LHQ-蛋白質工程的崛起PPT優(yōu)秀課件

1、 基因工程的實質：基因工程的實質： 將一種生物的基因轉移到將一種生物的基因轉移到 另一種生物體內(nèi)，后者可以另一種生物體內(nèi)，后者可以 產(chǎn)生它本來不能產(chǎn)生的蛋白產(chǎn)生它本來不能產(chǎn)生的蛋白 質，進而表現(xiàn)出新的性狀。質，進而表現(xiàn)出新的性狀。 生物產(chǎn)生的天然蛋生物產(chǎn)生的天然蛋 白質是在長期進化過程白質是在長期進化過程 中產(chǎn)生的，它的結構和中產(chǎn)生的，它的結構和 性能不能完全滿足人類性能不能完全滿足人類 生產(chǎn)生活的需要。生產(chǎn)生活的需要。 一、蛋白質工程崛起的緣由一、蛋白質工程崛起的緣由 滿足人類滿足人類 生產(chǎn)和生生產(chǎn)和生 活的需要活的需要 例如：例如： 改造改造 干擾素（半胱氨酸）干擾素（半胱氨酸） 體外很難

2、保存體外很難保存 干擾素（絲氨酸）干擾素（絲氨酸） 體外可以保存半年體外可以保存半年 玉米中賴氨酸含量比較低玉米中賴氨酸含量比較低 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （352352位的蘇氨酸）位的蘇氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶 （104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （異亮氨酸）（異亮氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶 （異亮氨酸）（異亮氨酸） 玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍 改造改造 改造改造 蛋白質工程就是為了生產(chǎn)出符合人蛋白質工程就是為了生產(chǎn)出符合人 類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質，甚至是類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質，甚

3、至是 自然界不存在的蛋白質。自然界不存在的蛋白質。 二、蛋白質工程的基本原理二、蛋白質工程的基本原理 2、蛋白質工程流程圖：、蛋白質工程流程圖：P27 1、 原理：基因改造原理：基因改造 蛋白質蛋白質 三維結構三維結構 氨基酸序列氨基酸序列 多肽鏈多肽鏈 基因基因 DNA 預期預期 功能功能 DNA合成合成分子設計分子設計 mRNA 生物生物 功能功能 轉錄轉錄 翻譯翻譯 中心法則？中心法則？ P27討討 論論 折疊折疊 3、蛋白質工程概念：、蛋白質工程概念：P27 二、蛋白質工程的基本原理二、蛋白質工程的基本原理 1、目標：根據(jù)人們對、目標：根據(jù)人們對 功能的特定需功能的特定需 求，對蛋白質

4、的求，對蛋白質的 進行分子設計。進行分子設計。 2、原理：改造基因（基因、原理：改造基因（基因 或基因或基因 ） 。 3、流程：、流程： 預期蛋白質功能預期蛋白質功能設計設計 推測應推測應 有的有的 序列序列找到對應的找到對應的 序列。序列。 蛋白質蛋白質 結構結構 修飾修飾合成合成 預期預期 的蛋白質結構的蛋白質結構 氨基酸氨基酸脫氧核苷酸脫氧核苷酸 （1 1）從生物體中分離純化目的蛋白；）從生物體中分離純化目的蛋白； （2 2）測定其氨基酸序列；）測定其氨基酸序列； （3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋 白質的二

5、維重組和三維晶體結構白質的二維重組和三維晶體結構; ; （4 4）設計各種處理條件，了解蛋）設計各種處理條件，了解蛋 白質的結構變化，包括折疊與去折白質的結構變化，包括折疊與去折 疊等對其活性與功能的影響；疊等對其活性與功能的影響； （5 5）設計編碼該蛋白的基因改造）設計編碼該蛋白的基因改造 方案，如方案，如點突變點突變； （6 6）分離、純化新蛋白，功能檢）分離、純化新蛋白，功能檢 測后投入實際使用。測后投入實際使用。 蛋白質工程的實質蛋白質工程的實質 v蛋白質工程是指以蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物 功能的關系功能的關系作為基礎，通過作為基礎，通

6、過基因修飾或基因合成基因修飾或基因合成， 對對現(xiàn)有現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種蛋白質進行改造，或制造一種新新的蛋白質，的蛋白質， 以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第第 二基因工程。二基因工程。 蛋白質工程的實質是對編碼蛋白質的基因進行改造。蛋白質工程的實質是對編碼蛋白質的基因進行改造。 （一）蛋白質工程的內(nèi)容（一）蛋白質工程的內(nèi)容 蛋白質工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是蛋白質工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是 根據(jù)需要設計具有特定氨基酸序列和空間結根據(jù)需要設計具有特定氨基酸序列和空間結 構

