蛋白質(zhì)工程崛起

1、蛋白質(zhì)工程崛起蛋白質(zhì)工程崛起第1頁/共37頁緣1. 基因工程只能生產(chǎn)自然界基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)已存在的蛋白質(zhì)。2. 天然蛋白質(zhì)天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種特定物種生存的需要，生存的需要，卻不一定完全符合卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活人類生產(chǎn)和生活的需要。的需要。第2頁/共37頁 例如，例如，干擾素干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)，可以用于治療病毒的感染和癌癥，但在毒的感染和癌癥，但在體外保存相當(dāng)困難體外保存相當(dāng)困難。如果將其分子上的。如果將其分子上的一個(gè)一個(gè)半胱氨酸變成絲氨酸半胱氨酸變成絲氨酸，則在，則在 -70 -70

2、可保存半年?？杀４姘肽?。 玉米中玉米中賴氨酸含量比較低賴氨酸含量比較低，原因是賴氨酸濃度達(dá)到一定時(shí)會(huì)，原因是賴氨酸濃度達(dá)到一定時(shí)會(huì)抑制賴氨酸合成過程中的兩個(gè)關(guān)鍵酶抑制賴氨酸合成過程中的兩個(gè)關(guān)鍵酶天冬氨酸激酶和二氫天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的活性吡啶二羧酸合成酶的活性，所以賴氨酸含量很難提高。如果將，所以賴氨酸含量很難提高。如果將天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶第第 352 352 位的蘇氨酸變成位的蘇氨酸變成異亮氨酸異亮氨酸，將二氫吡啶二，將二氫吡啶二羧酸合成酶中羧酸合成酶中 104 104 位的天冬氨酰變成位的天冬氨酰變成異亮氨酸異亮氨酸，可使玉米葉片，可使玉米葉片和種子中和種子中游離的賴氨

3、酸游離的賴氨酸含量分別提高含量分別提高 5 5 倍和倍和 2 2 倍。倍。第3頁/共37頁改造改造干擾素（半胱氨酸）干擾素（半胱氨酸）體外很難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第4頁/共

4、37頁 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用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)，這些些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。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)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，有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條在這種條件下，大多數(shù)酶會(huì)很快件下，大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活變性失活。 提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個(gè)非常重要提高蛋白質(zhì)的

5、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：的課題。一般來說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：提高提高酶的熱穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重酶的熱穩(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。要氨基酸氧化引起的活性喪失等。第5頁/共37頁 P26 你知道人類蛋白質(zhì)你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？擔(dān)了什么任務(wù)？ 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼是繼人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一

6、項(xiàng)重大的科學(xué)命題。重大的科學(xué)命題。20012001年，國際人類蛋白質(zhì)年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟動(dòng)兩項(xiàng)重大國際合作行為：一項(xiàng)是有中國科動(dòng)兩項(xiàng)重大國際合作行為：一項(xiàng)是有中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”。第6頁/共37頁 “人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國際上第一是國際上第一個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國賀個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中

7、國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前重大國際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前有有1616個(gè)國家和地區(qū)的個(gè)國家和地區(qū)的8080多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為為重大肝病預(yù)防重大肝病預(yù)防、診斷診斷、治療和新藥研發(fā)的突破治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對蛋白人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持。第7頁/共37頁二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工

8、程的基本原理 P26P26對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？因的操作來實(shí)現(xiàn)？1、目標(biāo)：、目標(biāo)： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求功能的特定需求，對蛋，對蛋白質(zhì)的白質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)行分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)。第8頁/共37頁 答：答：毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：蛋白質(zhì)改造，主要原因如下： （1）任何一種天然）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改

9、造，而且改造過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，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，被改造過的即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。遺傳的。 （2）對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要）對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容容易操作易操作，難度要小得多。，難度要小得多?；驔Q定蛋白質(zhì)基因決定蛋白質(zhì)第9頁/共37頁逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNADNARNARNA翻譯翻譯肽鏈肽鏈復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制具有高級結(jié)構(gòu)具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)行使生物功能行使生物功能天然蛋白質(zhì)的合成過程天然蛋白質(zhì)的合成過程遵循遵

10、循中心法則中心法則，并需經(jīng)過，并需經(jīng)過高級空間結(jié)構(gòu)高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變第10頁/共37頁蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 第11頁/共37頁蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈本身的折疊方式。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈本身的折疊方式。 第12頁/共37頁溶菌酶分子的三級結(jié)構(gòu)溶菌酶分子的三級結(jié)構(gòu)胰島素的三級結(jié)構(gòu)胰島素的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 第13頁/共37頁血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子血紅蛋白分子就是由二個(gè)由就是由二個(gè)由141個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基組成的基組成的亞基亞基和二個(gè)由和二個(gè)由14

