基因工程的应用和蛋白质工程(个人原创精品)

1、精选课件精选课精选课件件精选课件68%22%7%3%精选课精选课件件1、提高农作物的抗逆能力、提高农作物的抗逆能力（抗虫）（抗虫）转基因抗虫苹果转基因抗虫苹果转基因抗虫棉花转基因抗虫棉花所采用的抗虫基因主要有：所采用的抗虫基因主要有：精选课精选课件件1、提高农作物的抗逆能力、提高农作物的抗逆能力（抗病）（抗病）抗病毒抗病毒 ：抗真菌抗真菌 ：抗细菌抗细菌 ：精选课精选课件件1、提高农作物的抗逆能力、提高农作物的抗逆能力（其他抗逆转基因作物）（其他抗逆转基因作物）精选课精选课件件2、利用转基因改良植物的品质、利用转基因改良植物的品质精选课精选课件件2、利用转基因改良植物的品质、利用转基因改良植物

2、的品质精选课精选课件件精选课精选课件件精选课精选课件件精选课精选课件件v 胰岛素是治疗糖尿病的特效药，长期以来只能依靠从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素，产量低价格高。将合成的胰岛素基因导入大肠杆菌，每2000L培养液就能产生100g胰岛素，使其价格降低了30%-50%!含有含有51个氨基酸，两条个氨基酸，两条肽链，化学本质是蛋白肽链，化学本质是蛋白质。所以只能静脉注射质。所以只能静脉注射胰岛素。胰岛素。精选课精选课件件精选课精选课件件精选课精选课件件v 重症联合免疫缺陷（SCID）患者缺乏正常的人体免疫功能，只要稍被细菌或者病毒感染，就会发病死亡。这个病的机理

3、是细胞的一个常染色体上编码腺苷酸脱氨酶的基因（ada）发生了突变。可以通过基因工程的方法治疗。精选课精选课件件精选课精选课件件精选课精选课件件精选课精选课件件精选课精选课件件精选课件精选课件精选课件基因工程的实质：基因工程的实质：将一种生物的将一种生物的基因基因转移到转移到另一种生物体内另一种生物体内，使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状。表现出新的性状。基因工程的实质：基因工程的实质：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。基因工程基因工程精选课件精选课件 在已研究过的几千种酶中，只有极少在已研究过的几千种

4、酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不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，大多在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。性是工业生产中一个非常重要的课题。天然蛋白质的不

5、足天然蛋白质的不足精选课件一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：1、延长酶的半衰期、延长酶的半衰期2、提高酶的热稳定性、提高酶的热稳定性3、延长药用蛋白的保存期、延长药用蛋白的保存期4、抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等、抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等精选课件 通过物理化学与生物化学等技术通过物理化学与生物化学等技术了解了解蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造技术改造基因，以基因，以定向改造天然蛋白质定向改造天然蛋白质，甚至创造，甚至创造自然界不存在的蛋白

6、质的技术。其中自然界不存在的蛋白质的技术。其中基因基因工程是关键技术。工程是关键技术。精选课件原理原理: : 由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过基白质的结构进行改造，最终还必须通过基因来完成。因来完成。精选课件通过基因工程来改造蛋白质通过基因工程来改造蛋白质精选课件原理原理: : 由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过基白质的结构进行改造，最终还必须通过基因来完成。因来完成。 预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计设计 预期的蛋白质预期的蛋白质 推测应有的推测应有的 氨基酸氨基

7、酸 序列序列找到对应的找到对应的脱氧脱氧核苷酸核苷酸序列。序列。途径途径: :精选课件预期预期功能功能DNA合成合成分子设计分子设计蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链基因基因DNADNAmRNAmRNA生物生物功能功能转转录录翻翻译译折折叠叠精选课件从生物体中分离纯化目的蛋白；从生物体中分离纯化目的蛋白；测定其氨基酸序列；测定其氨基酸序列；借助核磁共振和借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;设计各种处理条件，了解蛋白质设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠

8、与去折叠的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；等对其活性与功能的影响；设计编码该蛋白的基因改造设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；方案，如点突变；分离、纯化新蛋白，功能分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。检测后投入实际使用。精选课件讨论某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸丙氨酸色色氨酸氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸（1） 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷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。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，就可以根据）确定目的基因的碱基序列后，就可

9、以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。基因库中获取。精选课件 每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出至少可以排列出16种，可以让学生根据学过的排列组合种，可以让学生根据学过的排列组合

10、知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为序列为GCU（或（或C或或A或或G）UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C）ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G）。）。 提示（提示（1）精选课件提示（提示（2） 确定目的基因的碱基序列后，就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。工合成的方法或从基因库中获取。精选课件蛋白质改

11、造工程举例蛋白质改造工程举例 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和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，这而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用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。已通过临床实验。1胰岛素改造胰岛素改造精选课件2水蛭素改造水蛭素改造 水蛭素是水蛭唾

12、液腺分泌的凝血酶特异抑制水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由剂，它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将的设计方案，将47位的位的Asn（天冬酰胺）变成（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第（赖氨酸），使其与分子内第4或第或第5位位Thr（苏（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素氨酸）间形

13、成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。精选课件3生长激素改造生长激素改造 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，需使人的重组生理过程。在治

14、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，如第考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和

15、第和第21位位His（组氨酸）和第（组氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。实验结果与（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。要做。精选课件4治癌酶的改造治癌酶的改造 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（侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧）胸腺嘧啶激酶（啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构

