1.4　蛋白质工程的崛起.pptx

,蛋白质工程的崛起,莆田锦江中学翁友凡,蛋白质工程崛起的缘由,蛋白质工程的基本原理,蛋白质工程的概念,蛋白质工程的进展与前景,1,能够说出蛋白质工程的概念。,2,能够描述蛋白质工程的步骤,3,尝试运用逆向思维分析和解决问题,教学目标,基因工程的实质,基因工程操作步骤,复习旧知,将一种生物的转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的，进而表现出。,基因,蛋白质,新的性状,获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的鉴定和表达,进入新课学习,由基因工程产生的蛋白质是生物在长期的进化中形成的，他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。,例如：干扰素在体外保存相当困难。,蛋白质工程崛起的缘由,蛋白质工程崛起的缘由,活动：阅读P26,例1：干扰素是由动物体内的效应T细胞产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒引起的感染。同时，在治疗癌症方面也有十分可观的疗效。但是，干扰素在体外保存相当困难。,如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在-70oC的条件下，可以保存半年。,1.蛋白质工程崛起的缘由,例2：玉米中赖氨酸的含量比较低。,赖氨酸的合成机理：,天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶,前体物质,赖氨酸,负反馈调节,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）,改造,天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）,1.蛋白质工程崛起的缘由,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。,1.蛋白质工程崛起的缘由,基因工程的不足,1.延长干扰素的体外保存时间2.提高玉米中赖氨酸的含量3.提高工业生产中蛋白质类酶的稳定性,这些在科学研究和工业生产中亟待解决的难题均无法通过基因工程来完成。于是新一轮的探索拉开了序幕，人们开始着眼于对现有蛋白质的改造，以及制造目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。就这样，蛋白质工程应运而生，并迅速崛起。,1.蛋白质工程崛起的缘由,01,思考感悟,提示,对基因的操作,对天然蛋白质进行改造是通过对基因的操作来实现,对天然蛋白质进行改造，是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？,基本原理,02,2.蛋白质工程的基本原理,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,蛋白质工程的途径:,预期的蛋白质功能,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）,蛋白质三维结构,氨基酸序列多肽链,基因DNA,预期功能,DNA合成,分子设计,mRNA,生物功能,转录,翻译,折叠,图1-29蛋白质工程流程图,2.蛋白质工程的基本原理,目标,原理,途径,根据人们对_的特定需求对_进行分子设计,中心法则的逆推,预期蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的_序列找到对应的_序列(基因)。,蛋白质的结构,氨基酸,脱氧核苷酸,蛋白质的功能,目的,满足人类的生产和生活的需求,3.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。,概念剖析,基因工程,蛋白质工程,DNA分子水平,DNA分子水平,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蛋白质应有的氨基酸序列应有的碱基序列合成DNA表达出蛋白质,获取目的基因构建基因表达载体将目的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定,蛋白质工程与基因工程的比较,定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的生物类型或生物产品,定向改造或生产人类所需蛋白质,生产人类需要的基因产物(自然界已有的蛋白质),可以生产自然界没有的、不存在的新蛋白质,临床上的一种抗癌药物紫杉醇，是从红豆杉中提取出来的，且提取量为万分之二，也就是说用一吨红豆杉的树皮才能提取500ml。可想而知对红豆杉破坏问题的严重性，那么我们能否解决这问题呢？,红豆杉,紫杉醇,运用知识解决生活问题,学以致用,目前成功的例子不多，原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索,应用于微电子方面、制作电子元件具有体积小、耗电少和效率高的特点,胰岛素速效型药品,4.蛋白质工程的进展与前景,4.蛋白质工程的进展与前景,例1:对胰岛素的改造,天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。,4.蛋白质工程的进展与前景,例2:生长激素改造,生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。,4.蛋白质工程的进展与前景,例3:治癌酶的改造,癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。,课堂小结：蛋白质工程的概念,蛋白质工程是指以蛋白质分子_及其与_的关系作为基础，通过_或_，对现有蛋白质进行_，或制造一种_，以满足生产和生活的需求。(可理解第二代基因工程),结构规律,生物功能,基因修饰,基因合成,改造,新的蛋白质,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,课堂小结,蛋白质工程与基因工程的关系,目的基因,定向改造生物的遗传特性,生产自然界已有的蛋白质,生产自然界没有的蛋白质,定向改造或生产人类所需要的蛋白质,预期的蛋白质功能,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。,课堂小结,1基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。2蛋白质工程的主要目的是对现有蛋白质进行改造或生产新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。3蛋白质工程直接操作的对象是基因，而不是蛋白质。4蛋白质工程的基本途径是：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应的脱氧核苷酸序列。5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，以满足人类的生产和生活的需要。6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。,一、某多肽链的一段氨基酸序列是：甲硫氨酸色氨酸苯丙氨酸色氨酸(氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙氨酸UUU、UUC）(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。(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)?,基础知识巩固,【尝试解答】(1)根据氨基酸序列反推mRNA上密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为：(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,基础知识巩固,二、下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下面的问题。(1)代表蛋白质工程操作思路的过程是_；代表中心法则内容的是_。(填写数字)(2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容：_；_；_；_；_。(3)蛋白质工程的目的是_，通过_实现。(4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是_的。,