蛋白质工程的崛起（精制ppt课件）

1.4蛋白质工程的崛起1腺苷脱氨酶腺苷脱氨酶(ADA)(ADA)基因基因重度免疫缺陷症重度免疫缺陷症(SCID)(SCID)（基因突变（基因突变）正常正常ADAADA基因基因ADAADA基因整合基因整合到病毒核酸上到病毒核酸上病人病人分离得到分离得到淋巴细胞淋巴细胞感染使感染使ADAADA基因基因进入淋巴细胞进入淋巴细胞培养淋巴细胞，培养淋巴细胞，ADAADA基因整合到基因整合到细胞的染色体上细胞的染色体上转基因转基因 淋巴细淋巴细胞回输到体内胞回输到体内骨髓组织里骨髓组织里腺苷脱氨酶重度免疫缺陷症（基因突变）正常ADA基因ADA基因2 1.1.体外基因治疗：体外基因治疗：先从病人体内获得某种先从病人体内获得某种细胞，进行培养，然后在细胞，进行培养，然后在体外完成基因转移体外完成基因转移，再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输再筛选成功转移的细胞扩增培养，最后重新输入患者体内。入患者体内。2.2.体内基因治疗：体内基因治疗：直接向人体组织细胞中直接向人体组织细胞中转移基因的治病方法。（如将治疗囊性纤维病转移基因的治病方法。（如将治疗囊性纤维病的正常基因转入患者肺组织）的正常基因转入患者肺组织）基因治疗的发展现状：基因治疗的发展现状：处于初期的临床处于初期的临床试验阶段试验阶段(三三)基因治疗的类型基因治疗的类型 1.体外基因治疗：先从病人体内获得某种细胞，进行培养3 1.1.用用正常基因正常基因代替缺陷基因，或依靠其表代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友达产物来弥补病变基因带来的缺陷。如血友病、地中海贫血病的治疗。病、地中海贫血病的治疗。2.2.反义基因反义基因。用。用mRNAmRNA分子与病变的分子与病变的mRNAmRNA分分子进行互补，阻断蛋白质的合成。子进行互补，阻断蛋白质的合成。3.3.自杀基因自杀基因。编码可杀死癌变细胞的蛋白。编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因。酶基因。(四四)用于基因治疗的基因种类用于基因治疗的基因种类 1.用正常基因代替缺陷基因，或依靠其表达产物来弥补病41、基因工程的应用、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：将一种生物的）基因工程的实质：将一种生物的 转移到转移到 另一种生物体内，使后者产生本不能产生的另一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ，进而表现出新的，进而表现出新的 。（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的存在的 。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，过程中形成的，它们的它们的 符合特定物种符合特定物种 的需要，却不的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。一定完全符合人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的生产符合人类生产和生活的需要的 。一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由基因基因蛋白质蛋白质性状性状蛋白质蛋白质进化进化结构和功能结构和功能生存生存蛋白质蛋白质1、基因工程的应用一、蛋白质工程崛起的缘由基因蛋白质性状蛋白5满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要例如：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（352352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（104104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天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二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-70-70一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类生产和生活的需要例如：改造干扰素（半胱氨酸）体外很难61、你知道人类、你知道人类蛋白质组蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？有什么关系？我国科学家承担了什么任务？旁栏思考题旁栏思考题 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”；另另一项是以美国科学家牵头执行的一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组人类血浆蛋白质组计划计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。的有力推动和理论支持。1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国71、目标：根据人们对、目标：根据人们对 功能的特定需求，功能的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的 进行分子设计。进行分子设计。2、原理：改造基因（基因、原理：改造基因（基因 或基因或基因 ）。3、流程：、流程：预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计 推推测应有的有的 序列序列找到找到对应的的 序序列。列。蛋白质蛋白质结构结构修饰修饰合成合成预期的蛋白质结构预期的蛋白质结构氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理1、目标：根据人们对 功能的特定需8温故知新温故知新蛋白质的结构及其多样性蛋白质的结构及其多样性温故知新9氨基酸种类不同，肽链结构不同蛋白质多样性原因氨基酸数目成百上千，肽链结构不同氨基酸排列顺序千变万化，肽链结构不同空间结构千差万别，蛋白质种类不同氨基酸种类不同，肽链结构不同蛋白质多样性原因氨基酸数目成10蛋白质工程的崛起（精制ppt课件）11基因基因DNADNA氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计中心法则中心法则蛋白质工程蛋白质工程二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理基因氨基酸序列多肽链蛋白质预期功能生物功能mRNA转录翻译折124.蛋白质工程的概念（第二代基因工程）蛋白质工程的概念（第二代基因工程）蛋白质工程蛋白质工程是指以蛋白质分子的是指以蛋白质分子的结构规律结构规律及其及其生物功能生物功能的关系作为基础，通过的关系作为基础，通过基因修饰基因修饰或或基因合成基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。需求。蛋白质工程的实质是对蛋白质工程的实质是对编码蛋白质编码蛋白质的基因进行改造的基因进行改造4.蛋白质工程的概念（第二代基因工程）13 理论上讲可以，但理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子目前还没有真正成功的例子。一些报道。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要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如何行使功能知之甚少，和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来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担心的。