上课自己做的蛋白质工程的崛起课件

上课自己做的蛋白质工程的崛起上课自己做的蛋白质工程的崛起基因工程的实质：基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本来不生物体内，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。性状。复习回忆复习回忆上课自己做的蛋白质工程的崛起有了基因工程，为有了基因工程，为什么还要诞生蛋白什么还要诞生蛋白质工程呢？蛋白质质工程呢？蛋白质工程崛起的理由是？工程崛起的理由是？上课自己做的蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程的崛起的缘由一、蛋白质工程的崛起的缘由1 1、基因工程产物、基因工程产物 基因工程在原则上只能生产基因工程在原则上只能生产自然界自然界已存在的已存在的蛋白质蛋白质。这些这些天然蛋白质天然蛋白质是生物在长期进化过程是生物在长期进化过程中形成的中形成的,它们的结构和功能符合特定物它们的结构和功能符合特定物种生存的需要种生存的需要,却却不一定完全符合人类生不一定完全符合人类生产和生活的需要。产和生活的需要。上课自己做的蛋白质工程的崛起 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程在原则上只能生产自然界已、基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。存在的蛋白质。2 2、天然蛋白质不一定完全符合人类生产和、天然蛋白质不一定完全符合人类生产和生活的需要。生活的需要。二、蛋白质工程的目的二、蛋白质工程的目的生产符合人们生活需要的生产符合人们生活需要的并非并非自然界已存自然界已存在的在的蛋白质。蛋白质。上课自己做的蛋白质工程的崛起满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要2.例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二二氢吡啶二羧酸合成酶氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍上课自己做的蛋白质工程的崛起3:3:工业用酶工业用酶 许多许多工业用酶工业用酶是在改变天然酶的特性是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。后，才使之适应生产和使用需要的。上课自己做的蛋白质工程的崛起 在已研究过的几千种酶中，只有极少数在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应绝大多数酶都不能应用于工业生产，用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的提高蛋白质的稳定性稳定性包括：包括：延长酶的半衰期，提高酶的热延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。上课自己做的蛋白质工程的崛起思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？应该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，对天然蛋白质改造，主要原因如下：主要原因如下：（1 1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过改造过的蛋白质可以遗传下去的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。遗传的。（2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容容易操作，难度要小得多易操作，难度要小得多。上课自己做的蛋白质工程的崛起ATTCAGATG TGCAGTACG TAAGTCTAC TCGTCATGCDNADNAa a链链b b链链mRNAmRNAA AU UU UC CA AG GA AU UG G UGCAGUACGPro:ILe-Gln-甲硫甲硫AA-Cys-Ser-Thr上课自己做的蛋白质工程的崛起 天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程DNADNA（基因）（基因）转录转录mRNAmRNA翻译翻译蛋白质蛋白质基因基因表达（转录和翻译）表达（转录和翻译）形成氨基形成氨基酸序列的多肽链酸序列的多肽链形成具有高级结构的形成具有高级结构的蛋白质蛋白质行使生物功能行使生物功能上课自己做的蛋白质工程的崛起二、蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的目标P26 根据人们对根据人们对蛋白质功能蛋白质功能的的特定需求，对蛋白质的特定需求，对蛋白质的结构结构进行分子设计。进行分子设计。上课自己做的蛋白质工程的崛起1 1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？列？请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA、GCG GCG 色氨酸：色氨酸：UGG UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAAAAA、AAG AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUUUUU、UUCUUC 讨论讨论mRNA：GCU(GCU(或或C C或或A A或或G)UGGAAAG)UGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）DNADNA的一条链：的一条链：CGA(CGA(或或G G或或T T或或C)ACCTTT(C)ACCTTT(或或C)TACAAA(C)TACAAA(或或G)G)上课自己做的蛋白质工程的崛起GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）mRNAmRNA序列序列 脱氧核苷酸脱氧核苷酸序列序列GCT(GCT(或或C C或或A A或或G)TGGAAA(G)TGGAAA(或或G)ATGTTT(G)ATGTTT(或或C)C)CGA(CGA(或或G G或或T T或或C)ACCTTTC)ACCTTT（或（或C)TACAAA(C)TACAAA(或或G)G)（2 2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（能合成或改造目的基因（DNADNA）？）？确定目的基因的碱基序列后，就可以根据确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人类的需要改造它，通过人工合成的方法人工合成的方法或从基因库中获取。或从基因库中获取。