1.4　蛋白质工程的崛起

蛋白质工程的崛起,知识回顾,基因工程的实质是什么？,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。,思考：,基因工程产生的蛋白质是否完全符合人类生产和生活的需要？,一、蛋白质工程崛起的缘由,天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，其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。,一、蛋白质工程崛起的缘由,1、阅读教材P26中干扰素和玉米中氨基酸的含量的实例？,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,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,2、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进行改造要容易操作，难度要小得多。,蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。,二、蛋白质工程的基本原理,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,讨论：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。,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-,丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG赖氨酸：AAA、AAG甲硫氨酸：AUG苯丙氨酸：UUU、UUC,首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：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，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？,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文库中获取.,三、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：,原理：,目的：,了解蛋白质的结构和功能,改造基因（基因修饰或基因合成）,定向改造或制造蛋白质,实质：,对编码蛋白质的基因进行改造,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鉴定,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,生产自然界没有的蛋白质,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。,四、蛋白质工程的进展和前景,1、前景诱人：科学家通过对的改造，以使其成为速成药。用此技术制成的，具有、耗电少和的特点。2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的的了解还很不够。,电子元件,体积小,效率高,高级结构,胰岛素,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。,1.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,2.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,3.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,4.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ABCD,5.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,6、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,1、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的“人类血将蛋白质组计划”，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。,随后，相继启动了由德国、瑞士、英国、加拿大和日本等国牵头的各类蛋白质组计划。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。,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