蛋白質(zhì)工程的崛起(精制課件)

1.4蛋白質(zhì)工程的崛起1、基因工程的應用（1）基因工程的實質(zhì)：將一種生物的

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

，進而表現(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

。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由基因蛋白質(zhì)性狀蛋白質(zhì)進化結構和功能生存蛋白質(zhì)滿足人類生產(chǎn)和生活的需要例如：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（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℃一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由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學領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。1、目標：根據(jù)人們對

功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的

進行分子設計。2、原理：改造基因（基因

或基因

）。3、流程：預期蛋白質(zhì)功能→設計

→推測應有的

序列→找到對應的

序列。蛋白質(zhì)結構修飾合成預期的蛋白質(zhì)結構氨基酸脫氧核苷酸二、蛋白質(zhì)工程的基本原理溫故知新蛋白質(zhì)的結構及其多樣性①氨基酸種類不同，肽鏈結構不同蛋白質(zhì)多樣性原因②氨基酸數(shù)目成百上千，肽鏈結構不同③氨基酸排列順序千變?nèi)f化，肽鏈結構不同④空間結構千差萬別，蛋白質(zhì)種類不同基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結構預期功能生物功能mRNA轉錄翻譯折疊DNA合成分子設計中心法則蛋白質(zhì)工程二、蛋白質(zhì)工程的基本原理4.蛋白質(zhì)工程的概念（第二代基因工程）

蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)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(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)和生活的需求。蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)是對編碼蛋白質(zhì)的基因進行改造理論上講可以，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)的高級結構非常復雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結構和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設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。討論１、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？寫出相應的堿基序列。２、確定目的基因的堿基序列后，怎樣合成或改造目的基因？

某多肽鏈的一段氨基酸序列是：……—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸苯丙氨酸—……回答1.mRNA序列為：GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）回答２、確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。項目基因工程蛋白質(zhì)工程操作起點操作核心過程目標結果聯(lián)系目的基因預期的蛋白質(zhì)功能基因表達載體基因獲取目的基因→構建表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與表達預期蛋白質(zhì)功能→設計蛋白質(zhì)結構→推測氨基酸序列→推測核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上,延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)1、前景誘人：如用此技術制的

，具有

、耗電少和

的特點。2、難度很大：主要是目前科學家對大多數(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結構三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景1．關于生物體內(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．它們的結構和功能符合特定物種生存的需要C．構成天然蛋白質(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D評價反饋2．下列關于蛋白質(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)分子的結構，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，定向改變分子的結構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Ｂ3、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（）①蛋白質(zhì)分子結構設計②DNA合成③預期蛋白質(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．③④①②Ｃ思考與探究1.蛋白質(zhì)工程是應怎樣的社會需求而崛起的？

蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎理論研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結果，為設計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g為蛋白質(zhì)工程提供了手段。在基礎理論研究方面，蛋白質(zhì)工程是研究多種蛋白質(zhì)的結構和功能、蛋白質(zhì)折疊、蛋白質(zhì)分子設計等一系列分子生物學基本問題的一種新型的、強有力的手段。通過對蛋白質(zhì)工程的研究，可以深入地揭示生命現(xiàn)象的本質(zhì)和生命活動的規(guī)律。2.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？

基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→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)應有的高級結構→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)。3.你知道酶工