1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起

1、1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起,,轉(zhuǎn)錄,,DNA,RNA,,翻譯,肽鏈,復(fù)制,復(fù)制,,折疊等,具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì),,表達(dá)生物特有的功能或性狀,天然蛋白質(zhì)的合成過程,遵循中心法則，并需經(jīng)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,滿足人類生產(chǎn)和生活的需要,例如：,,改造,玉米中賴氨酸含量比較低,天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）,二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）,天冬氨酸激酶（異亮氨酸）,二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）,玉米中賴

2、氨酸含量可提高數(shù)倍,,改造,,改造,蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。,,蛋白質(zhì)工程 以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。,一、蛋白質(zhì)工程的崛起,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,1、目標(biāo)： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。,討論1：蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)

3、是什么？,討論2.對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？,答：毫無疑問應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白

4、質(zhì)的一級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),胰島素的三級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),血紅蛋白分子就是由二個由141個氨基酸殘基組成的α亞基和二個由146個氨基酸殘基組成的β亞基按特定的接觸和排列組成的一個球狀蛋白質(zhì)分子，每個亞基中各有一個含亞鐵離子的血紅素輔基。,2、蛋白質(zhì)工程的原理：基因改造,3、基本途徑：,從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基

5、因）,,,,人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項重大的科學(xué)命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年，該組織正是提出啟動兩項重大國際合作行為： 一項是由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”，它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。另一項是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”。人類蛋

6、白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持。,討論3：你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？,,異想天開,能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？,理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高

7、級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。,討論4：蛋白質(zhì)工程操作思路與基因工程有什么不同？,基因工程遵循中心法則，從DNA→mRNA →蛋白質(zhì)→折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)用的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→

8、應(yīng)有的堿基序列，可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。,三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,討論4.研究蛋白質(zhì)工程，有成功的例子嗎？,有，科學(xué)家通過對胰島素的改造，已使其成為速效性藥品。,討論5.研究蛋白質(zhì)工程是一項難度很大的工程，目前成功的例子不多，為什么？,主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級結(jié)構(gòu)，這種高級結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，而目前科學(xué)家對大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)的了解還很不夠，要設(shè)計出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過艱辛的探索。,討論5.蛋白質(zhì)

9、工程的前景如何？,生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點，因此有極為廣闊的發(fā)展前景。,區(qū)別,聯(lián)系,基因的改造、合成,基因的剪切拼接、導(dǎo)入,獲得自然界未有的蛋白質(zhì),所得到的蛋白質(zhì)是自然界存在的,基因,蛋白質(zhì)工程獲得目的基因后，需要進(jìn)行基因工程的操作來獲得預(yù)期蛋白質(zhì),探究：你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？,酶工程就是指將酶

10、所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然

11、，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。,1 ．關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說法不正確的是（ ）A．是生物在長期進(jìn)化過程中形成的B．它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要C．構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種D．一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要,練習(xí)檢測,D,2．蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對象是（　　?。?Ａ．氨基酸結(jié)構(gòu) B．蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)

12、 C．肽鏈結(jié)構(gòu) 　　D．基因結(jié)構(gòu),Ｄ,3．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是（　　?。〢．蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要B．蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)C．蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質(zhì)分子D．蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程,Ｂ,4、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（　　?。俚鞍踪|(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計②DNA合成

13、 ③預(yù)期蛋白質(zhì)功能④根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列 A．①②③④ B．④②①③ C．③①④② D．③④①②,Ｃ,5、蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是（　　?。〢．氨基酸種類增多 B．氨基酸種類減少C．仍為天然存在蛋白質(zhì) D．可合成天然不存在蛋