什么危害也是人们所担心的。理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些14讨论、怎样得出决定这一段、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？肽链的脱氧核苷酸序列？写出相应的碱基序列。写出相应的碱基序列。、确定目的基因的碱基、确定目的基因的碱基序列后，怎样合成或改造序列后，怎样合成或改造目的基因？目的基因？某多肽链的一段氨基酸某多肽链的一段氨基酸序列是：序列是：丙氨酸丙氨酸色色氨酸氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯甲硫氨酸苯丙氨酸丙氨酸讨论、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？写出相应的碱15回答1.mRNA序列为：序列为：GCU（或（或C或或A或或G）UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C）脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C）ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G）回答1.mRNA序列为：16回答、确定目的基因的碱基序、确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。方法或从基因库中获取。回答、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17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构建表达载体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蛋白质结构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定向改造或生产改造或生产人类所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二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新。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。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项目基因工程蛋白质工程操作起点操作核心目标结果目的基因 预期181、前景诱人：如用此技术制的、前景诱人：如用此技术制的 ，具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点。的特点。2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的白质的 的了解还很不够。的了解还很不够。电子元件电子元件体积小体积小效率高效率高高级结构高级结构三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、前景诱人：如用此技术制的 191 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（不正确的是（）A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要D1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（202下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）A蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结 构，使之更加符合人类的需要构，使之更加符合人类的需要 B蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直接进行操作，定向改变分子的结构直接进行操作，定向改变分子的结构 C蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过 的新型蛋白质分子的新型蛋白质分子 D蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为第二代基因工程为第二代基因工程2下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）213 3、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（）蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计 DNA合成合成 预期蛋白质功能预期蛋白质功能 根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A B C D3、蛋白质工程的基本流程正确的是（）22思考与探究思考与探究1.蛋白质工程是应怎样的社会需求而崛起的？蛋白质工程是应怎样的社会需求而崛起的？蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。为蛋白质工程提供了手段。在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究多种蛋白质在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究多种蛋白质的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分的结构和功能、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对子生物学基本问题的一种新型的、强有力的手段。通过对蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生蛋白质工程的研究，可以深入地揭示生命现象的本质和生命活动的规律。命活动的规律。思考与探究232.2.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？什么不同？基因工程是遵循中心法则，从基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNADNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能蛋蛋白质应有的高级结构白质应有的高级结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应有的氨基酸序列氨基酸序列应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。蛋白质。2.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？243.3.你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？酶工程与蛋白质工程有什么区别？酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的重点在于对已存的生产和应用两方面组成的。酶工程的重点在于对已存在酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已在酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。存在的蛋白质分子的改造。3.你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程25课件制作课件制作 仙游第一中学仙游第一中学 黄美洪黄美洪课件制作课件制作 仙游第一中学仙游第一中学 黄美洪黄美洪课件制作课件制作 仙游第一中学仙游第一中学 黄美洪黄美洪课件制作 仙游第一中学 黄美洪课26