16、类似物磷酸化）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而使这些碱基3-OH缺乏缺乏,从而阻断从而阻断DNA的合成，杀死癌细的合成，杀死癌细胞。胞。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量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的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有在酶活性部位附近有6个氨个氨基酸被替换，催化能力基酸被替换，催化能力20倍以上。倍以上。蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了几个蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制造新的例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质

17、或设计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并论。的生物研究方法相提并论。精选课件蛋白质工程现状蛋白质工程现状 蛋白质工程目前的现蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了多数蛋白质的空间结构了解很少。解很少。精选课件蛋白质工程的

18、前景蛋白质工程的前景 蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。符合人类需要的蛋白质

19、的新时期。精选课件 当前，蛋白质工程修饰、改造当前，蛋白质工程修饰、改造的蛋白质为数不算多，但进展较快。的蛋白质为数不算多，但进展较快。随着基因组测序的国际联合行动的随着基因组测序的国际联合行动的快速进展，也带来并已出现了蛋白快速进展，也带来并已出现了蛋白质高速发展的新阶段。质高速发展的新阶段。蛋白质工程进展蛋白质工程进展精选课件1医药方面医药方面 许多蛋白质工程的目标是设法提高许多蛋白质工程的目标是设法提高蛋白质的稳定性。在酶反应器中可延长蛋白质的稳定性。在酶反应器中可延长酶的半衰期或增强其热稳定性，也可以酶的半衰期或增强其热稳定性，也可以延长治疗用蛋白质的贮存寿命或重要氨延长治疗用蛋白质的

20、贮存寿命或重要氨基酸抗氧化失活的能力。在这个领域已基酸抗氧化失活的能力。在这个领域已取得了一些重要研究成果。用蛋白质工取得了一些重要研究成果。用蛋白质工程来改造特殊蛋白质为制造特效抗癌药程来改造特殊蛋白质为制造特效抗癌药物开辟了新途径。物开辟了新途径。 精选课件2在农业方面在农业方面 蛋白质工程正在成为改造农业，大幅蛋白质工程正在成为改造农业，大幅度提高粮食产量的新途径。近年来，美国度提高粮食产量的新途径。近年来，美国坎布里奇的雷普里根公司的科研人员立题，坎布里奇的雷普里根公司的科研人员立题，以蛋白质工程作为设计优良微生物农药的以蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，他们实施对微生物蛋白质

21、结构进新思路，他们实施对微生物蛋白质结构进行修改，仅此一举，使微生物农药的杀虫行修改，仅此一举，使微生物农药的杀虫率提高了率提高了10倍。倍。精选课件 蛋白质工程在工业上的应用取得的成果蛋白质工程在工业上的应用取得的成果亦是很多。现以改变酶的动力学特性研制出亦是很多。现以改变酶的动力学特性研制出高效除污酶为例说明其应用价值高效除污酶为例说明其应用价值。 另外，美国、日本等国家的科学工作者利另外，美国、日本等国家的科学工作者利用蛋白质工程研制生物元件来取代用蛋白质工程研制生物元件来取代“硅芯片硅芯片”，研制生物计算机，开发生物传感器的蛋白质都研制生物计算机，开发生物传感器的蛋白质都取得了重大进展

22、。还有利用蛋白质（酶）生产取得了重大进展。还有利用蛋白质（酶）生产模仿羊毛、蚕丝、蜘蛛丝，其强度高、质量轻，模仿羊毛、蚕丝、蜘蛛丝，其强度高、质量轻，均是蛋白质工程取得的应用性研究成果。均是蛋白质工程取得的应用性研究成果。精选课件比较基因工程和蛋白质工程比较基因工程和蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同点相同点都要改造基因，都属于分子水平都要改造基因，都属于分子水平产生新的产生新的基因型，无新基因基因型，无新基因基因（型）基因（型）产生的蛋白质产生的蛋白质原有的原有的新的新的联系联系蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延

23、伸精选课件基因基因表达（转录和翻译）表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成氨基酸序列的多肽链天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径：形成具有高级结构的蛋白质形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能行使生物功能蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列酸找到相应的脱氧核苷酸序列酸精选课件 1. .蛋白质工程的目标是根据对蛋白质蛋白质工程的目标是根据对蛋白质（ ） 的特定需求，对蛋白的特定需求，对蛋白 质的（质的（ ）进行分子设计。）进行分子设计。如：玉米

24、的赖氨酸含量低，原因是赖氨酸合如：玉米的赖氨酸含量低，原因是赖氨酸合成过程中的两个关键的酶（成过程中的两个关键的酶（ ）和（和（ ）的活性受赖氨）的活性受赖氨酸浓度的影响，如果将（酸浓度的影响，如果将（ ）中的第中的第352位的苏氨酸变为（位的苏氨酸变为（ ），），把（把（ ）中第）中第104位的天位的天冬酰胺变成（冬酰胺变成（ ）就可以提高玉米中）就可以提高玉米中的氨基酸含量的氨基酸含量2-5倍。倍。功能的特定需求功能的特定需求结构结构天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶异亮氨酸异亮氨酸二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶异亮氨酸异亮氨酸精选课件DB精选课件 联系：联系：区别：区别：蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延伸精选课件提示：提示：1. 蛋白质工程的崛起主要是蛋白