蛋白质工程 张

1、 生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程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。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。始了新一轮的探索，蛋白质工程应运而生了

2、。 一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）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）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造

3、改造改造改造二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 对天然蛋白质进行改造，对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的进行操作，还是通过对基因的操作来实现？操作来实现？1、目标：、目标： 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋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。白质的结构进行分子设计。2、蛋白质工程的原理：、蛋白质工程的原理：3、基本途径：、基本途径：从预期的蛋白质功能出发从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对应的脱氧核苷酸序列（基因）

4、找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）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及其与生物功能的关系作为基础基础，通过基，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改因修饰或基因合成，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。生产和生活的需求。 蛋白质工程是在基因工程的基础蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程。思考：思考：蛋白质工程操作程序的基本思蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？路与基因工程有什么不

5、同？基因工程是遵循中心法则基因工程是遵循中心法则DNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能，基本上是折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质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：蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应有的高级结构蛋白蛋白质应具备的折叠状态质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应有的应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应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

6、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？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。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何行使功能知之甚少，很

7、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。来什么危害也是人们所担心的。 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 胰岛素的三级结构胰岛素的三级结构血红蛋白质的四级结构血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子血红蛋白分子就是由二个由就是由二个由141个氨基酸残个氨基酸残基组成的基组成的亚基亚基和二个由和二个由146个个氨基酸残基组氨基酸残基组成的成的亚基按特亚基按特定的接触和排定的接触和排列组成的一个列组成的一个球状蛋白质分球状蛋白质分子，每个亚基子，每个亚基中各有一个含中各

8、有一个含亚铁离子的血亚铁离子的血红素辅基。红素辅基。 三、蛋白质工程的进展和前景三、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，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着它是随着分子生物学分子生物学、晶体学晶体学以及以及计算机技术计算机技术的发展而诞生的，与的发展而诞生的，与基因组学基因组学、蛋白质组学蛋白质组学、生物信息学生物信息学的发展等因素有关的发展等因素有关 2 2、现状：成功的例子不多，、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质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发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解

9、很少学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。 你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？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。工

10、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，酶工程的重来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶

11、工程成为蛋白质工程的一部分。成为蛋白质工程的一部分。 你知道人类蛋白质组计你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了么关系？我国科学家承担了什么任务？什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划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。重大的科学命题。20012001年，国际人类蛋白质年，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：一项是有中国科动两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头

12、执行的学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划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另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血人类血浆蛋白质组计划浆蛋白质组计划”。 “ “人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺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，目前重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有有1616个国家和地区的个国家和地区的8080多个实验室报名参加。多个实验室报名参加。它的科学它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为为重大肝病预防重大肝病预防、诊断诊断、治疗和新药研发的突破治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础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、蛋白质工程就是在对蛋白质的化学、