11、6個(gè)個(gè)氨基酸殘基組氨基酸殘基組成的成的亞基按特亞基按特定的接觸和排定的接觸和排列組成的一個(gè)列組成的一個(gè)球狀蛋白質(zhì)分球狀蛋白質(zhì)分子，每個(gè)亞基子，每個(gè)亞基中各有一個(gè)含中各有一個(gè)含亞鐵離子的血亞鐵離子的血紅素輔基。紅素輔基。 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 第14頁/共37頁3.3.原理原理 中心法則的逆推中心法則的逆推4.過程過程設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能推測應(yīng)有的氨基酸序列推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的找到相應(yīng)的脫氧核苷酸脫氧核苷酸序列（基因）序列（基因）2.2.實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)： 改造基因改造基因1.目標(biāo)：目標(biāo)： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求功能的特定需求，

12、對蛋白質(zhì)的，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)行分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)?；驔Q定蛋白質(zhì)基因決定蛋白質(zhì)第15頁/共37頁P(yáng)27-P27-某多肽的一段氨基酸序列是：某多肽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色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸- -討論：討論：1 1、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？寫出相應(yīng)、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？寫出相應(yīng)的堿基的堿基丙氨酸：丙氨酸：GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA、GCG GCG 色氨酸：色氨酸：UGG UGG 賴氨酸：賴氨酸：AAAAAA、AAG AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUUUUU、UU

13、C UUC 2 2、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的、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（基因（DNADNA）？）？第16頁/共37頁（1 1）mRNAmRNA序列為：序列為：GCGCU U（或（或C C或或A A或或G G）UGG AAUGG AAA A（或（或G G）AUG UUAUG UUU U（或（或C C） 脫氧核苷酸序列：脫氧核苷酸序列：CGCGA A（或（或G G或或T T或或C C） ACC TTACC TTT T（或（或C C）TAC AATAC AAA A（或（或G G）（2 2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人）確定目的基因的堿基序

14、列后，就可以根據(jù)人類的需要類的需要改造它改造它，通過，通過人工合成的方法人工合成的方法或從或從基因基因庫庫中獲取。中獲取。第17頁/共37頁5、概念：、概念： 蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子的的結(jié)構(gòu)規(guī)律結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系及其生物功能的關(guān)系作為作為基礎(chǔ)基礎(chǔ)，通過，通過基因修飾基因修飾或或基因合成基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造改造，或，或制造制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。需求。 蛋白質(zhì)工程是在蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的上，延伸出來的第二代基因工程第二代基因工程。

15、第18頁/共37頁蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：根據(jù)需要根據(jù)需要設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)而氨基酸排序由基因決定，所以還需要而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造相改造相應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列或或人工合成人工合成所需要的自所需要的自然界原本然界原本不存在的基因片段不存在的基因片段，用于蛋白質(zhì)工程。，用于蛋白質(zhì)工程。第19頁/共37頁 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓

16、細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？的蛋白質(zhì)食品呢？ 理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來而，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。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)主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如，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(jì)出一個(gè)嶄新而又具有何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命

17、功能作用的蛋白質(zhì)，生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。來什么危害也是人們所擔(dān)心的。 第20頁/共37頁三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景 1、蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的，蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的，它是隨著它是隨著分子生物學(xué)分子生物學(xué)、晶體學(xué)晶體學(xué)以及以及計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而誕生的，與的發(fā)展而誕生的，與基因組學(xué)基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)生物信息學(xué)的發(fā)展等因素有關(guān)。的發(fā)展等因素有關(guān)。 第21頁/共37頁速效胰島素速效胰島素 天然胰島素制劑在天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二

18、聚體和儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體六聚體，延緩了其降血糖作用延緩了其降血糖作用，也，也增加了增加了抗原性抗原性，這是胰島素，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快使胰島素快速起作用速起作用。該。該速效胰島素速效胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。已通過臨床實(shí)驗(yàn)。 第22頁/共37頁如今，如今，生物和材料科學(xué)家生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于應(yīng)用于微電子方面微電子方面。用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子。用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有元件，具

19、有體積小、耗電少和效率高體積小、耗電少和效率高的特點(diǎn)，因此的特點(diǎn)，因此有極為廣闊的發(fā)展前景。有極為廣闊的發(fā)展前景。 蛋白質(zhì)分子蛋白質(zhì)分子比比硅晶片上電子元件硅晶片上電子元件要小得多，彼此要小得多，彼此相距甚近，生物計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時(shí)相距甚近，生物計(jì)算機(jī)完成一項(xiàng)運(yùn)算，所需的時(shí)間僅為間僅為1010微微秒，比人的思維速度快微微秒，比人的思維速度快100100萬倍。萬倍。DNADNA分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存貯容量，分子計(jì)算機(jī)具有驚人的存貯容量，1 1立方米的立方米的DNADNA溶液，可存儲(chǔ)溶液，可存儲(chǔ)1 1萬億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。萬億億的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。DNADNA計(jì)算計(jì)算機(jī)消耗的能量非常小，只有電子