7、的蛋白質；二是確定蛋白質的化學組成及構的蛋白質；二是確定蛋白質的化學組成及 空間結構與生物功能之間的關系?？臻g結構與生物功能之間的關系。 實施蛋白質工程的前提條件是了解蛋白質的結實施蛋白質工程的前提條件是了解蛋白質的結 構和功能的關系。構和功能的關系。 三、蛋白質工程的進展和前景三、蛋白質工程的進展和前景 1、前景誘人：如用此技術制成的、前景誘人：如用此技術制成的 ， 具有具有 、耗電少和、耗電少和 的特點。的特點。 2、難度很大：主要是目前科學家對大多數(shù)蛋、難度很大：主要是目前科學家對大多數(shù)蛋 白質的白質的 的了解還很不夠。的了解還很不夠。 電子元件電子元件 體積小體積小效率高效率高 高級結

8、構高級結構 旁欄思考題旁欄思考題 你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？ 我國科學家承擔了什么任務？我國科學家承擔了什么任務？ 人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃 之后，之后，生命科學乃至自然科學領域生命科學乃至自然科學領域一項重大一項重大 的科學命題。的科學命題。20012001年，國際人類蛋白質組組年，國際人類蛋白質組組 織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了 兩項重大國際合作行動：一項是兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學由中國科學 家牽頭家牽頭執(zhí)行

9、的執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質組計劃人類肝臟蛋白質組計劃”； 另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類血人類血 漿蛋白質組計劃漿蛋白質組計劃”，由此拉開了人類蛋白質，由此拉開了人類蛋白質 組計劃的帷幕。組計劃的帷幕。 “人類肝臟蛋白質組計劃人類肝臟蛋白質組計劃”是國際上是國際上 第一個人類組織器官的蛋白質組計劃，第一個人類組織器官的蛋白質組計劃， 由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家 第一次領銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總第一次領銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總 部設在部設在北京北京，目前有，目前有16個國家和地區(qū)的個國家和地區(qū)的80 多個實驗

10、室報名參加。它的科學目標是揭多個實驗室報名參加。它的科學目標是揭 示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、 診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的 科學基礎?？茖W基礎。 人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋 白質工程的有力推動和理論支持。白質工程的有力推動和理論支持。 2.對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質 分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？ 答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋答：

11、毫無疑問應該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋 白質改造，主要原因如下：白質改造，主要原因如下： （1）任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造）任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造 了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白 質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改 造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。 （2）對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操）對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操 作，難度要小得多。作，難度要小得多。 旁欄思考題旁欄思考題

12、 討討 論論 答答：（：（1）每種氨基酸都有對應的三聯(lián)密碼子，只要查）每種氨基酸都有對應的三聯(lián)密碼子，只要查 一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼 序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基 酸是由多個三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起酸是由多個三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起 來就比較復雜，至少可以排列出來就比較復雜，至少可以排列出16種種，可以根據(jù)學過，可以根據(jù)學過 的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據(jù)三聯(lián)密的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據(jù)三聯(lián)密 碼子推出碼子推出mR

13、NA序列為序列為GCU（或（或C或或A或或G） UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C），再根據(jù)堿基互），再根據(jù)堿基互 補配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：補配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C） ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G）。）。 （2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根）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據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法 或從基因庫中獲取?；驈幕驇熘蝎@取。 異想天開異想天開 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基能不能根據(jù)人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基 因，導入合適的細菌

14、中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋因，導入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋 白質食品呢？白質食品呢？ 理論講可以，但目前還沒有真正成功的理論講可以，但目前還沒有真正成功的 例子。一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋例子。一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋 白質往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質，并白質往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質，并 非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白 質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜， 人類對蛋白質的高級結構和在生物體內(nèi)如何人類對蛋白質的高級結構和在生物體內(nèi)如何 行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄

15、新而行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而 又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄 新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心 的。的。 蛋白質工程操作程序的基本思路與基因蛋白質工程操作程序的基本思路與基因 工程有什么不同？工程有什么不同？ 答：答：基因工程是遵循基因工程是遵循中心法則中心法則，從從 DNAmRNA蛋白質蛋白質折疊產(chǎn)生功能折疊產(chǎn)生功能，基本上基本上 是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質。是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質。 蛋白質工程是按照以下思路進行的：蛋白質工程是按照以下思路進行的： 確定蛋白質的功能確定蛋白質的功能蛋白

16、質應有的高級結構蛋白質應有的高級結構蛋蛋 白質應具備的折疊狀態(tài)白質應具備的折疊狀態(tài)應有的氨基酸序列應有的氨基酸序列應應 有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質。有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質。 注意：蛋白質工程的原理應該是中心注意：蛋白質工程的原理應該是中心 法則的逆推。法則的逆推。 項目項目基因工程基因工程蛋白質工程蛋白質工程 操作起點操作起點 操作核心操作核心 過程過程 目標目標 結果結果 聯(lián)系聯(lián)系 目的基因目的基因預期的蛋白質功能預期的蛋白質功能 基因表達載體基因表達載體基因基因 獲取目的基因獲取目的基因 構建表達載體構建表達載體 導入受體細胞導入受體細胞 目的基因的檢測

