第三節(jié)蛋白質(zhì)工程演示文稿

第三節(jié)蛋白質(zhì)工程演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有35頁\編輯于星期五優(yōu)選第三節(jié)蛋白質(zhì)工程現(xiàn)在是2頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1、基因工程的應(yīng)用2、天然蛋白質(zhì)的不足

天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)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要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要?，F(xiàn)在是3頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)工程崛起的緣由1、基因工程的應(yīng)用2、天然蛋白質(zhì)的不足3、蛋白質(zhì)工程的目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的蛋白質(zhì)?，F(xiàn)在是4頁\一共有35頁\編輯于星期五滿足人類生產(chǎn)和生活的需要例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性為106U/mg，只相當(dāng)于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會(huì)這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，β-干擾素蛋白質(zhì)中有3個(gè)半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測(cè)可能是有一個(gè)或幾個(gè)半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點(diǎn)突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的β-干擾素的抗病性活性提高到108U/mg，并且比天然β-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。現(xiàn)在是5頁\一共有35頁\編輯于星期五滿足人類生產(chǎn)和生活的需要又如：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）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)倍改造改造現(xiàn)在是6頁\一共有35頁\編輯于星期五一、蛋白質(zhì)工程的概念1.概念:

蛋白質(zhì)工程是指通過物理化學(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，并借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、基因定點(diǎn)誘變和重組DNA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)?；蚬こ淌瞧渲械年P(guān)鍵技術(shù),蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程?，F(xiàn)在是7頁\一共有35頁\編輯于星期五基礎(chǔ):實(shí)質(zhì)：途徑:目標(biāo):了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系基因修飾或基因合成改造或制造新的蛋白質(zhì)，滿足人類的生產(chǎn)或生活的需要是對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造一、蛋白質(zhì)工程的概念2.理解現(xiàn)在是8頁\一共有35頁\編輯于星期五轉(zhuǎn)錄DNAmRNA翻譯肽鏈折疊等具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達(dá)生物特有的功能或性狀天然蛋白質(zhì)的合成過程?遵循中心法則，并需經(jīng)過高級(jí)空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變究探作合現(xiàn)在是9頁\一共有35頁\編輯于星期五逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯蛋白質(zhì)復(fù)制復(fù)制天然蛋白質(zhì)的合成遵循中心法則納歸題問轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制轉(zhuǎn)錄DNA復(fù)制現(xiàn)在是10頁\一共有35頁\編輯于星期五思考：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(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)？

應(yīng)該從對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)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。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。

究探續(xù)繼蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造!現(xiàn)在是11頁\一共有35頁\編輯于星期五結(jié)構(gòu)分析功能分析結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與設(shè)計(jì)基因工程(關(guān)鍵技術(shù))蛋白質(zhì)純化不斷完善蛋白質(zhì)工程基本原理示意圖二、蛋白質(zhì)工程的原理現(xiàn)在是12頁\一共有35頁\編輯于星期五

根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。

1、目標(biāo)：2、原理：改造基因（基因修飾或基因合成）二、蛋白質(zhì)工程的原理納歸題問現(xiàn)在是13頁\一共有35頁\編輯于星期五３.途徑: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對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）納歸題問現(xiàn)在是14頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈基因DNA預(yù)期功能DNA合成分子設(shè)計(jì)mRNA生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯折疊圖1-29蛋白質(zhì)工程流程圖現(xiàn)在是15頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(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)(構(gòu)象)和三維晶體結(jié)構(gòu)(空間結(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?，F(xiàn)在是16頁\一共有35頁\編輯于星期五————實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件1.了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系資料1:

蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)與改造蛋白質(zhì)工程首先是以蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和溶液構(gòu)象的研究，積累了成千上萬蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)資料，并編制成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，得以從中找出蛋白質(zhì)分子間的進(jìn)化關(guān)系、一級(jí)結(jié)構(gòu)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系方面的規(guī)律。現(xiàn)在是17頁\一共有35頁\編輯于星期五————實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件1.了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系X射線衍射儀核磁共振儀器蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是18頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在是19頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)在是20頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是21頁\一共有35頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

血紅蛋白分子就是由二個(gè)由141個(gè)氨基酸殘基組成的α亞基和二個(gè)由146個(gè)氨基酸殘基組成的β亞基按特定的接觸和排列組成的一個(gè)球狀蛋白質(zhì)分子，每個(gè)亞基中各有一個(gè)含亞鐵離子的血紅素輔基。現(xiàn)在是22頁\一共有35頁\編輯于星期五————實(shí)施蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵2.用基因工程的方法改造蛋白質(zhì)資料2:

蛋白質(zhì)作為生物大分子是生物化學(xué)和分子生物學(xué)的研究重點(diǎn)，大量蛋白質(zhì)被分離純化，測(cè)定了它們的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和生物學(xué)作用。分子生物學(xué)有關(guān)基因組的研究，也可以用以推測(cè)出一些未知蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。采用定位誘變的方法，可以對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行核苷酸密碼子的插入、刪除、置換和改組，其結(jié)果為分子改造提供新的設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)有的蛋白質(zhì)是生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果，蛋白質(zhì)工程則是對(duì)生物進(jìn)化的模擬，按照蛋白質(zhì)形成的規(guī)律，改造蛋白質(zhì)或構(gòu)建新的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的改造通常需要先經(jīng)周密的分子設(shè)計(jì)，然后依賴基因工程獲得突變型蛋白質(zhì)，以檢驗(yàn)其是否達(dá)到了預(yù)期的效果。如果改造的結(jié)果不理想，還需要從新設(shè)計(jì)再進(jìn)行改造，往往經(jīng)歷多次實(shí)踐摸索才能達(dá)到改進(jìn)蛋白質(zhì)性能的預(yù)定目標(biāo)。

