1.4蛋白质工程的崛起(精制课件).ppt

1 4蛋白质工程的崛起 腺苷脱氨酶 ADA 基因 重度免疫缺陷症 SCID 基因突变 正常ADA基因 ADA基因整合到病毒核酸上 分离得到淋巴细胞 感染使ADA基因进入淋巴细胞 培养淋巴细胞 ADA基因整合到细胞的染色体上 转基因淋巴细胞回输到体内骨髓组织里 接上一节 1 体外基因治疗 先从病人体内获得某种细胞 进行培养 然后在体外完成基因转移 再筛选成功转移的细胞扩增培养 最后重新输入患者体内 2 体内基因治疗 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的正常基因转入患者肺组织 基因治疗的发展现状 处于初期的临床试验阶段 三 基因治疗的类型 1 用正常基因代替缺陷基因 或依靠其表达产物来弥补病变基因带来的缺陷 如血友病 地中海贫血病的治疗 2 反义基因 用mRNA分子与病变的mRNA分子进行互补 阻断蛋白质的合成 3 自杀基因 编码可杀死癌变细胞的蛋白酶基因 四 用于基因治疗的基因种类 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 一 蛋白质工程崛起的缘由 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 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 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 一 蛋白质工程崛起的缘由 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 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执行的 人类血浆蛋白质组计划 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的有力推动和理论支持 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 2 原理 改造基因 基因或基因 3 流程 预期蛋白质功能 设计 推测应有的序列 找到对应的序列 蛋白质 结构 修饰 合成 预期的蛋白质结构 氨基酸 脱氧核苷酸 二 蛋白质工程的基本原理 温故知新蛋白质的结构及其多样性 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 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 中心法则 蛋白质工程 二 蛋白质工程的基本原理 4 蛋白质工程的概念 第二代基因工程 蛋白质工程是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 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 以满足人类的生产和生活的需求 蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造 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 讨论 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列 写出相应的碱基序列 确定目的基因的碱基序列后 怎样合成或改造目的基因 某多肽链的一段氨基酸序列是 丙氨酸 色氨酸 赖氨酸 甲硫氨酸苯丙氨酸 回答 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 回答 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 1 前景诱人 如用此技术制的 具有 耗电少和的特点 2 难度很大 主要是目前科学家对大多数蛋白质的的了解还很不够 电子元件 体积小 效率高 高级结构 三 蛋白质工程的进展和前景 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 D 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 3 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 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 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 基因工程是遵循中心法则 从DNA mRNA 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 蛋白质工程是按照以下思路进行的 确定蛋白质的功能 蛋白质应有的高级结构 蛋白质应具备的折叠状态 应有的氨基酸序列 应有的碱基排列 可以创造自然界不存在的蛋白质 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