1.4　蛋白質(zhì)工程的崛起

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(zhuǎn)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(jìn)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？,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)化過程中形成的，其結(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。,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,1、閱讀教材P26中干擾素和玉米中氨基酸的含量的實例？,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）,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,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,1、基因工程的應(yīng)用（1）基因工程的實質(zhì)：將一種生物的轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的，進(jìn)而表現(xiàn)出新的。（2）基因工程的不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的。2、天然蛋白質(zhì)的不足天然蛋白質(zhì)是生物在長期過程中形成的，它們的符合特定物種的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。3、蛋白質(zhì)工程的目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的。,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,基因,蛋白質(zhì),性狀,蛋白質(zhì),進(jìn)化,結(jié)構(gòu)和功能,生存,蛋白質(zhì),2、對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？,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（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）、對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多。,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。,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,基因DNA,氨基酸序列多肽鏈,蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu),預(yù)期功能,生物功能,mRNA,轉(zhuǎn)錄,翻譯,折疊,DNA合成,分子設(shè)計,討論：1、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。,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-,丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG賴氨酸：AAA、AAG甲硫氨酸：AUG苯丙氨酸：UUU、UUC,首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。,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）？,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文庫中獲取.,三、蛋白質(zhì)工程的概念,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，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。,前提：,原理：,目的：,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）,定向改造或制造蛋白質(zhì),實質(zhì)：,對編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造,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鑒定,預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計蛋白質(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),生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(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。因為對現(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。,四、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,1、前景誘人：科學(xué)家通過對的改造，以使其成為速成藥。用此技術(shù)制成的，具有、耗電少和的特點(diǎn)。2、難度很大：主要是目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的的了解還很不夠。,電子元件,體積小,效率高,高級結(jié)構(gòu),胰島素,異想天開,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(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？,理論講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細(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)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)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。,1.蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是氨基酸結(jié)構(gòu)B蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)C肽鏈結(jié)構(gòu)D基因結(jié)構(gòu),2.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是A蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要B蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)C蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子D蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程,3.以下關(guān)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(chǔ)B、蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸C、蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造D、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì),4.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DNA合成預(yù)期蛋白質(zhì)功能根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列ABCD,5.蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是A氨基酸種類增多B氨基酸種類減少C仍為天然存在蛋白質(zhì)D可合成天然不存在蛋白質(zhì),6、關(guān)于蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和應(yīng)用，下列說法不正確的是（）A科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為速效藥品B生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面C蛋白質(zhì)工程技術(shù)已經(jīng)非常成熟，目前正被大力推廣應(yīng)用D蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程，目前成功的例子不多,C,1、你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？,旁欄思考題,人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學(xué)乃至自然領(lǐng)域一項重大的科學(xué)命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是以美國科學(xué)家牽頭的“人類血將蛋白質(zhì)組計劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。,“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜重大國際科研協(xié)作計劃，總部設(shè)在北京。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)。,隨后，相繼啟動了由德國、瑞士、英國、加拿大和日本等國牽頭的各類蛋白質(zhì)組計劃。人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持。,異想天開,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(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？,理論講可以，但目前還沒有真正成功的例子