生物技术导论教案

精品文档 1欢迎下载 生物技术导论教案生物技术导论教案 蛋白质工程蛋白质工程 教学目的教学目的 1 了解蛋白质工程的概念 蛋白质的基础结构 基本原理 2 理解蛋白质的研究方法 3 了解蛋白质组学 4 通过适当组织讨论让同学们积极参与课堂 掌握和了解一些基本的 蛋白质工程运用 教学重点教学重点 1 蛋白质的高级结构 2 蛋白质组学 3 蛋白质 的研究方法 教学难点教学难点 1 改变蛋白质结构的方法 2 蛋白质功能和结构 设计 讲解内容讲解内容 主要内容简介 本次课讲授 生物技术导论 P154 167 包括 教学内容蛋白质的结构基础 蛋白质的研究方 法 蛋白质工程的运用实例 蛋白质组学 其中重点讲授 蛋白质 的研究方法 蛋白质组学 详细内容 一 蛋白质结构基础 1 蛋白质的结构 1 结构 蛋白质分子是由氨基酸首尾相连缩合而成的共价多 精品文档 2欢迎下载 肽链 但是天然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链 每一种 天然蛋白质都有自己特有的空间结构或称三维结构 这种三维结构 通常被称为蛋白质的构象 即蛋白质的结构 2 功能 各种生命功能 生命现象 生命活动都和蛋白质有 关 a 蛋白质执行着酶的功能 b 通过激素调节代谢作用 c 产 生相应的抗体 d 构建各种生物膜 2 蛋白质工程概念 蛋白质工程就是以蛋白质的结构与功能为 基础 利用基因工程的手段 按照人类自身的需要 定向地改造天 然的蛋白质 甚至创造新的 自然界本不存在的 具有优良特性的 蛋白质分子 3 蛋白质的结构基础 1 蛋白质的一级结构 primary structure 定义 蛋白质 的一级结构是指氨基酸按一定的顺序通过肽键相连而成的多肽链 也是蛋白质最基本的结构 精品文档 3欢迎下载 图 1 蛋白质一级结构 2 蛋白质二级结构 secondary structure 定义 二级 结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的 构 象 是多肽链局部的空间结构 构象 主要形式 螺旋 折叠 转角等 多媒体展示蛋白质的二级结构 图二 蛋白质二级结构 3 蛋白质三级结构 tertiary structure 三级结构主要 针对球状蛋白质 是指整条多肽链由二级结构元件构建成的总三维 结构 图三 蛋白质三级结构 4 蛋白质四级结构 quaternary structure 四级结构是指 在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特 定 精品文档 4欢迎下载 的空间结构 四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基 图四 蛋白质的四级结构 4 蛋白质分子间的相互作用 亚基间的聚合可以被解离 可以 重新聚合 四级结构的蛋白质分子亚基间可以杂交 多肽与蛋白质 分子间可以聚合 二 蛋白质工程的研究方法 1 蛋白质工程的研究策略 反向生物学技术 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 即根据特定的生物功能 设计 蛋白质的氨基酸序列和空间结构 2 蛋白质全新设计 1 设计目标的选择 包括 结构设计和 功能设计 目前主要侧重结构设计 结构设计一般从蛋白质的二级结 构开始 模拟蛋白质结构的稳定性 功能设计主要进行天然蛋白质功 能的模拟 2 蛋白质设计技术与方法 序列最简化法 3 改变现 有蛋白质的结构 主要 基本步骤 1 分离纯化目标蛋白 2 分析目标蛋白质的一 级结构 3 分析目标蛋白质的三维结构以及结构与功能的关系 4 根据蛋白质的一级结构设计引物 克隆目的基因 5 根据蛋 精品文档 5欢迎下载 白质的三维结构和结构与功能的关系以及蛋白质改造的目的设计改 造方案 6 对目的基因进行人工定点突变 7 改造后的基因在 宿主细胞中的表达 8 分离纯化表达的蛋白质并分析其功能 评 价是否达到设计目的人工定点突变方法 三 蛋白质工程技术的应用 1 胰蛋白酶 2 金属硫蛋白 3 人白细胞介素 2 4 组织纤溶 酶原激活因子 5 枯草杆菌蛋白酶 四 蛋白质组学 Proteomics 1 人类蛋白质组计划概述 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 2 蛋白质组学的研究内容包括 1 蛋白质鉴定 可以利用一维电泳和二维电泳并结合 Western 等技术 利用蛋白质芯片和抗体芯片及免疫共沉淀等技术 对蛋白质进行鉴定研究 2 翻译后修饰 很多 mRNA 表达产生的 精品文档 6欢迎下载 蛋白质要经历翻译后修饰如磷酸化 糖基化 酶原激活等 翻译后 修饰是蛋白质调节功能的重要方式 3 蛋白质功能确定 如分析 酶活性和确定酶底物 细胞因子的生物分析 配基 受体结合分析 基因表达产物 蛋白质的功能分析 另外对蛋白质表达出来后在 细 胞内的定位研究也在一定程度上有助于蛋白质功能的了解 荧光蛋 白表达系统 就是研究蛋白质在细胞内定位的一个很好的工具 4 分子医学的发展 如寻找药物的靶分子 很多药物本身就是蛋白质 而很多药物的靶分子也是蛋白质 药物也可以干预蛋白质 蛋白质相 互作用 4 蛋白质组学研究技术 1 蛋白质组研究中的样品制备 2 蛋白质组研究中的样品 分离和分析双向凝胶电泳 质谱技术 二维色谱相色谱 毛细管电 泳 LC CE 2D LC 二维毛细管电泳 2D CE 5 蛋白质组学发展趋势在基础研究方面 蛋白质组研究技术被 应用到各种生命科学领域 在应用研究方面 蛋白质组学将成为寻 找疾病分子标记和药物靶标最有效的方法之一 在技术发展方面 蛋白质组学的研究方法将出现多种技术并存 各有优势和局限的特 点 五 讨论 1 蛋白质工程发展趋势 2 蛋白质组学研究的研究意义 3 相互交流对于这节课的体会和认知 精品文档 7欢迎下载 课堂小结课堂小结 本章简要介绍了蛋白质的基础结构 基本原理 概 括地描述了蛋白质工程的技术 通过举例阐明了利用蛋白质工程和 基因工程技术对现有的蛋白质加以定向改造 设计 还概述了蛋白 质组学研究技术 希望同学们在上过这节课后能对蛋白质工程有着 一个初步了解和具体运用 复习思考题复习思考题 1 简单叙述蛋白质结构的基本组件 2 举例说明对现有蛋白质进行改造的主要方法及其运用 3 什么是蛋白质组学 作业作业 课后阅读的参考书 1 现代生命科学概论 黄诗笺主编 北京 高等教育出 版社 2 现代生物技术导论 陈章良主编 北京 高等教育出 版社 3 现代生物技术导论 瞿礼嘉 顾红雅 胡