是a 人體細(xì)胞中凝血因子基因編碼區(qū)的堿基對數(shù)目 等于凝血因子氨基酸數(shù)目的3倍b 可用顯微注射技術(shù)將含有人凝血因子基因的重組dna分子導(dǎo)入羊的受精卵c 在該轉(zhuǎn)基因樣中 人凝血因子基因存在于乳腺細(xì)胞 而不存在于其他體細(xì)胞中d 人凝血因子基因開始轉(zhuǎn)錄后 dna連接酶以dna分子的一條鏈為模板合成mrna b 2006年四川卷4題 基因工程技術(shù)可使大腸桿菌合成人的蛋白質(zhì) 下列敘述不正確的是a 常用相同的限制性內(nèi)切酶處理目的基因和質(zhì)粒b dna連接酶和rna聚合酶是構(gòu)建重組質(zhì)粒必需的工具酶c 可用含抗生素的培養(yǎng)基檢測大腸桿菌中是否導(dǎo)入了重組質(zhì)粒d 導(dǎo)入大腸桿菌的目的基因不一定能成功表達(dá) b 2006年江蘇卷41題 基因工程又叫基因拼接技術(shù) 1 在該技術(shù)中 用人工合成方法獲得目的基因的途徑之一是 以目的基因轉(zhuǎn)錄的為模板 成互補(bǔ)的單鏈dna 然后在酶的作用下合成 2 基因工程中常用的受體細(xì)胞有細(xì)菌 真菌 若將真核基因在原核細(xì)胞中表達(dá) 對該目的基因的基本要求是 3 假設(shè)以大腸桿菌質(zhì)粒作為運(yùn)載體 并以同一種限制性內(nèi)切酶切割運(yùn)載體與目的基因 將切割后的運(yùn)載體與目的基因片段混合 并加入dna連接酶 連接產(chǎn)物至少有種環(huán)狀dna分子 它們分別是 1 信使rna mrna 逆轉(zhuǎn)錄 反轉(zhuǎn)錄 雙鏈dna 目的基因 2 動(dòng)植物細(xì)胞除去內(nèi)含子 3 3運(yùn)載體自連的 目的基因片段自連的 運(yùn)載體與目的基因片段相連的環(huán)狀dna分子 基因工程的應(yīng)用 基因工程的應(yīng)用是基因工程基本操作程序的一個(gè)必然結(jié)果 一 植物基因工程碩果累累 植物基因工程技術(shù)主要用于提高農(nóng)作物的抗逆能力 以及改良農(nóng)作物的品質(zhì)和利用植物生產(chǎn)藥物等方面 1 抗蟲轉(zhuǎn)基因植物方法 目的基因包括 從某些生物中分離出具有殺蟲活性的基因 將其導(dǎo)入作物中 使其具有抗蟲性 bt毒蛋白基因 蛋白酶抑制劑基因 淀粉酶抑制劑基因 植物凝集素基因等 2 抗病轉(zhuǎn)基因植物 尋根問底 在抗病轉(zhuǎn)基因植物中 為什么使用病毒外殼蛋白基因可以抗病毒侵染 是否存在局限性 一種假說認(rèn)為 cp基因在植物細(xì)胞內(nèi)表達(dá)積累后 當(dāng)入侵的病毒裸露核酸進(jìn)入植物細(xì)胞后 會(huì)立即被這些外殼蛋白重新包裹 從而阻止病毒核酸分子的復(fù)制和翻譯 另一種假說認(rèn)為 植物細(xì)胞內(nèi)積累的病毒外殼蛋白會(huì)抑制病毒脫除外殼 使病毒核酸分子不能釋放出來 然而最近的研究表明 如果將病毒的外殼蛋白的aug起始密碼缺失 使之不能被翻譯 或者將外殼蛋白基因變成反義rna基因 整合到植物細(xì)胞染色體上 轉(zhuǎn)基因植物則有很好的抗性 因此 有人認(rèn)為抗性機(jī)理不是外殼蛋白在起作用 而是cp基因轉(zhuǎn)錄出rna后 與入侵病毒rna之間的相互作用起到了抗性作用 存在一些問題 轉(zhuǎn)基因植物對病毒的抗性有局限性 僅限于特定的病毒 被使用cp基因的病毒 或密切相關(guān)的病毒 轉(zhuǎn)基因植物大多數(shù)只是發(fā)病延緩 一般為兩周 并非根治 潛在著植物表達(dá)的外殼蛋白包被與另一種病毒形成新的雜合病毒的危險(xiǎn) 3 抗逆轉(zhuǎn)基因作物4 利用轉(zhuǎn)基因改良植物的品質(zhì)方法 將必需氨基酸含量多的蛋白質(zhì)編碼基因 導(dǎo)入植物中 或者改變這些氨基酸合成途徑中某種酶的活性 三 動(dòng)物基因工程前景廣闊 1 用于提高動(dòng)物生長速度目的基因 2 用于改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 生長素基因 5 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物生產(chǎn)藥物用基因工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)動(dòng)物乳腺生物反應(yīng)器的操作過程是怎樣的 獲取目的基因 例如血清蛋白基因 構(gòu)建基因表達(dá)載體 在血清白蛋白基因前加特異表達(dá)的啟動(dòng)子 顯微注射導(dǎo)入哺乳動(dòng)物受精卵中 形成胚胎 將胚胎送入母體動(dòng)物 發(fā)育成轉(zhuǎn)基因動(dòng)物 只有在產(chǎn)下的雌性動(dòng)物個(gè)體中 轉(zhuǎn)入的基因才能表達(dá) 6 用轉(zhuǎn)基因動(dòng)物作器官移植的供體供體動(dòng)物 存在的難題 解決方法 豬 免疫排斥 將供體基因組導(dǎo)入某種基因調(diào)節(jié)因子 以抑制抗原決定基因的表達(dá) 或設(shè)法除去抗原決定基因 再結(jié)合克隆技術(shù) 培育出沒有免疫排斥反應(yīng)的轉(zhuǎn)基因克隆豬器官 7 基因工程藥品異軍突起工程菌 用基因工程的方法 使外源基因得到高效率表達(dá)的菌類細(xì)胞株系 我國已生產(chǎn)的產(chǎn)品 白細(xì)胞介素 2 干擾素 乙肝疫苗等 四 基因治療曙光初照 1 體外基因治療 2 體內(nèi)基因治療 從病人體內(nèi)獲得某種細(xì)胞 進(jìn)行培養(yǎng) 然后 在體外完成基因轉(zhuǎn)移 再篩選成功轉(zhuǎn)移的細(xì)胞擴(kuò)增培養(yǎng) 最后重新輸入患者體內(nèi) 直接向人體組織細(xì)胞中轉(zhuǎn)移基因的治病方法 用于基因治療的基因種類a 從健康人體上分離得到的功能正常的基因 用以取代病變基因 或依靠其表達(dá)產(chǎn)物 b 反義基因 即通過產(chǎn)生的mrna分子 與病變基因產(chǎn)生的mrna進(jìn)行互補(bǔ) 來阻斷蛋白質(zhì)合成 c 編碼可以殺死癌變細(xì)胞的蛋白酶基因 又叫做自殺基因 蛋白質(zhì)工程 一 蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 通過基因工程能夠大規(guī)模生產(chǎn)生物體內(nèi)微量存在的活性物質(zhì) 并借助轉(zhuǎn)基因而改變動(dòng)植物性狀 得以在人類醫(yī)療保健中進(jìn)行基因診斷和基因治療 然而在廣泛利用自然界各種蛋白質(zhì)的過程中就發(fā)現(xiàn) 這些蛋白質(zhì)只是適應(yīng)生物自身的需要 而對它們進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)往往不合意 需要加以改造 1983年ulmer首先提出蛋白質(zhì)工程 它是指按照特定的需要 對蛋白質(zhì)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)和改造的工程 自此以后 蛋白質(zhì)工程迅速發(fā)展 已成為生物工程的重要組成部分 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)生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的課題 一般來說 