蛋白質(zhì)工程的崛起公開

關(guān)于蛋白質(zhì)工程的崛起公開第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程的成果第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。

這些蛋白質(zhì)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。

基因工程的局限性：第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4蛋白質(zhì)工程的崛起第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月閱讀P26第二自然段思考：科學(xué)家在干擾素的保存和玉米的賴氨酸的產(chǎn)量上面臨什么樣的問題？如何解決這些問題？一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月例如：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）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)倍改造改造問題1：解決：蛋白質(zhì)功能不能滿足需求改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月-----半胱氨酸-----體外很難保存？如何改造------絲氨酸-------體外可以保存半年問題2：如何對天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行改造？干擾素干擾素（改）思考與討論(你認為直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？能否說出你的理由？)第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月答：毫無疑問應(yīng)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)分子還是無法遺傳的。（基因改造—可遺傳；蛋白質(zhì)改造—不可遺傳）（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。第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月-----半胱氨酸-----體外很難保存？如何改造------絲氨酸-------體外可以保存半年問題3、你能推測出干擾素基因改造前和改造后的該部分序列嗎？（半胱氨酸：UGU；絲氨酸：UCU）干擾素干擾素（改）思考與討論第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月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-……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討論：1、請寫出決定這一段肽鏈的mRNA片段和基因片段的核苷酸序列。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）？思考與討論第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月（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）（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。第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1、蛋白質(zhì)工程的途徑預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列(合成基因)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----------中心法則的逆推二、蛋白質(zhì)工程的基本原理(P27)第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、實質(zhì)：2、目標P26：根據(jù)人們對

的特定需求，對蛋白質(zhì)的

進行分子設(shè)計?；蚋脑斓鞍踪|(zhì)功能結(jié)構(gòu)第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)和生活的需求。4、蛋白質(zhì)工程的概念P27了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能改造基因（基因修飾或基因合成）前提：途徑：目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5、基因工程與蛋白質(zhì)工程的區(qū)別基因工程蛋白質(zhì)工程實質(zhì)結(jié)果聯(lián)系通過改造基因，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)將目的基因從供體轉(zhuǎn)移到受體細胞，并在受體細胞中表達只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出的第二代基因工程能生產(chǎn)自然界不存在的蛋白質(zhì)重組創(chuàng)新第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？

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(fù)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(dān)心的。異想天開第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景1、進展P28：（1）對胰島素的改造，使其成為速效型藥品。

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(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驗。第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）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)特點的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設(shè)計方案，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20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、前景誘人：探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。

3、難度很大：

主要是目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。

用蛋白質(zhì)工程制造的電子元件具有體積小、耗電少和效率高的特點。第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

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(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？

人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項重大的科學(xué)命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年，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(xué)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(xué)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。

四、知識拓展第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月“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(xué)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(xué)目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。

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。第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、你知道酶工程嗎?絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程和蛋白質(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，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)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(xué)技術(shù)。（如加酶洗衣粉）

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(yīng)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(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)1、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由2、蛋白質(zhì)工程的原理：中心法則的逆推預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)

推測應(yīng)有的氨基酸序列

設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列3、蛋白質(zhì)工程的進展和前景第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)檢測1．蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是（）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)

Ｄ第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、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②DNA合成③預(yù)期蛋白質(zhì)功能④據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列

A.①→②→③→④B.④→②→①→③C.③→①→④→②D.③→④→①→②C第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說法正確的是（）

A．都是分子水平上的操作

B．基因工程就是改造基因的分子結(jié)構(gòu)

C．蛋白質(zhì)工程就是改造蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

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