蛋白質(zhì)工程的崛起

蛋白質(zhì)工程的崛起第1頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考：如果想讓某一個(gè)生物的性狀在另外一個(gè)生物的身上表達(dá)，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2頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基因工程的實(shí)質(zhì)：

將一種生物的

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

，進(jìn)而表現(xiàn)出

?；虻鞍踪|(zhì)新的性狀第3頁(yè)，課件共23頁(yè)，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(lèi)生產(chǎn)和生活的需要。

基因工程的局限性：第4頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例如：干擾素是由動(dòng)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(shí)，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(gè)半胱氨酸變成絲氨酸，在-70oC的條件下，可以保存半年。第5頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月玉米中賴(lài)氨酸的含量比較低。賴(lài)氨酸的合成機(jī)理：天冬氨酸激酶二氫吡啶二羧酸合成酶前體物質(zhì)賴(lài)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6頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在已研究過(guò)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(méi)有活性或活性很低。這是因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會(huì)有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活。第7頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

目前科學(xué)家嘗試通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造，來(lái)延長(zhǎng)酶的半衰期，提高酶的熱穩(wěn)定性，延長(zhǎng)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(jìn)展。第8頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干擾素的體外保存困難玉米中賴(lài)氨酸的含量較低工業(yè)生產(chǎn)中蛋白質(zhì)類(lèi)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(wú)法通過(guò)基因工程來(lái)完成。人們開(kāi)始著眼于對(duì)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(yùn)而生，并迅速崛起。第9頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、目標(biāo)：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)。怎么操作呢？第10頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月逆轉(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(dá)生物特有的功能或性狀天然蛋白質(zhì)的合成過(guò)程遵循中心法則，并需經(jīng)過(guò)高級(jí)空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變第11頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(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）第12頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月討論：

某多肽鏈的一段氨基酸序列是：……-丙氨酸-色氨酸-賴(lài)氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-……丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG賴(lài)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(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái)。第13頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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(guò)人工合成的方法獲取或基因的定點(diǎn)誘變技術(shù)來(lái)改變。第14頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(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(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)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15頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程與基因工程的比較：

項(xiàng)目

基因工程蛋白質(zhì)工程方法過(guò)程

結(jié)果

聯(lián)系通過(guò)對(duì)基因的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dá)創(chuàng)造自然界原本沒(méi)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(duì)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(lái)的第二代基因工程。第16頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(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(xiàn)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(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。第17頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、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)第18頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月如果把胰島素B鏈由B28脯氨酸-B29賴(lài)氨酸改為B28賴(lài)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(shí)發(fā)揮。

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。注射到人體后會(huì)堆積在皮下，要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才能進(jìn)入血液，而且進(jìn)入到血液中的胰島素又會(huì)不斷地被分解。第19頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)檢測(cè)1．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)

Ｄ第20頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)檢測(cè)2．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)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(lèi)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(guò)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(chēng)為第二代基因工程Ｂ第21頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月練習(xí)檢測(cè)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(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．①②③④

B．④②①③

C．③①④②

D．③④①②Ｃ第22頁(yè)，課件共23頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.關(guān)