蛋白質(zhì)工程 張

1、 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進化過程生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進化過程中產(chǎn)生的，它的結(jié)構(gòu)和性能不能完全滿足中產(chǎn)生的，它的結(jié)構(gòu)和性能不能完全滿足人類生產(chǎn)生活的需要。人類生產(chǎn)生活的需要。例如：干擾素是動物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)是一種抗例如：干擾素是動物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)是一種抗病毒抗腫瘤的藥物，但在體外保存相當困難。于病毒抗腫瘤的藥物，但在體外保存相當困難。于是我們要對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進行改造，制造出目前是我們要對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們由開從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們由開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運而生了。始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運而生了

2、。 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

3、改造改造改造二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 對天然蛋白質(zhì)進行改造，對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？操作來實現(xiàn)？1、目標：、目標： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計。白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計。2、蛋白質(zhì)工程的原理：、蛋白質(zhì)工程的原理：3、基本途徑：、基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）

4、找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）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)系作為及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)基礎(chǔ)，通過基，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對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。生產(chǎn)和生活的需求。 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(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。思考：思考：蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？路與基因工程有什么不

5、同？基因工程是遵循中心法則基因工程是遵循中心法則DNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，基本上是折疊產(chǎn)生功能，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)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進行的：蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質(zhì)的功能確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級結(jié)構(gòu)蛋白蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì) 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)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)入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要

6、的基因，導(dǎo)入合適的細菌中，讓細菌生產(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。一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自一些報道利用細菌生產(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)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何行使功能知之甚少，很

7、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心的。來什么危害也是人們所擔心的。 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)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 胰島素的三級結(jié)構(gòu)胰島素的三級結(jié)構(gòu)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由就是由二個由141個氨基酸殘個氨基酸殘基組成的基組成的亞基亞基和二個由和二個由146個個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列組成的一個球狀蛋白質(zhì)分球狀蛋白質(zhì)分子，每個亞基子，每個亞基中各有一個含中各

8、有一個含亞鐵離子的血亞鐵離子的血紅素輔基。紅素輔基。 三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景 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分子生物學、晶體學晶體學以及以及計算機技術(shù)計算機技術(shù)的發(fā)展而誕生的，與的發(fā)展而誕生的，與基因組學基因組學、蛋白質(zhì)組學蛋白質(zhì)組學、生物信息學生物信息學的發(fā)展等因素有關(guān)的發(fā)展等因素有關(guān) 2 2、現(xiàn)狀：成功的例子不多，、現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質(zhì)主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科而科學家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解

9、很少學家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。 你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白你知道酶工程嗎？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？質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生面的一門科學技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(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)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。工

10、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工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(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，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當然，隨著蛋白則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶

11、工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。成為蛋白質(zhì)工程的一部分。 你知道人類蛋白質(zhì)組計你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學家承擔了么關(guān)系？我國科學家承擔了什么任務(wù)？什么任務(wù)？ 人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領(lǐng)域中的一項之后，生命科學乃至自然科學領(lǐng)域中的一項重大的科學命題。重大的科學命題。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兩項重大國際合作行為：一項是有中國科動兩項重大國際合作行為：一項是有中國科學家牽頭

12、執(zhí)行的學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃人類肝臟蛋白質(zhì)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(zhì)組計劃漿蛋白質(zhì)組計劃”。 “ “人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一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，這是中國科學家第一次領(lǐng)銜的福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總部設(shè)在北京，目前重大國際科研協(xié)作計劃，總部設(shè)在北京，目前有有1616個國家和地區(qū)的個國家和地區(qū)的8080多個實驗室報名參加。多個實驗室報名參加。它的科學它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì)目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(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基礎(chǔ)提供重要的科學基礎(chǔ)。 人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白人類蛋白質(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質(zhì)工程的有力推動和理論支持。蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學、晶體學、蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學、