蛋白質工程崛起課

1、關于蛋白質工程的崛起課第一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質工程的崛起第二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月一、蛋白質工程崛起的緣由二、蛋白質工程的基本原理三、蛋白質工程的進展和前景第三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月思考：如果想讓某一個生物的性狀在另外一個生物的身上表達，常用的方法有哪些？1、在種內可以用什么方法？ 雜交育種 2、在種間可以用什么方法？基因工程育種 一、蛋白質工程崛起的緣由第四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月基因工程的實質： 將一種生物的 轉移到另一種生物體內，后者產生它本不能產的 ，進而表現(xiàn)出 ?；虻鞍踪|新的性狀第五張，PPT共四

2、十一頁，創(chuàng)作于2022年6月試回顧總結基因工程的豐碩成果植物方面提高植物的抗蟲、抗病、抗逆性改良植物的品質動物方面提高動物生長速度改善畜產品的品質用轉基因動物生產藥物用轉基因動物作器官移植的供體研制藥物基因治療第六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質。 這些蛋白質是生物在長期的進化中形成的，他們的結構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和生活的需要。 基因工程的局限性：第七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月例如：干擾素是由動物體內的效應T細胞產生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所有病毒引起的感染。同時，在治療癌癥方面也有十分

3、可觀的療效。但是，干擾素在體外保存相當困難。 如果將其分子上的一個半胱氨酸成變絲氨酸，在-70oC的條件下，可以保存半年。第八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月玉米中賴氨酸的含量比較低。賴氨酸的合成機理：天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶前體物質賴氨酸負反饋調節(jié)天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）第九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月延長干擾素的體外保存時間提高玉米中賴氨酸的含量提高工業(yè)生產中蛋白質類酶的穩(wěn)定性 這些在科學研究和工業(yè)生產中亟待解決的難題均無法通過基因工程來完成。于是新

4、一輪的探索拉開了序幕，人們開始著眼于對現(xiàn)有蛋白質的改造，以及制造目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。就這樣，蛋白質工程應運而生，并迅速崛起。第十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月二、蛋白質工程的基本原理 根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行分子設計。 1、目標：第十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月思考：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)？ 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：（1）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，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直

5、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。（2）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。 第十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 主要原因：基因編碼蛋白質，改造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。容易操作，難度要小得多。第十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2、原理：改造基因（基因修飾或基因合成）第十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月逆轉錄轉錄DNARNA翻譯蛋白質復制復制天然蛋白質的合成遵循中心法則第十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月轉錄DNARNA翻譯肽鏈折疊等具有空間結構的蛋白質表達生物特

6、有的功能或性狀天然蛋白質的合成過程遵循中心法則，并需經過高級空間結構的轉變第十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月.蛋白質工程流程 :第十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質三維結構氨基酸序列多肽鏈基因DNA預期功能DNA合成分子設計mRNA生物功能轉錄翻譯折疊圖1-29蛋白質工程流程圖第十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 途徑:預期的蛋白質功能設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）第十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月討論：1、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？ 請把相應的堿基序列寫出來。 討論：某多肽鏈的

7、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：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 賴氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC 第二十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C） mRNA序列 脫氧核苷酸序列GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G)2.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（DNA）？ 確定目的基因的堿基序列后，就可以根據人類的需要改造它，通過人工合

8、成的方法或可以通過基因的定點誘變技術來改變后從基因文庫中獲取。第二十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月基礎：蛋白質的結構和功能第二十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 基因會發(fā)生突變，突變可以自發(fā)，也可以誘發(fā)，這是每個稍有生物學知識的人都知道的常識。但在加拿大生物化學家M史密斯（19322000）發(fā)明定點突變法之前，突變株的產生必須經由自然界或用化學等方法誘使基因體突變。這類方法屬于隨機突變，突變株必須在生物性狀上有所改變，才能確定有突變發(fā)生，但除非用分子生物方法或遺傳方法找到此突變處，否則無法確定突變位置。也就是說，這種突變是盲目的。而史密斯發(fā)明的定點突變法卻是有目的的，

9、該法可經由設計好的寡核苷酸，在任何一個基因片段上進行隨意或設計好的突變，也就是說，這種突變是預先設定好的，所以也有人將該法稱為“反遺傳法”。有意思的是這一給生命科學研究及應用領域帶來革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡時閑聊出來的?，F(xiàn)在，幾乎每個生物實驗室都會用定點突變法來研究基因或蛋白質的功能。第二十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月異亮氨酸半胱氨酸第二十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4.蛋白質工程的概念蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生產和生活的需

10、求。蛋白質工程的實質是對編碼蛋白質的基因進行改造第二十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月比較基因工程和蛋白質工程基因工程蛋白質工程相同點都要改造基因，都屬于分子水平產生新的基因型，無新基因基因（型）產生的蛋白質原有的新的聯(lián)系蛋白質工程以基因工程為基礎，是基因工程的應用和延伸第二十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月異想天開 能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？ 理論上是可行的，但目前還沒有真正成功的例子。第二十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月三、蛋白質工程的進展和前景1、蛋白質工程的進展：（1）對

11、胰島素的改造 天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，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氨基酸殘基結構所致。利用蛋白質工程技術改變這些殘基，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臨床實驗。第二十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）對水蛭素的改造 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，在綜合各變異體結構特點的基礎上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成

12、Lys（賴氨酸），使其與分子內第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽鏈的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。第二十九張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）對生長激素的改造 生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結合生長激素受體，還可以結合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結合，盡可能減少與其他激素受體的結合。經研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區(qū)別。由于人的

13、生長激素和催乳激素受體結合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結果與預先設想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。第三十張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）應用于微電子方面 生物和材料科學家正積極探索將蛋白質工程應用于微電子方面。用蛋白質工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點，因此有極為廣闊的發(fā)展前景。第三十一張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2.基因工程是遵循中心法則， 從DNAmRNA蛋白質折疊產生功能，基本上是生產

14、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： 確定蛋白質的功能蛋白質應有的高級結構蛋白質應具備的折疊狀態(tài)應有的氨基酸序列應有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質。思考與探究 第三十二張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.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，應用于生產、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術。 概括地說，酶工程是由酶制劑的生產和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 第三十三張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 通常所說的酶工程是用工程菌生產酶制劑，而沒有經過由酶的功能來設計酶的分子結構，然后

15、由酶的分子結構來確定相應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，而蛋白質工程的重點則在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白質工程的發(fā)展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質工程的一部分。 第三十四張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1 關于生物體內存在的天然蛋白質，下列說法不正確的是（ ）A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C構成天然蛋白質的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種D一定完全符合人類生產和生活的需要練習檢測D第三十五張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月2蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是 氨基酸結構 B

16、蛋白質空間結構 C肽鏈結構 D基因結構 3下列關于蛋白質工程的說法錯誤的是（）A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B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C蛋白質工程能產生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子D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第三十六張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月4、以下關于蛋白質工程的說法正確的是（）A、蛋白質工程以基因工程為基礎B、蛋白質工程就是酶工程的延伸C、蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造D、蛋白質工程只能生產天然的蛋白質 第三十七張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月5、蛋白質工程的基本流程正確的是（）蛋白質分子結構設計DNA合成預期蛋白質功能根據氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A B C D第三十八張，PPT共四十一頁，創(chuàng)作于2022年6月6、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，其結果產生