1.4　蛋白质工程的崛起.ppt

1 4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 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 例如 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 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 大多数酶会很快变性失活 许多工业用酶也是在改变天然酶的特性后 才使之适应生产和使用需要的 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 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 主要原因如下 1 任何一种天然蛋白质都是由基因编码的 改造了基因即对蛋白质进行了改造 而且改造过的蛋白质可以遗传下去 如果对蛋白质直接改造 即使改造成功 被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的 2 对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作 难度要小得多 旁栏思考题 二 蛋白质工程的基本原理 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 天然蛋白质的合成过程 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 蛋白质工程的途径 蛋白质工程的概念 是指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 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 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 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列 讨论 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 三 蛋白质工程的进展与前景 蛋白质工程目前的现状 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 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 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 借助工程学的手段 应用于生产 生活 医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术 概括地说 酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的 酶工程的应用主要集中于食品工业 轻工业以及医药工业中 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂 而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构 然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤 因此 酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用 而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造 当然 随着蛋白质工程的发展 其成果也会应用到酶工程中 使酶工程成为蛋白质工程的一部分 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 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 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 5 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 6 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 7 关于蛋白质工程的进展和应用 下列说法不正确的是 A 科学家通过对胰岛素的改造 已使其成为速效药品B 生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面C 蛋白质工程技术已经非常成熟 目前正被大力推广应用D 蛋白质工程是一项难度很大的工程 目前成功的例子不多 C 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 返回 1 在遗传研究中 常用信使RNA进行基因的克隆 即形成许多完全相同的DNA 这种快速克隆基因的步骤依次是 DNA复制 转录 逆转录 翻译A B C D 2 蛋白质工程中目前已成功的是 A 对胰岛素进行改造 生产速效型药品B 蛋白质工程应用于微电子方面C 体外耐保存的干扰素D 用蛋白质工程生产高产赖氨酸玉米 B A 3 能够使植物体表达动物蛋白的育种方法是 A 单倍体育种B 杂交育种C 基因工程育种D 多倍体育种4 科学家通过基因工程的方法 能使马铃薯块茎含有人奶主要蛋白 以下有关该基因工程的叙述 错误的是 A 采用反转录的方法得到的目的基因有内含子B 基因非编码区对于目的基因在块茎中的表达是不可缺少的C 马铃薯的叶肉细胞可作为受体细胞D 用同一种限制酶 分别处理质粒和含目的基因的DNA 可产生黏性末端而形成重组DNA分子 C A 5 科学家在基因工程技术中常采用细菌 酵母菌等微生物作为受体细胞 主要原因是 A 繁殖速度快B 结构简单 操作方便C 遗传物质含量少D 性状稳定 变异少6 运用现代生物技术的育种方法