最新白質(zhì)工程的崛起

1、蛋白質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程的崛起異想天開2.在該過程中涉及到的遺傳信息的流向是怎樣的?(請參考中心法則用圖解表示)3.酵母菌生產(chǎn)的干擾素分子與生物體內(nèi)生成的干擾素有相同功能嗎？它們生物功能的完成是以什么為基礎(chǔ)的？請分析一個有活性的干擾素分子的結(jié)構(gòu)層次，請用簡單的圖解表示。知識回顧：1.用基因工程的方法讓酵母菌為人類生產(chǎn)干擾素應該如何設(shè)計？請你用流程圖的形式做簡單概括。獲取目的基因構(gòu)建表達載體導入受體細胞目的基因的檢測與鑒定3.酵母菌生產(chǎn)的干擾素分子與生物體內(nèi)生成的干擾素有相同功能嗎？它們生物功能的完成是以什么為基礎(chǔ)的？請分析一個有活性的干擾素分子的結(jié)構(gòu)層次，請用簡單的圖解表示。知識回顧：1.用

2、基因工程的方法讓酵母菌為人類生產(chǎn)干擾素應該如何設(shè)計？請你用流程圖的形式做簡單概括。2.在該過程中涉及到的遺傳信息的流向是怎樣的?(請參考中心法則用圖解表示)雖然酵母菌中合成的干擾素量很多，但是多數(shù)干擾素分子在體外條件下很快失去活性。問題2：如果要解決干擾素在體外容易失活問題，可以從哪里入手來進行研究？問題1：“干擾素容易失活”是不是說明在機體免疫中干擾素并不是一種很有效的免疫物質(zhì)？提示：干擾素是機體受到病毒感染時產(chǎn)生的一種糖蛋白，通過與干擾素受體結(jié)合發(fā)揮作用，之后被分解。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由滿足人類生產(chǎn)和生活的需要例1：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（

3、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）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年-70 例2： 絕大多數(shù)酶不能應用于工業(yè)生產(chǎn)。因為工業(yè)生產(chǎn)的反應體系中常有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，大多數(shù)酶會很快變性失活。 提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括： 延長酶的半衰期， 提高酶的熱穩(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。1、你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學家承擔了什么任務？ 旁欄思考題 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

4、學領(lǐng)域一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執(zhí)行的“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“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。 “人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”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，目前有16個國家和地區(qū)的80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(zhì)，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學基礎(chǔ)。 人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)

5、工程的有力推動和理論支持。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、天然蛋白質(zhì)的合成過程DNA（基因）轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯蛋白質(zhì)基因 表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯） 形成氨基酸序列的多肽鏈 形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 行使生物功能2、蛋白質(zhì)工程的目標 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。2.對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋白質(zhì)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)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，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，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子

6、還是無法遺傳的。（2）對基因進行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。旁欄思考題 3、蛋白質(zhì)工程的基本途徑（三）過程設(shè)計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預期蛋白質(zhì)功能推測應有的氨基酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列（基因） 教材討論：某多肽的一段氨基酸序列為： 丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸UGGGUUGUCGUAGUG AAAAAGAUGUUUUUCmRNADNA CAAACCTTTTACAAA GTTTGGAAAATGTTT 根據(jù)目的基因的堿基序列，可以用DNA合成儀進行化學合成目的基因。分子設(shè)計折疊氨基酸序列多肽鏈 翻譯mRNA轉(zhuǎn)錄基因DNA二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) 四 級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)生物功能蛋白質(zhì)

7、工程分子設(shè)計預期功能蛋白質(zhì)工程流程圖基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預期蛋白質(zhì)功能DNA合成分子設(shè)計蛋白質(zhì)工程實 質(zhì)將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能生產(chǎn)的蛋白質(zhì)，進而表現(xiàn)出新性狀。目 的對現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的要求目 標根據(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。原 理基因改造。關(guān)鍵技術(shù)基因工程前提條件了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系蛋白質(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

8、需求。（第二代基因工程）前提：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能原理：改造基因（基因修飾或基因合成）目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計各種處理條件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設(shè)計編碼該蛋白的基因改造方案，如定點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。 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)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計

9、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)非常復雜，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。蛋白質(zhì)的結(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)的二級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)胰島素的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子就是由二個由141個氨基酸殘基組成的亞基和二個由146個氨基酸殘基組成的亞基按特定的接觸和排列組成的一個球狀蛋白質(zhì)分子，每個亞基中各有一個含亞鐵離子的血紅素輔基。 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是根據(jù)需要設(shè)計具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)二

10、是確定蛋白質(zhì)的化學組及空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)從氨基酸序列預測蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生理功能，設(shè)計合成具有特定生物功能的全新蛋白質(zhì)，而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造控制蛋白質(zhì)合成的相應基因中脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用與蛋白質(zhì)工程。 基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較基因工程是遵循中心法則，從DNAmRNA蛋白質(zhì)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)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應有的高級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)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(zhì)。 比較基因工程和蛋白質(zhì)工程基因工程

11、蛋白質(zhì)工程相同點產(chǎn)生新的產(chǎn)生的蛋白質(zhì)聯(lián)系 比較基因工程和蛋白質(zhì)工程基因工程蛋白質(zhì)工程相同點產(chǎn)生新的產(chǎn)生的蛋白質(zhì)聯(lián)系都要改造基因，都屬于分子水平基因型，無新基因基因（型）原有的新的蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，是基因工程的應用和延伸三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景1、科學家通過對胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。2、生物和材料科學家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應用于微電子方面。3、蛋白質(zhì)工程目前成功的例子不多,原因是對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)了解不夠。但隨著科學技術(shù)的深入發(fā)展，它將會給人類帶來更多的福音。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？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助

12、工程學的手段，應用于生產(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產(chǎn)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。 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)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(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，隨著蛋白質(zhì)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(zhì)工程的一部分。 1 關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，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(jié)構(gòu)和功能

13、符合特定物種生存的需要C構(gòu)成天然蛋白質(zhì)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(chǎn)和生活的需要練習檢測D2蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是( ) 氨基酸結(jié)構(gòu) B蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C肽鏈結(jié)構(gòu) D基因結(jié)構(gòu) 3下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是（）A.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需要B.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)C.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D.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4、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是 （ ）A、蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)B、蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸C、蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進行改造D、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì) 5、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DNA合成預期蛋白質(zhì)功能根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A B C D6、蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是（）A氨基酸種類增多 B氨基酸