蛋白質(zhì)工程的崛起

蛋白質(zhì)工程的崛起第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一思考：如果想讓某一個生物的性狀在另外一個生物的身上表達，常用的方法有哪些？1、在種內(nèi)可以用什么方法？

雜交育種

2、在種間可以用什么方法？基因工程育種

一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一基因工程的實質(zhì)：

將一種生物的

轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者產(chǎn)生它本不能產(chǎn)的

，進而表現(xiàn)出

?；虻鞍踪|(zhì)新的性狀第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一

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：第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一例如：干擾素是由動物體內(nèi)的效應(yīng)T細(xì)胞產(chǎn)生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所有病毒引起的感染。同時，在治療癌癥方面也有十分可觀的療效。但是，干擾素在體外保存相當(dāng)困難。如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，在-70oC的條件下，可以保存半年。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一玉米中賴氨酸的含量比較低。賴氨酸的合成機理：天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶前體物質(zhì)賴氨酸負(fù)反饋調(diào)節(jié)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）改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一

目前科學(xué)家嘗試通過對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造，來延長酶的半衰期，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，取得了一定的進展。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一干擾素的體外保存困難玉米中賴氨酸的含量較低工業(yè)生產(chǎn)中蛋白質(zhì)類酶的穩(wěn)定性低

這些在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的難題均無法通過基因工程來完成。人們開始著眼于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造，以及制造目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。就這樣，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運而生，并迅速崛起。第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、目標(biāo)：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。怎么操作呢？第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯肽鏈復(fù)制復(fù)制折疊等具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達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)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一2、蛋白質(zhì)工程的原理：基因改造3、基本途徑：從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)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對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一討論：

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（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一（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）？

可以通過人工合成的方法獲取或基因的定點誘變技術(shù)來改變。第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一蛋白質(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)和生活的需求。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)第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較：

項目

基因工程蛋白質(zhì)工程方法過程

結(jié)果

聯(lián)系通過對基因的改造來實現(xiàn)對它所編碼的蛋白質(zhì)的定向改造基因的剪切、拼接導(dǎo)入、表達創(chuàng)造自然界原本沒有的、具優(yōu)良特性蛋白質(zhì)所獲得的蛋白質(zhì)是自然界已存在的操作對象都是基因，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。第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一蛋白質(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，如點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景1、前景誘人：如用此技術(shù)制成的

，具有

、耗電少和

的特點。2、難度很大：主要是目前科學(xué)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(jié)構(gòu)第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一如果把胰島素B鏈由B28脯氨酸-B29賴氨酸改為B28賴氨酸-B29脯氨酸就可以避免胰島素分子形成聚合體以保證其效能的及時發(fā)揮。

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。注射到人體后會堆積在皮下，要經(jīng)過較長時間才能進入血液，而且進入到血液中的胰島素又會不斷地被分解。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一練習(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第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一練習(xí)檢測2．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Ｂ第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一練習(xí)檢測3.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根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列

A．①②③④

B．④②①③

C．③①④②

D．③④①②Ｃ第二十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期一4.關(guān)于