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*,3.1.4蛋白质工程的崛起,1,一、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,2,一、蛋白质工程崛起的缘由,3,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，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求。,前提,：,原理,：,目的：,了解蛋白质的结构和功能,改造基因（基因修饰或基因合成）,定向改造或制造蛋白质,蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。,4,蛋白质工程的流程,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,蛋白质工程原理,天然蛋白质的合成途径：,基因表达（转录和翻译）形成,氨基酸序列,的多肽,链形成具有高级,结构,的蛋白质行使生物,功能,预期的蛋白质,功能,出发设计预期的蛋白质,结构,推测,应有的,氨基酸序列,找到相应的脱氧核苷,酸,序列酸,蛋白质工程的途径：,5,蛋白质工程的主要步骤通常包括：,（,1,）从生物体中,分离纯化,目的,蛋白,；,（,2,）,测定,其氨基酸,序列,；,（,3,）借助核磁共振和,X,射线晶体衍射等手段，尽可能地,了解,蛋白质的二维重组和三维晶体,结构,;,（,4,）,设计,各种,处理条件,，,了解,蛋白质的,结构变化,，包括折叠与去折叠等,对其活性与功能的影响,；,（,5,）,设计,编码该蛋白的,基因改造方案,，如定点突变；,（,6,）,分离、纯化新蛋白,，,功能检测,后投入实际使用。,6,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,，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，将,水蛭素,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,提高抗凝血效率,，试管试验,活性提高了,4,倍,，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高,20,倍。,7,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。,8,1,、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,9,2,、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,10,3,、,以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）,A、蛋白质工程以基因工程为基础,B、蛋白质工程就是酶工程的延伸,C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造,D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质,11,4,、,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,12,5,、,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,13,项目,基因工程,蛋白质工程,操作起点,操作核心,过程,目标,结果,联系,目的基因,预期的蛋白质功能,基因表达载体,基因,获取目的基因,构建表达载体,导入受体细胞,目的基因的检测与表达,预期蛋白质功能,设计蛋白质结构,推测氨基酸序列,推测核苷酸序列,合成DNA 表达出蛋白质,定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品,定向改造或生产人类所需的蛋白质,生产自然界中已有的蛋白质,蛋白质工程是在基因工程的基础上,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白质,14,1,、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？,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。,2003,年，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的“人类血将蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。,“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重大国际科研协作计划，总部设在北京。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。,随后，相继启动了由德国、瑞士、英国、加拿大和日本等国牵头的各类蛋白质组计划。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。,15,16,17,基因定点诱变技术的常用方法是,PCR,法。,突变点：,人工合成的引物上,手段：,PCR,技术（定点突变试剂盒）,目的：,获得定点突变的基因,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。,18,基因定点诱变技术的理解,(,苏教版,),项目,内容,条件,原料,酶,引物,能量,操作方法,法,结果,适应范围,后代中半数为诱变的分子,脱氧核苷酸,聚合酶和连接酶,含突变顺序的分子片段,空间结构完全清楚的蛋白质,19,思考：基因定点诱变技术与基因突变的比较,比较,基因定点诱变,基因突变,相同点,发生的过程,结果,不同点,场所,手段,方向,DNA,复制过程中,产生新基因，从而产生新性状,生物体外,生物体内,定向改造,不定向性,PCR,技术,物理化学方法,20,基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家,M,史密斯（,1932,2000,）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。,有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。,21,22,
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