蛋白質(zhì)工程的崛起ppt課件

1、蛋白質(zhì)工程的崛起,1,活動(dòng)1:閱讀P26. 回答:為什么要進(jìn)行蛋白質(zhì)工程?,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,通過(guò)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(lèi)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(guò)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(duì)它們進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)往往不合意，需要加以改造。,2,一、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(shí)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

2、白質(zhì)是生物在長(zhǎng)期 過(guò)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(lèi)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(lèi)生產(chǎn)和生活的需要的 。,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),3,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,1、目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì) 功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的 進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。 2、原理：改造基因（基因 或基因 ） 。 3、途徑： 預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì) 推測(cè)應(yīng) 有的 序列找到對(duì)應(yīng)的 序列。,蛋白質(zhì),結(jié)構(gòu),修飾,合成,預(yù)期的蛋白質(zhì),氨基酸,脫氧核苷酸,對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？,4,蛋白質(zhì)工程的流程,基因

3、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(jì),蛋白質(zhì)工程原理,天然蛋白質(zhì)的合成途徑：,蛋白質(zhì)工程的途徑：,5,蛋白質(zhì)工程的概念,基礎(chǔ):,蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)：,途徑:,目標(biāo):,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,基因修飾或基因合成,改造或制造新的蛋白質(zhì)，滿(mǎn)足人類(lèi)的生產(chǎn)或生活的需要,是對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造,6,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,活動(dòng)2：對(duì)照P27蛋白質(zhì)工程流程圖，說(shuō)出主要步驟。,7,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(cè)定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射線(xiàn)晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白

4、質(zhì)的二維結(jié)構(gòu)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(duì)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(cè)后投入實(shí)際使用。,8,活動(dòng)3：對(duì)照密碼表，至少寫(xiě)出三種決定“丙氨酸色氨酸賴(lài)氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸”的脫氧核苷酸序列。,9,10,（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(guò)蛋白質(zhì)的一級(jí)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(wàn)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)資料，并編制成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，得以從中找出蛋白質(zhì)分子間的進(jìn)化關(guān)系、一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)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

5、。,11,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(cè)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(cè)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(duì)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?，F(xiàn)有的蛋白質(zhì)是生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，蛋白質(zhì)工程則是對(duì)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(lài)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

6、索才能達(dá)到改進(jìn)蛋白質(zhì)性能的預(yù)定目標(biāo)。,12,基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的示意圖,13,基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的理解(蘇教版),后代中半數(shù)為誘變的分子,脫氧核苷酸,聚合酶和連接酶,含突變順序的分子片段,空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì),14,思考：基因定點(diǎn)誘變技術(shù)與基因突變的比較,DNA復(fù)制過(guò)程中,產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀,生物體外,生物體內(nèi),定向改造,不定向性,PCR技術(shù),物理化學(xué)方法,15,（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

7、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(lài)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(lái)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。,16,2生長(zhǎng)激素改造 生長(zhǎng)激素通過(guò)對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長(zhǎng)激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類(lèi)型細(xì)胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過(guò)程。在治療過(guò)程中為減少副作用，需使人的重組生長(zhǎng)激素只與生長(zhǎng)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(guò)改造

8、加以區(qū)別。由于人的生長(zhǎng)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(zhǎng)激素受體結(jié)合則無(wú)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（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開(kāi)發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。,17,3胰島素改造 天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)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(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)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(guò)臨床實(shí)驗(yàn)。,18,4治癌酶的改造 癌癥的基因治療分二個(gè)方面：

9、藥物作用于癌細(xì)胞，特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞；藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)藥物的侵害，可以提高化學(xué)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(jié)構(gòu)類(lèi)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(xì)胞。HSVTK催化能力可以通過(guò)基因突變來(lái)提高。從大量的隨機(jī)突變中進(jìn)行篩選出一種酶,在酶活性部位附近有6個(gè)氨基酸被替換，催化能力20倍以上。 蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹了幾個(gè)例子。蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)制造新的蛋白質(zhì)外，其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的一種強(qiáng)有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相

10、提并論。,19,三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,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(lái)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(kāi)拓了誘人的前景。蛋白質(zhì)工程開(kāi)創(chuàng)了按照人類(lèi)意愿改造、創(chuàng)造符合人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期。,1、改造酶結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性和催化活性,2、生物制藥鼠人嵌合抗體,20,1 關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說(shuō)法不正確的是（ ） A是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的 B它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要 C構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種 D一定

11、完全符合人類(lèi)生產(chǎn)和生活的需要,練習(xí)檢測(cè),D,21,2蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對(duì)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),3下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法錯(cuò)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(lèi)的需要 B蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)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(guò)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(chēng)為第二代基因工程,22,4、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)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(duì)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),23,5、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(jì)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 A B C D,24,6、蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)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