1.4　蛋白质工程的崛起

专题1基因工程 1 4蛋白质工程的崛起 资料1 干扰素是动物或人体细胞收到侵染后产生的一种糖蛋白 几乎能抵抗所有病毒的感染 蛋白质三维结构 氨基酸序列多肽链 基因DNA mRNA 生物功能 转录 翻译 折叠 议一议 细胞内的干扰素基因是如何指导干扰素的合成的 资料2 干扰素是抗病毒的特效药 可用于医学治疗 传统的方法是从人血液的白细胞中提取 每300L血液中提取1mg 用传统的方法获取人的干扰素有何缺陷 探究一 如何能大量生产纯度较高的人的干扰素 请同学们设计出具体方案 新的问题 干扰素在体外很难保存 提示 经研究发现将其中第17位的半胱氨酸变成丝氨酸 则可在 70 保存半年 探究二 如何在体外大量生产易保存的干扰素 蛋白质三维结构 氨基酸序列多肽链 基因DNA 预期功能 分子设计 mRNA 蛋白质工程流程图 问题一 从对干扰素生产及改造的历程来看 你认为蛋白质工程崛起的原因是什么 举例蛋白质在生产生活中的应用 人类生产和生活的需求 要改造蛋白质 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的 它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 却不一定完全符合人类生产和生活的需要 酶工程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 酶工程的重点是对已存在酶的合理充分利用 而蛋白质工程重点是对已存在的蛋白质分子的改造 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 问题二 你认为要实施蛋白质工程 实现对蛋白质的改造 最基础的理论是什么 蛋白质结构的规律以及蛋白质结构和功能的关系 1953年 英国生物化学家桑格破译出牛胰岛素的全部结构 开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路 1965年9月 中国科学家人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素 它是第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质 2002年10月 三位科学家获诺贝尔化学奖 因为创建了利用核磁共振波确定溶液中蛋白质等生物大分子三维结构的方法 使科学家能快速可靠确认生物大分子 并获得它们的三维结构 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 2003年 该组织正式启动了两项重大国际合作行动 一项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 人类肝脏蛋白质组计划 是国际人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 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 问题三 从基因工程和蛋白质工程的基本思路和最终得到的蛋白质来看 你认为两者有何不同点 问题四 通过以上内容的学习 你认为什么是蛋白质工程 请你尝试给蛋白质工程下一个定义 蛋白质工程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 了解蛋白质的结构和功能途径 改造基因目的 定向改造或制造蛋白质 蛋白质三维结构 氨基酸序列多肽链 基因DNA 预期功能 分子设计 mRNA 生物功能 转录 翻译 折叠 热稳定性提高50 工业生产上 以蛋白质药物为主体的生物医药产业将成为新世纪的朝阳产业和龙头企业 美国是世界生物工程产业的龙头 其生物工程公司占全球总数的55 销售额占全球生物工程产品销售总额的82 生物工程上市公司市值达3000多亿美元 一些医用蛋白的需求情况 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 蛋白质工程 目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质结构进行分子设计 操作对象 DNA和蛋白质分子 操作过程 预期的蛋白质功能预期设计的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到响应的脱氧核苷酸序列 1 运用某生物工程技术将毒性肽融合进入抗体分子 制造出 导弹药物 它可自动瞄准和攻击体内的靶组织或靶细胞 如癌细胞 此技术是 A 基因工程B 细胞工程C 蛋白质工程D 胚胎工程答案 C 巩固训练 2 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 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造C 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质D 蛋白质工程的实质是改造蛋白质 答案 A 20种氨基酸的密码子表 讨论一 1 根据干扰素的实施改造的历程 你认为蛋白质工程崛起的原因是什么 你能例举哪些蛋白质在生产生活中的应用 2 你认为实施蛋白质工程 实现对蛋白质的改造 最基础的理论条件是什么 S S 蛋白质分子具有复杂的三维结构