提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括 延長酶的半衰期 提高酶的熱穩(wěn)定性 延長藥用蛋白的保存期 抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等 例如 干擾素是一種抗病毒 抗腫瘤的藥物 將人的干擾素的cdna在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá) 產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106u mg 只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一 雖然在大腸桿菌中合成的 干擾素量很多 但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在 為什么會(huì)這樣 如何改變這種狀況 研究發(fā)現(xiàn) 干擾素蛋白質(zhì)中有3個(gè)半胱氨酸 第17位 31位和141位 推測可能是有一個(gè)或幾個(gè)半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵 研究人員將第17位的半胱氨酸 通過基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸 結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的 干擾素的抗病性活性提高到108u mg 并且比天然 干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多 后基因組時(shí)代 將是 蛋白質(zhì)組學(xué)時(shí)代 即從對基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研究 包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 功能與應(yīng)用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用 蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學(xué) 晶體學(xué) 動(dòng)力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識的基礎(chǔ)上 對蛋白質(zhì)人工改造與合成 最終獲得商業(yè)化的產(chǎn)品 二 蛋白質(zhì)工程的基本原理 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(jié)構(gòu) 4 設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件 了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化 包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響 5 設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案 如點(diǎn)突變 6 分離 純化新蛋白 功能檢測后投入實(shí)際使用 一 蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)與改造蛋白質(zhì)工程首先是以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ) 通過蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 晶體結(jié)構(gòu)和溶液構(gòu)象的研究 積累了成千上萬蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)資料 并編制成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫 得以從中找出蛋白質(zhì)分子間的進(jìn)化關(guān)系 一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)的關(guān)系 結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系方面的規(guī)律 蛋白質(zhì)作為生物大分子是生物化學(xué)和分子生物學(xué)的研究重點(diǎn) 大量蛋白質(zhì)被分離純化 測定了它們的結(jié)構(gòu) 性質(zhì)和生物學(xué)作用 分子生物學(xué)有關(guān)基因組的研究 也可以用以推測出一些未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 采用定位誘變的方法 可以對編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行核苷酸密碼子的插入 刪除 置換和改組 其結(jié)果為分子改造提供新的設(shè)計(jì)方案 現(xiàn)有的蛋白質(zhì)是生物長期進(jìn)化的結(jié)果 蛋白質(zhì)工程則是對生物進(jìn)化的模擬 按照蛋白質(zhì)形成的規(guī)律 改造蛋白質(zhì)或構(gòu)建新的蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)的改造通常需要先經(jīng)周密的分子設(shè)計(jì) 然后依賴基因工程獲得突變型蛋白質(zhì) 以檢驗(yàn)其是否達(dá)到了預(yù)期的效果 如果改造的結(jié)果不理想 還需要從新設(shè)計(jì)再進(jìn)行改造 往往經(jīng)歷多次實(shí)踐摸索才能達(dá)到改進(jìn)蛋白質(zhì)性能的預(yù)定目標(biāo) 二 蛋白質(zhì)改造工程舉例1 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 它有多種變異體 由65或66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hv2的設(shè)計(jì)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(yàn)活性提高4倍 在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果 提高20倍 2 生長激素改造生長激素通過對它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長發(fā)育 然而它不僅可以結(jié)合生長激素受體 還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)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(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)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(jié)合需要鋅離子參與作用 而它與生長激素受體結(jié)合則無需鋅離子參與 于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈 如第18和第21位his