蛋白质工程的崛起

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,蛋白质工程的崛起,活动1:阅读P26.,回答:为什么要进行蛋白质工程?,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,（1）基因工程的实质：将一种生物的,转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的,，进而表现出新的,。,（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的,。,2、天然蛋白质的不足,天然蛋白质是生物在长期,过程中形成的，它们的,符合特定物种,的需要，却,不一定完全符合,人类生产和生活的需要。,3、蛋白质工程的目的,生产,符合人类,生产和生活的,需要,的,。,基因,蛋白质,性状,蛋白质,进化,结构和功能,生存,蛋白质,满足人类生产和生活的需要,例如：,改造,-干扰素,（,17、31、141位,半胱氨酸,）,体外很难保存,-干扰素（丝氨酸）,体外可以保存半年,玉米中赖氨酸含量比较低,天冬氨酸激酶,（352位的苏氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）,改造,改造,天冬氨酸激酶（异亮氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）,玉米中赖氨酸含量可提高数倍,蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？,P28,思考与探索,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。,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,，绝大多数酶都不能应用于工业生产，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。这是因为,工业生产中,每一步的反应体系中常常会有,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,变性失活,。,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，提高蛋白质的稳定性包括：,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，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失,等。,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？我国科学家承担了什么任务？（,了解,）,旁栏思考题,人类蛋白质组计划,是继,人类基因组计划,之后，生命科学乃至自然科学领域中的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，该组织正是提出启动,两项重大国际合作,行为：一项是有中国科学家牵头执行的,“人类肝脏蛋白质组计划”,；另一项是以美国科学家牵头执行的,“人类血浆蛋白质组计划”,。,“人类肝脏蛋白质组计划”,是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学,目标是揭示并确认肝脏的蛋白质,，,为重大肝病预防,、,诊断,、,治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础,。,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,。,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？,二、蛋白质工程的基本原理,1、,目标：,根据人们对,功能的特定需求，对蛋白质的,进行分子设计。,蛋白质,结构,蛋白质的结构,蛋白质的一级结构,蛋白质的结构,蛋白质的二级结构,蛋白质的结构,胰岛素的三级结构,蛋白质的结构,血红蛋白质的四级结构,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由146个氨基酸残基组成的亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。,逆转录,转录,DNA,RNA,翻译,肽链,复制,复制,折叠等,具有空间结构的蛋白质,表达生物特有的功能或性状,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,2、,原理：,改造基因（基因,或基因,）。,3、,途径：,修饰,合成,基因,DNA,氨基酸序列,多肽链,蛋白质,三维结构,预期功能,生物功能,mRNA,转录,翻译,折叠,DNA合成,分子设计,基因定点诱变技术的示意图,4、,蛋白质工程的概念,基础:,蛋白质工程的实质：,途径:,目标:,蛋白质的结构和功能的关系,基因修饰或基因合成,改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或生活的需要,是对编码蛋白质的基因进行改造,活动2：,对照密码表，至少写出三种决定“丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸”的脱氧核苷酸序列。,（,1）mRNA序列为：,GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）,脱氧核苷酸序列：,CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）,（2）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，通过人工合成的方法或从基因库中获取。,异想天开,能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？,理论上讲可以，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。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，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。,1、,蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着,分子生物学,、,晶体学,以及,计算机技术,的发展而诞生的，与,基因组学,、,蛋白质组学,、,生物信息学,的发展等因素有关,2、现状：成功的例子不多，,主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构,，,而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少,。,三、蛋白质工程的进展和前景,1水蛭素改造,水蛭素,是水蛭唾液腺分泌的,凝血酶特异抑制剂,，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于,治疗血栓疾病,。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出,改造水蛭素,主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而,提高凝血效率,，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。,2生长激素改造,生长激素,通过对它特异受体的作用,促进细胞和机体的生长发育,，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的,催乳激素受体,，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑,取代充当锌离子配基的氨基酸侧链,，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。,3胰岛素改造,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，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素,B23-B28氨基酸残基,结构所致。利用,蛋白质工程技术改变,这些残基，则可降低其聚合作用，,使胰岛素快速起作用,。该速效胰岛素已通过临床实验。,4治癌酶的改造,疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶,（TK）可以催化,胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化,而使这些碱基3-OH缺乏,从而,阻断DNA的合成，杀死癌细胞,。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。,1,关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是,A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,C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种,D一定完全符合人类生产和生活的需要,练习检测,D,2,蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是,氨基酸结构 B蛋白质空间结构,C肽链结构 D基因结构,3,下列关于蛋白质工程的说法错误的是,A,蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要,B,蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构,C,蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子,D,蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程,4、蛋白质工程的基本流程正确的是（）,蛋白质分子结构设计,DNA,合成预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列,A B,C D,5、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是,A氨基酸种类增多,B氨基酸种类减少,C仍为天然存在蛋白质,D可合成天然不存在蛋白质,