选修3专题1第4节蛋白质工程的崛起ppt课件

1 4蛋白质工程的崛起 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中的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 该组织正是提出启动两项重大国际合作行为 一项是有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 蛋白质工程就是在对蛋白质的化学 晶体学 动力学等结构与功能认识的基础上 对蛋白质人工改造与合成的产品 后基因组时代 将是 蛋白质组学时代 即从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究 包括研究蛋白质结构 功能与应用及蛋白质相互关系和作用 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 二 蛋白质工程的基本原理 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 1 目标 根据人们对蛋白质功能的特定需求 对蛋白质的结构进行分子设计 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 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 肽链 复制 复制 折叠等 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 天然蛋白质的合成过程 遵循中心法则 并需经过高级空间结构的转变 2 蛋白质工程的原理 基因改造 3 基本途径 从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列 基因 4 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 以满足人类的生生产和生活的需求 蛋白质工程的内容主要有两方面 根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质 而氨基酸排序由基因决定 所以还需要改造相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段 用于蛋白质工程 三 蛋白质工程的进展和前景 1 蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的 它是随着分子生物学 晶体学以及计算机技术的发展而诞生的 与基因组学 蛋白质组学 生物信息学的发展等因素有关2 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 讨论 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 1 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列 请把相应的碱基序列写出来 有多少种 2 确定目的基因的碱基序列后 怎样才能合成或改造目的基因 DNA 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 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 蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的 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 在这种条件下 大多数酶会很快变性失活 提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题 一般来说 提高蛋白质的稳定性包括 延长酶的半衰期 提高酶的热稳定性 延长药用蛋白的保存期 抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等 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