17、與表達目的基因的檢測與表達 預期蛋白質功能預期蛋白質功能 設計蛋白質結構設計蛋白質結構 推測氨基酸序列推測氨基酸序列 推測核苷酸序列推測核苷酸序列 合成合成DNA 表達出蛋白質表達出蛋白質 定向改造生物的遺傳特定向改造生物的遺傳特 性，獲得人類所需的生性，獲得人類所需的生 物類型或生物產(chǎn)品物類型或生物產(chǎn)品 定向改造或生產(chǎn)人類所定向改造或生產(chǎn)人類所 需的蛋白質需的蛋白質 生產(chǎn)自然界中已有的蛋生產(chǎn)自然界中已有的蛋 白質白質 蛋白質工程是在基因工程的基礎上蛋白質工程是在基因工程的基礎上,延伸出來的第延伸出來的第 二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質的改造或制造二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質的改造或制造 新

18、的蛋白質，必須通過基因的修飾或基因的合成。新的蛋白質，必須通過基因的修飾或基因的合成。 生產(chǎn)自然界沒有的蛋生產(chǎn)自然界沒有的蛋 白質白質 酶工程就是將酶或者微生物酶工程就是將酶或者微生物細胞細胞， 動植物細胞，動植物細胞，細胞器細胞器等在一定的等在一定的生物生物 反應反應裝置中，利用酶所具有的裝置中，利用酶所具有的生物催生物催 化化功能，借助工程手段將相應的原料功能，借助工程手段將相應的原料 轉化成有用物質并應用于社會生活的轉化成有用物質并應用于社會生活的 一門一門科學技術科學技術。它包括。它包括酶制劑酶制劑的制備，的制備， 酶的固定化，酶的修飾與改造及酶反酶的固定化，酶的修飾與改造及酶反 應器

19、等方面內(nèi)容。酶工程的應用，主應器等方面內(nèi)容。酶工程的應用，主 要集中于食品工業(yè)，輕工業(yè)以及醫(yī)藥要集中于食品工業(yè)，輕工業(yè)以及醫(yī)藥 工業(yè)中。工業(yè)中。 1、基因工程的應用、基因工程的應用 （1）基因工程的實質：將一種生物的）基因工程的實質：將一種生物的 轉移到另轉移到另 一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的 ， 進而表現(xiàn)出新的進而表現(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）基因工程的不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存 在的在的 。 2、天然蛋白質的不足、天然蛋白質的不足 天然蛋白質是生物在長期天然蛋白質是生物在長期 過程中形成的，過程中形成的，

20、 它們的它們的 符合特定物種符合特定物種 的需要，卻不的需要，卻不 一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。 3、蛋白質工程的目的、蛋白質工程的目的 生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的 。 練習練習 基因基因 蛋白質蛋白質 性狀性狀 蛋白質蛋白質 進化進化 結構和功能結構和功能生存生存 蛋白質蛋白質 1 關于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質，下列說法關于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質，下列說法 不正確的是（不正確的是（ ） A是生物在長期進化過程中形成的是生物在長期進化過程中形成的 B它們的結構和功能符合特定物種生存的需要它們的結構和功能符合特定物種生存

21、的需要 C構成天然蛋白質的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有構成天然蛋白質的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種種 D一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要 練習檢測練習檢測 D 練習檢測練習檢測 2蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是（蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是（ ） 氨基酸結構氨基酸結構 B蛋白質空間結構蛋白質空間結構 C肽鏈結構肽鏈結構 D基因結構基因結構 練習檢測練習檢測 n3下列關于蛋白質工程的說法錯誤的是（）下列關于蛋白質工程的說法錯誤的是（） nA蛋白質工程能定向改造蛋白質分子的結構，使之更蛋白質工程能定向改造蛋白質分子的結構，使之更 加符合人類的需要加符合人類的需要 n

22、B蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行 操作，定向改變分子的結構操作，定向改變分子的結構 nC蛋白質工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋蛋白質工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋 白質分子白質分子 nD蛋白質工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代蛋白質工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代 基因工程基因工程 練習檢測練習檢測 n4 4、以下關于蛋白質工程的說法正確的是（）、以下關于蛋白質工程的說法正確的是（） nA A、蛋白質工程以基因工程為基礎、蛋白質工程以基因工程為基礎 nB B、蛋白質工程就是酶工程的延伸、蛋白質工程就是酶工程的延伸 nC C、蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造、蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造 nD D、蛋白質工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質、蛋白質工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質 練習檢測練習檢測 5 5、蛋白質工程的基本流程正確的是（）、蛋白質工程的基本流程正確的是（） 蛋白質分子結構設計蛋白質分子結構設計 DNA合成合成 預期蛋白質功能預期蛋白質功能 根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列 A B C D 練習檢測練習檢測 n6 6、蛋白質工程是在基因工程基礎上，延伸出來、蛋白質工程是在基因工程基礎上，延伸出來 的第二代基因工程，其結果產(chǎn)生的蛋白質是（的第二代基因工程