蛋白质工程的崛起ppt课件

1.4蛋白质工程的崛起学学 习习 目目 标标1.蛋白质工程崛起的缘由2.蛋白质工程的基本原理3.蛋白质工1.1.基因工程的应用基因工程的应用（1 1）基因工程的实质：）基因工程的实质：将将一种生物的基因转移到另一种生物一种生物的基因转移到另一种生物体内体内，使，使后者产生本不能产生的蛋白后者产生本不能产生的蛋白质，质，进而表现出新的性状。进而表现出新的性状。原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。（2 2）基因工程的不足：）基因工程的不足：一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1.基因工程的应用将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后 天然蛋白质是生物在天然蛋白质是生物在长期进化过程长期进化过程中中形成的，它们的结构和功能形成的，它们的结构和功能符合特定物种符合特定物种生存的需要生存的需要，却，却不一定完全符合人类不一定完全符合人类生产生产和生活的需要。和生活的需要。3.3.蛋白质工程的目的蛋白质工程的目的生产生产符合符合人类生产和生活的需要的人类生产和生活的需要的蛋白质。蛋白质。2.2.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进化过程中形成的，它们的结构和阅读P26第二自然段思考：科学家在干扰素的保存和玉米的赖氨酸的产量上面临什么样的问题？如何解决这些问题？阅读P26第二自然段思考：天然蛋白质天然蛋白质符合特定符合特定物种生存物种生存需要需要不一定符合不一定符合人类生产、人类生产、生活需要。生活需要。干扰素干扰素治疗病毒感治疗病毒感染、癌症染、癌症体外保体外保存困难存困难改变分子改变分子结构：结构：半胱氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸保存半年保存半年基因工程只能生产自然基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质界已存在的蛋白质天然蛋白质符合特定物种生存需要不一定符合人类生产、生活需要。产量提高产量提高赖氨酸浓度赖氨酸浓度合成时需：合成时需：天冬氨酸激酶；天冬氨酸激酶；二氢吡啶二羧酸二氢吡啶二羧酸合成酶合成酶浓度浓度高时高时抑制抑制苏氨酸苏氨酸异亮氨酸异亮氨酸天冬酰胺天冬酰胺异亮氨酸异亮氨酸产量提高赖氨酸浓度合成时需：浓度高时抑制苏氨酸异亮氨酸天冬酰二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理1.1.蛋白质工程的目标：蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，根据人们对蛋白质功能的特定需求，对对蛋白质的结构蛋白质的结构进行分子设计。进行分子设计。思考：思考：对天然蛋白质进行改造，你对天然蛋白质进行改造，你认为认为应直接对蛋白质分子进行操作应直接对蛋白质分子进行操作还还是通过对基因的操作来实现呢？是通过对基因的操作来实现呢？二、蛋白质工程的基本原理1.蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构血红蛋白血红蛋白分子就是由二个分子就是由二个由由141141个氨基酸个氨基酸残基组成的残基组成的亚亚基和二个由基和二个由146146个氨基酸残基组个氨基酸残基组成的成的亚基按特亚基按特定的接触和排列定的接触和排列组成的一个球状组成的一个球状蛋白质分子，每蛋白质分子，每个亚基中各有一个亚基中各有一个含亚铁离子的个含亚铁离子的血红素辅基。血红素辅基。血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的亚基和二个答：毫无疑问应该从答：毫无疑问应该从对基因的操作对基因的操作来实现来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：对天然蛋白质改造，主要原因如下：（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因决定蛋白质，码的，基因决定蛋白质，改造了基因即对改造了基因即对蛋白质进行了改造蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质，而且改造过的蛋白质可以遗传可以遗传下去。下去。（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要造要容易操作容易操作，难度要小难度要小得多。得多。答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原改造现有蛋白质的方法：改造现有蛋白质的方法：（1）通过改变蛋白质肽链中的）通过改变蛋白质肽链中的个别氨个别氨基酸或一段氨基酸基酸或一段氨基酸序列序列（2）改变肽链中的个别氨基酸时，通）改变肽链中的个别氨基酸时，通常采用常采用定点诱变定点诱变的技术的技术改造现有蛋白质的方法：（1）通过改变蛋白质肽链中的个别氨基酸-半胱氨酸-体外很难保存？如何改造-丝氨酸-体外可以保存半年问题3、你能推测出干扰素基因改造前和改造后的该部分序列吗？（半胱氨酸：UGU；丝氨酸：UCU）干扰素干扰素（改）-半胱氨酸-体外很难保存？如何改造-二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理如何生产出一种全新的蛋白质呢如何生产出一种全新的蛋白质呢?二、蛋白质工程的基本原理如何生产出一种全新的蛋白质呢?转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠折叠等等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变转录DNARNA翻译肽链折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特途径途径: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）途径:预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠图图图图1-291-29蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质氨基酸序基因预期功能DNA合成分子设计mRNA生物功能 指指以蛋白质分子的结构规律及其生物以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础功能的关系作为基础，通过，通过基因修饰或基基因修饰或基因合成，因合成，对现有蛋白质进行对现有蛋白质进行改造，或制造改造，或制造一种一种新的蛋白质，新的蛋白质，以满足人类的生生产和以满足人类的生生产和生活的需求。生活的需求。蛋白质工程是在基因工程的基础蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程！可！可以以创造自然界不存在创造自然界不存在的蛋白质！的蛋白质！蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念 指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，三、蛋白质工程的进展和前景1 1、进展、进展P28P28：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。天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素是胰岛素B23-B28B23-B28氨基酸残基结构所致。利用氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，合作用，使胰岛素快速起作用使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素该速效胰岛素已通过临床实验。已通过临床实验。三、蛋白质工程的进展和前景1、进展P28：2 2、前景诱人：、前景诱人：探索将蛋白质工程应用于探索将蛋白质工程应用于微电子微电子方面。方面。3 3、难度很大：、难度很大：主要是目前科学家对大多数主要是目前科学家对大多数蛋白质的高级蛋白质的高级结构结构的了解还很不够。的了解还很不够。用蛋白质工程制造的电子元件具有用蛋白质工程制造的电子元件具有体积小、体积小、耗电少和效率高耗电少和效率高的特点。的特点。2、前景诱人：3、难度很大：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合成基因合成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 DNA 表达蛋白质表达蛋白质定向改造生物的遗传特性，定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型获得人类所需的生物类型或生物产品或生物产品定向改造或生产人定向改造或生产人类所需的蛋白质类所需的蛋白质生产自然界已有蛋白质生产自然界已有蛋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,延延伸出来的第二代基因工程。伸出来的第二代基因工程。自然界没有的蛋白质自然界没有的蛋白质目的基因预期的蛋白质功能基因表达载体合成基因获取目的基因预一、蛋白质工程崛起的缘由：一、蛋白质工程崛起的缘由：基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。质。二、蛋白质工程的基本原理：二、蛋白质工程的基本原理：预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构设计预期蛋白质结构推测应推测应有的氨基酸序列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。蛋白质工程：以蛋白质分子的结构规律及其与生物蛋白质工程：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，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需求。以满足人类的生产和生活的需求。三、蛋白质工程的进展和前景。三、蛋白质工程的进展和前景。总结一、蛋白质工程崛起的缘由：总结