蛋白質(zhì)工程崛起

蛋白質(zhì)工程的崛起1活動(dòng)1:閱讀P26.回答:為什么要進(jìn)行蛋白質(zhì)工程?一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由通過基因工程能夠大規(guī)模生產(chǎn)生物體內(nèi)微量存在的活性物質(zhì)，并借助轉(zhuǎn)基因而改變動(dòng)植物性狀，得以在人類醫(yī)療保健中進(jìn)行基因診斷和基因治療。然而在廣泛利用自然界各種蛋白質(zhì)的過程中就發(fā)現(xiàn)，這些蛋白質(zhì)只是適應(yīng)生物自身的需要，而對(duì)它們進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)往往不合意，需要加以改造。2一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1、基因工程的應(yīng)用（1）基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的

轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的

，進(jìn)而表現(xiàn)出新的

。（2）基因工程的不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的

。2、天然蛋白質(zhì)的不足天然蛋白質(zhì)是生物在長期

過程中形成的，它們的

符合特定物種

的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。3、蛋白質(zhì)工程的目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的

?；虻鞍踪|(zhì)性狀蛋白質(zhì)進(jìn)化結(jié)構(gòu)和功能生存蛋白質(zhì)3例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（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4二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì)

功能的特定需

求，對(duì)蛋白質(zhì)的

進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。2、原理：改造基因（基因

或基因

）。3、途徑：預(yù)期蛋白質(zhì)功能→設(shè)計(jì)

→推測(cè)應(yīng)有的

序列→找到對(duì)應(yīng)的

序列。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)修飾合成預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)氨基酸脫氧核苷酸對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？5蛋白質(zhì)工程的流程基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期功能生物功能mRNA轉(zhuǎn)錄翻譯折疊DNA合成分子設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)工程原理天然蛋白質(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(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列酸蛋白質(zhì)工程的途徑：6蛋白質(zhì)工程的概念基礎(chǔ):蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)：途徑:蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能基因修飾或基因合成是對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造7比較基因工程和蛋白質(zhì)工程8二、蛋白質(zhì)工程的基本原理活動(dòng)2：對(duì)照P27蛋白質(zhì)工程流程圖，說出主要步驟。9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(cè)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)的二維結(jié)構(gòu)和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響；（5）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如點(diǎn)突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)后投入實(shí)際使用。10活動(dòng)3：對(duì)照密碼表，至少寫出三種決定“—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脫氧核苷酸序列。1112基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的示意圖13思考：基因定點(diǎn)誘變技術(shù)與基因突變的比較DNA復(fù)制過程中產(chǎn)生新基因，從而產(chǎn)生新性狀生物體外生物體內(nèi)定向改造不定向性PCR技術(shù)物理化學(xué)方法14（二）蛋白質(zhì)改造工程舉例1．水蛭素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(gè)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計(jì)方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高4倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果，提高20倍。152．生長激素改造生長激素通過對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)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(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)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。由于人的生長激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結(jié)合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。163．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，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B23-B28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，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)。

17三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景1、前景誘人：如用此技術(shù)制成的

，具有

、耗電少和

的特點(diǎn)。2、難度很大：主要是目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的

的了解還很不夠。電子元件體積小效率高高級(jí)結(jié)構(gòu)181．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(jìn)化過程中形成的B．它們的結(jié)構(gòu)和功能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(xí)檢測(cè)D192．蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對(duì)象是Ａ．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)

Ｄ3．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯(cuò)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(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)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Ｂ204、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(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造D、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì)

Ａ215、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（）①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)②DNA合成③預(yù)期蛋白質(zhì)功能④根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A．①②③④B．④②①③

C．③①④②D．③④①②Ｃ226、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．氨基酸種類減少C．仍為天然存在蛋白質(zhì)