現(xiàn)在是23頁\一共有35頁\編輯于星期五————實(shí)施蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵2.用基因工程的方法改造蛋白質(zhì)

改造類型操作程序大改

中改小改

設(shè)計(jì)、制造出自然界不存在的全新蛋白質(zhì)替代某一個(gè)肽段或一個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域改造某個(gè)活性單位的一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基（定點(diǎn)誘變技術(shù)）核心技術(shù)

現(xiàn)在是24頁\一共有35頁\編輯于星期五

基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的示意圖

——改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)之一

現(xiàn)在是25頁\一共有35頁\編輯于星期五PCR誘變引物定向突變基因受體細(xì)胞目的蛋白質(zhì)基因工程表達(dá)定點(diǎn)誘變技術(shù)現(xiàn)在是26頁\一共有35頁\編輯于星期五27現(xiàn)在是27頁\一共有35頁\編輯于星期五基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的理解項(xiàng)目?jī)?nèi)容條件原料酶引物能量

ＡＴＰ操作方法

ＰＣＲ法結(jié)果適應(yīng)范圍后代中半數(shù)為誘變的ＤＮＡ分子脫氧核苷酸ＤＮＡ聚合酶和ＤＮＡ連接酶含突變順序的ＤＮＡ分子片段空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)現(xiàn)在是28頁\一共有35頁\編輯于星期五思考：基因定點(diǎn)誘變技術(shù)與基因突變的比較比較基因定點(diǎn)誘變基因突變相同點(diǎn)發(fā)生的過程結(jié)果不同點(diǎn)場(chǎng)所手段方向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)方法現(xiàn)在是29頁\一共有35頁\編輯于星期五實(shí)例：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，這是胰島素B23-B29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（將胰島素B鏈由：B28脯氨酸—B29賴氨酸

B28賴氨酸—B29脯氨酸

），則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用(單體速效胰島素)。該速效胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。

目前，空間結(jié)構(gòu)完全清楚的蛋白質(zhì)數(shù)量還比較少，對(duì)于那些不能預(yù)的蛋白質(zhì)，可采用非定點(diǎn)誘變技術(shù)來進(jìn)行蛋白質(zhì)改造。雖然目的性和針對(duì)性比不上定點(diǎn)誘變，但是因?yàn)橥蛔兾稽c(diǎn)多，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生出意想不到的改造效果?，F(xiàn)在是30頁\一共有35頁\編輯于星期五三、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用

蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來研究。蛋白質(zhì)工程將蛋白質(zhì)與酶的研究推進(jìn)到嶄新的時(shí)代，為蛋白質(zhì)和酶在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用開拓了誘人的前景。蛋白質(zhì)工程開創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期。1、改造酶結(jié)構(gòu)，有目的地提高酶的熱穩(wěn)定性和催化活性2、生物制藥——“鼠—人嵌合抗體”、“對(duì)t-PA的改造”3、疾病診斷：利用蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)與診斷SARS病毒現(xiàn)在是31頁\一共有35頁\編輯于星期五異亮氨酸蘇氨酸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％工業(yè)生產(chǎn)上三、蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用1、改造酶結(jié)構(gòu)，提高酶的熱穩(wěn)定性實(shí)例：現(xiàn)在是32頁\一共有35頁\編輯于星期五鼠抗體人抗體恒定區(qū)恒定區(qū)可變區(qū)可變區(qū)嵌合抗體對(duì)人體的不良反應(yīng)減少制藥領(lǐng)域上2、鼠—人嵌合抗體現(xiàn)在是33頁\一共有35頁\編輯于星期五3.對(duì)t-PA的改造”：纖維蛋白溶解酶原激活因子中的天門冬酰胺替換為谷氨酰胺延長(zhǎng)了其在血液循環(huán)中的停留時(shí)間4、蛋白質(zhì)芯片檢測(cè)與診斷SARS病毒（閱讀）

蛋白質(zhì)工程使我們不僅能更充分地利用自然界存在的基因和蛋白質(zhì)，而且能夠在分子水平上對(duì)基因和蛋白質(zhì)進(jìn)行再設(shè)計(jì)和改造，進(jìn)而創(chuàng)造出自然界不存在的基因和蛋白質(zhì)。當(dāng)然，蛋白質(zhì)工程中還有許多理論和技術(shù)問題有待研究和探索，但是我們可以相信，蛋白質(zhì)工程的發(fā)展前景一定非常廣闊！現(xiàn)在是34頁\一共有35頁\編輯于星期五項(xiàng)目基因工程蛋白質(zhì)工程操作起點(diǎn)操作核心過程目標(biāo)結(jié)果聯(lián)系目的基因預(yù)期的蛋