人教版选修3 蛋白质工程的崛起 课件(20张).ppt

第四节蛋白质工程的崛起 1965年 生物科学界发生了一件轰动全球的大事 人工合成了结晶牛胰岛素 这是第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质 实现了世界上首次人工合成蛋白质的壮举 蛋白质工程 复习回顾1 蛋白质的基本结构单位 元素组成 2 蛋白质结构多样的原因 3 蛋白质有哪些功能 创新6 7 旁栏思考题 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 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 思考问题 1 描述基因工程的操作步骤 目的基因的获取 基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定 2 讨论基因工程产生的蛋白质的特点 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质 基因工程的实质 将一种生物的基因转移到另一种生物体内 后者可以产生它本来不能产生的蛋白质 进而表现出新的性状 干扰素 利用大肠杆菌及酵母菌生产干扰素 生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中产生的 它的结构和性能不能完全满足人类生产生活的需要 例如 干扰素是动物体内的一种蛋白质是一种抗病毒抗肿瘤的药物 但在体外保存相当困难 于是我们要对现有的蛋白质进行改造 制造出目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质 这样人们由开始了新一轮的探索 蛋白质工程应运而生了 一 蛋白质工程崛起的缘由 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 改造 改造 蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质 甚至是自然界不存在的蛋白质 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 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 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 氨基酸 脱氧核苷酸 二 蛋白质工程的基本原理 3 蛋白质工程流程图 p27 蛋白质三维结构 氨基酸序列多肽链 基因dna mrna 中心法则 p27讨论 4 蛋白质工程概念 p27 蛋白质工程 蛋白质工程的概念 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 蛋白质工程是在基因工程的基础上 延伸出来的第二基因工程 蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造 蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同 答 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 注意 蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推 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 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