定蛋白質(zhì)工程-精

1、活動(dòng)活動(dòng)1. 描述基因工程的操作步驟。描述基因工程的操作步驟。 目的基因的獲取目的基因的獲取 基因表達(dá)載體的構(gòu)建基因表達(dá)載體的構(gòu)建 將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞 目的基因的檢測與鑒定目的基因的檢測與鑒定活動(dòng)活動(dòng)活動(dòng)活動(dòng)2. 討論基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的特點(diǎn)。討論基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的特點(diǎn)?；蚬こ淘谠瓌t上只能生產(chǎn)自然界基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。已存在的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)化過程中形成天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)化過程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需的，它們的結(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。要，卻不一

2、定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程的的崛起崛起以蛋白質(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。（第二代基因工程）前提：前提：原理原理：目的目的：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能改造基因改造基因(基因修飾或基因合成基因修飾或基因合成)定向改造或制造蛋白質(zhì)定向改造或制造蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)工程的概念一、蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程是指通過物理化學(xué)與生物化學(xué)是指通過物理化學(xué)與生物化學(xué)等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，并借助等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

3、、基因定點(diǎn)誘變和重組計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNADNA技術(shù)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，技術(shù)改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)：基因工程基因工程天然蛋白質(zhì)的合成途徑：天然蛋白質(zhì)的合成途徑：基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能鏈形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)

4、的脫氧核苷酸序列蛋白質(zhì)工程的途徑：蛋白質(zhì)工程的途徑：氨氨基基酸酸序序列列多多肽肽鏈鏈蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)三三維維結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)預(yù)預(yù)期期功功能能基基因因 DNADNA合成合成分子分子設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)折折疊疊翻翻譯譯二、蛋白質(zhì)工程的過程二、蛋白質(zhì)工程的過程轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄錄mRNA生生物物功功能能表表現(xiàn)現(xiàn)（1 1）從生物體中）從生物體中分離純化分離純化目的目的蛋白蛋白；（2 2）測定測定其氨基酸其氨基酸序列序列；（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，盡可能射線晶體衍射等手段，盡可能 地地了解了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu); ;（4 4）設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)各種各種處理?xiàng)l件處理?xiàng)l件

5、，了解了解蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化結(jié)構(gòu)變化， 包括折疊與去折疊等包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影對其活性與功能的影響響；（5 5）設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)編碼該蛋白的編碼該蛋白的基因改造方案基因改造方案，如點(diǎn)突變；，如點(diǎn)突變；（6 6）分離、純化新蛋白，功能檢測分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實(shí)際使用。后投入實(shí)際使用。三、蛋白質(zhì)工程的三、蛋白質(zhì)工程的蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)對編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造對編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造大改中改小改設(shè)計(jì)、制造出自然界不存在的設(shè)計(jì)、制造出自然界不存在的全新蛋白質(zhì)全新蛋白質(zhì)替代某一個(gè)肽段或一個(gè)替代某一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域特定的結(jié)構(gòu)域改造某個(gè)活性

6、單位的一個(gè)或幾改造某個(gè)活性單位的一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基個(gè)氨基酸殘基（定點(diǎn)誘變技術(shù)）（定點(diǎn)誘變技術(shù)）核心技術(shù) 基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的示意圖基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的示意圖基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的理解基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的理解項(xiàng)目項(xiàng)目內(nèi)容內(nèi)容條條件件原料原料酶酶引物引物能量能量 操作方法操作方法 法法結(jié)果結(jié)果適應(yīng)范圍適應(yīng)范圍后代中半數(shù)為誘變的分子后代中半數(shù)為誘變的分子脫氧核苷酸脫氧核苷酸聚合酶和連接酶聚合酶和連接酶含突變順序的分子片段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)空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)異亮氨酸異亮氨酸蘇氨酸蘇氨酸蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用天門冬酰胺天門冬酰胺天門冬酰胺天門冬酰胺酵母菌丙糖磷酸異構(gòu)酶熱穩(wěn)定性提高50工

7、業(yè)生產(chǎn)上工業(yè)生產(chǎn)上鼠抗體鼠抗體人抗體人抗體恒定區(qū)恒定區(qū)恒定區(qū)恒定區(qū)可變區(qū)可變區(qū)可變區(qū)嵌合抗體嵌合抗體對人體的不良反應(yīng)減少對人體的不良反應(yīng)減少制藥領(lǐng)域上制藥領(lǐng)域上蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展與前景蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展與前景蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能不多，主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。解很少。蛋白質(zhì)改造工程舉例蛋白質(zhì)改造工程舉例 胰島素改造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，天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中

8、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，這是胰島素糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，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臨床實(shí)驗(yàn)。胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。1.你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它你知道人類蛋白質(zhì)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)？承擔(dān)了什么任務(wù)？思考

9、思考人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然領(lǐng)域一項(xiàng)計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。重大的科學(xué)命題。 2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。告成立。2003年，該組織正式提出啟動(dòng)年，該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中了兩項(xiàng)重大國際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭的；另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開了，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。人類蛋白質(zhì)

10、組計(jì)劃的帷幕。2. 對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為對天然蛋白質(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(shí)現(xiàn)？通過對基因的操作來實(shí)現(xiàn)？答：答：毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實(shí)現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下 （1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基）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。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，如果對蛋白質(zhì)直接改造。即使改造

11、成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。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）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。接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多。 1. 蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是作的對象是（）（） A. 氨基酸結(jié)構(gòu)氨基酸結(jié)構(gòu) B. 蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C. 肽鏈結(jié)構(gòu)肽鏈結(jié)構(gòu) D. 基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu) 練習(xí)：練習(xí)：D2. 下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯(cuò)誤的下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯(cuò)誤的是（）是（） A. 蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子蛋白質(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

12、需要的結(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)質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)構(gòu) C. 蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾蛋白質(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，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又被稱為第二代基因工程B3. 蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是蛋白質(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)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)DNA合成合成 預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(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根據(jù)氨基酸序列推出