20、計(jì)算機(jī)的十億分機(jī)消耗的能量非常小，只有電子計(jì)算機(jī)的十億分之一。之一。由于生物芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所由于生物芯片的原材料是蛋白質(zhì)分子，所以生物計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與以生物計(jì)算機(jī)既有自我修復(fù)的功能，又可直接與生物活體相聯(lián)。生物活體相聯(lián)。預(yù)計(jì)預(yù)計(jì)10102020年后，年后，DNADNA計(jì)算機(jī)將進(jìn)計(jì)算機(jī)將進(jìn)入實(shí)用階段。入實(shí)用階段。第23頁/共37頁1.1.進(jìn)展進(jìn)展胰島素胰島素速效型藥品速效型藥品 2.2.前景前景制作制作電子元件電子元件：體積小，耗電少，效率高體積小，耗電少，效率高3.3.現(xiàn)狀現(xiàn)狀成功的例子不多，蛋白質(zhì)的功能主要依賴于其正確而成功的例子不多，蛋白質(zhì)的功能主要依賴于其

21、正確而又極其又極其復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高級結(jié)構(gòu)，目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)，目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解還不夠，要設(shè)計(jì)出更加符合人類需求的高級結(jié)構(gòu)了解還不夠，要設(shè)計(jì)出更加符合人類需求的蛋白質(zhì)換需經(jīng)過艱辛的探索。的蛋白質(zhì)換需經(jīng)過艱辛的探索。第24頁/共37頁P(yáng)29-2.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？基因工程有什么不同？ 答：基因工程是答：基因工程是遵循中心法則遵循中心法則，從，從DNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，折疊產(chǎn)生功能，基本上是基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋

22、白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的白質(zhì)的功能功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)蛋蛋白質(zhì)應(yīng)具備的白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)折疊狀態(tài)應(yīng)有的應(yīng)有的氨基酸序氨基酸序列列應(yīng)有的應(yīng)有的堿基排列堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。存在的蛋白質(zhì)。第25頁/共37頁P(yáng)28-3你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)

23、療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說的酶工程是用通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)由酶的功能來設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對點(diǎn)在于對已存酶已存酶的合理充分利用

24、，的合理充分利用， 而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用到當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。 第26頁/共37頁蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較項(xiàng)目項(xiàng)目蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程基因工程基因工程區(qū)區(qū)別別過過程程預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期的設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基推測應(yīng)有的氨基酸序列酸序列推測相對應(yīng)的脫氧核推測相對應(yīng)的脫氧核 苷酸序列苷酸序列合成合成D

25、NA表達(dá)出表達(dá)出 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)獲取目的基因獲取目的基因構(gòu)建構(gòu)建基因表達(dá)載體基因表達(dá)載體將目將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的基因的檢測與目的基因的檢測與 鑒定鑒定實(shí)實(shí)質(zhì)質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)定向改造或生產(chǎn)人類所需蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特定向改造生物的遺傳特性性,以獲得人類所需的生以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)品結(jié)結(jié)果果生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)一般是生產(chǎn)自然界已有一般是生產(chǎn)自然界已有的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)聯(lián)系聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第二代延伸出來的第二代基因工程。因?yàn)閷ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制

26、造新的蛋白質(zhì)基因工程。因?yàn)閷ΜF(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì),必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)必須通過基因修飾或基因合成實(shí)現(xiàn)第27頁/共37頁1. 基因工程只能生產(chǎn)自然界基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)已存在的蛋白質(zhì)。2. 天然蛋白質(zhì)天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種特定物種生存的需要，生存的需要，卻不一定完全符合卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活人類生產(chǎn)和生活的需要。的需要。小結(jié)小結(jié)第28頁/共37頁一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白質(zhì)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）體外很難保存體外很難保存干擾

27、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小結(jié)小結(jié)第29頁/共37頁原理原理 中心法則的逆推中心法則的逆推過程過程設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能推測應(yīng)有的氨基酸序列推測應(yīng)有的氨基酸序列找到

28、相應(yīng)的找到相應(yīng)的脫氧核苷酸脫氧核苷酸序列（基因）序列（基因）實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)： 改造基因改造基因目標(biāo)：目標(biāo)： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)行分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)?；驔Q定蛋白質(zhì)基因決定蛋白質(zhì)第30頁/共37頁概念：概念： 、第31頁/共37頁1.1.進(jìn)展進(jìn)展胰島素胰島素速效型藥品速效型藥品 2.2.前景前景制作制作電子元件電子元件：體積小，耗電少，效率高體積小，耗電少，效率高3.3.現(xiàn)狀現(xiàn)狀第32頁/共37頁緣1. 基因工程只能生產(chǎn)自然界基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)已存在的蛋白質(zhì)。2. 天然蛋白質(zhì)天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種特定物種生存的需要，生存的需要，卻不一定完全符合卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活人類生產(chǎn)和生活的需要。的需要。第3