上课自己做的蛋白质工程的崛起1 1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？序列？请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。某多肽链的一段氨基酸序列是某多肽链的一段氨基酸序列是-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-讨论讨论2 2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（合成或改造目的基因（DNADNA）？）？可以通过人工合成的方法获取或基因的可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。定点诱变技术来改变。上课自己做的蛋白质工程的崛起、蛋白质工程的基本途径、蛋白质工程的基本途径预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）（基因）上课自己做的蛋白质工程的崛起三、蛋白质工程的基本原理：三、蛋白质工程的基本原理：基因改造基因改造蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链基因基因DNADNA预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计mRNA生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起上课自己做的蛋白质工程的崛起蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构结构规律规律及其及其与生物功能的关系与生物功能的关系作为基础，作为基础，通过通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对现有蛋，对现有蛋白质进行白质进行改造改造或或制造制造一种新的蛋白质，一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。以满足人类对生产和生活的需求。上课自己做的蛋白质工程的崛起三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1 1、科学家通过对胰岛素的改造，已使其成、科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。为速效型药品。2 2、生物和材料科学家正积极探索将蛋白质、生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。工程应用于微电子方面。3 3、蛋白质工程目前成功的例子不多蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是原因是对蛋白质的高级结构了解不够。但随着科学对蛋白质的高级结构了解不够。但随着科学技术的深入发展，它将会给人类带来更多的技术的深入发展，它将会给人类带来更多的福音。福音。上课自己做的蛋白质工程的崛起蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展和前景1 1、对胰岛素的改造，使其成为速效型药品、对胰岛素的改造，使其成为速效型药品2 2、探索将蛋白质工程应用于微电子方面、探索将蛋白质工程应用于微电子方面 前景诱人前景诱人但还需要经过艰辛探索但还需要经过艰辛探索 !上课自己做的蛋白质工程的崛起 比较基因工程和蛋白质工程上课自己做的蛋白质工程的崛起项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作起点操作起点操作核心操作核心过程过程目标目标结果结果联系联系目的基因目的基因预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能基因表达载体基因表达载体基因基因获取目的基因获取目的基因构建表达载体构建表达载体导入受体细胞导入受体细胞目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列推测核苷酸序列推测核苷酸序列合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生性，获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品定向改造或生产人类所定向改造或生产人类所需的蛋白质需的蛋白质生产自然界中已有的蛋生产自然界中已有的蛋白质白质蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。生产自然界没有的蛋生产自然界没有的蛋白质白质上课自己做的蛋白质工程的崛起提示：提示：理论上讲可以理论上讲可以，但目前还没有真正成，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往的蛋白质往往都是自然界已经存在都是自然界已经存在的蛋白质，的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。担心的。异想天开异想天开上课自己做的蛋白质工程的崛起蛋白质工程操作程序的基本思路与基因蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？工程有什么不同？答：基因工程是遵循答：基因工程是遵循中心法则中心法则，从，从DNAmRNADNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能，基本折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功确定蛋白质的功能能蛋白质应有的高级结构蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备蛋白质应具备的折叠状态的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应有的碱应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。上课自己做的蛋白质工程的崛起2.2.基因工程基因工程是遵循中心法则，是遵循中心法则，从从DNAmRNADNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能折叠产生功能，基，基本上是本上是生产生产出出自然界已有的蛋白质自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结蛋白质应有的高级结构构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应具备的折叠状态应有的氨应有的氨基酸序列基酸序列应有的碱基排列应有的碱基排列，可以可以创造自然界不存在的蛋白质创造自然界不存在的蛋白质。上课自己做的蛋白质工程的崛起感谢您的关注！感谢您的关注！