蛋白质工程的崛起：课件一(29张)

1、19651965年，生物科学界发生了一件轰年，生物科学界发生了一件轰动全球的大事！动全球的大事！人工合成了结晶牛胰岛素，这是第人工合成了结晶牛胰岛素，这是第一个在实验室中用人工方法合成的一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质蛋白质, , 实现了世界上首次人工合成实现了世界上首次人工合成蛋白质的壮举。蛋白质的壮举。复习回顾复习回顾1、蛋白质的基本结构单位？元素组成？、蛋白质的基本结构单位？元素组成？2、蛋白质结构多样的原因？、蛋白质结构多样的原因？3、蛋白质有哪些功能？、蛋白质有哪些功能？4、蛋白质如何合成？涉及哪些细胞器？、蛋白质如何合成？涉及哪些细胞器？1983年美国科学家年美国科学家Ulme

2、r首首先提出蛋白质工程，它是指先提出蛋白质工程，它是指按照特定的需要，对蛋白质按照特定的需要，对蛋白质分子设计和改造工程，自此分子设计和改造工程，自此以后，蛋白质工程迅速发展，以后，蛋白质工程迅速发展，成为生物工程重要组成部分成为生物工程重要组成部分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 转移到转移到另一种生物体内，后者产生它本不另一种生物体内，后者产生它本不能产生的能产生的 ，进而表现，进而表现出出 。（一）蛋白质工程崛起的缘由 基因工程在原则上只能生产基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。自然界已存在的蛋白质。这些蛋白质是生物在长期的进这些蛋白质是生物在长期的进化

3、中形成的，他们的化中形成的，他们的结构和功能结构和功能符符合合特定物种特定物种生存的需要，却不一定生存的需要，却不一定完全符合完全符合人类生产和生活人类生产和生活的需要。的需要。 基因工程的局限性：基因工程的局限性：例如：干扰素是由动物体内的效应例如：干扰素是由动物体内的效应T T细胞产生的一种糖蛋白，几乎能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，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效。但是，干扰素在体外保存相当困难。困难。o玉米中赖氨酸的含量比较低。玉米中赖氨酸的含量比较低。赖氨酸的合成机理

4、：赖氨酸的合成机理：前体物质前体物质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负反馈调节负反馈调节赖氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352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（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造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）(二二)、蛋白质工程的概念、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基础，通过基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

5、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。前提前提：原理原理：目的：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接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，还是通过对基因对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因操作来实现？操作来实现？如果从对基因操作来实现对天然蛋如果从对基因操作来实现对天然蛋白质改造主要原因是什么？白质改造主要原因是什

6、么？ 主要原因：基因编码蛋白质，主要原因：基因编码蛋白质，改造了基因即对蛋白质进行了改造，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。而且改造过的蛋白质可以遗传下去。容易操作，难度要小得多。容易操作，难度要小得多。蛋白质的功能是蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。白质工程的原理应该是中心法则的逆推。中心法则的主要内容什么呢？中心法则的主要内容什么呢？三、蛋白质工程的基本原理三、蛋白质工程的基本原理基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质蛋白质

7、三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计讨论：讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？、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。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：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：色氨酸：UGG赖氨酸：赖氨酸：AAA、AAG甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC 蛋白质工程的实质对编码蛋白质的基因进行改造对

8、编码蛋白质的基因进行改造三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的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，它把核酸与蛋白质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合起来研结合、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究推进到崭究。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、农业和医药新的时代，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。蛋白质工程开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、创造符合人类需要的创了按照

9、人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。蛋白质的新时期。 1、 蛋白质工程中直接需要进行操作的对蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）象是（） 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构练习：练习： 2、 下列关于蛋白质工程的说法错误的是（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，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直接进行操作，定向改变分子的结构

10、 C蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过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为第二代基因工程 3 3以下关于蛋白质工程的说法正确的是（以下关于蛋白质工程的说法正确的是（） A A、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 B B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造改造 D D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 4 4蛋白质工程

11、的基本流程正确的是（）蛋白质工程的基本流程正确的是（） 蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计DNA合成预期蛋合成预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列序列 A B C D 5 5蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出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，其结果产生的蛋白来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（）质是（） A氨基酸种类增多氨基酸种类增多 B氨基酸种类减少氨基酸种类减少 C仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 D可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有、你知道人类蛋白质组

12、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？什么关系？我国科学家承担了什么任务？旁栏思考题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。重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年，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的；另一项是以美国科学

13、家牵头的“人类人类血将蛋白质组计划血将蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。，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

14、科学基础。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。程的有力推动和理论支持。2、对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对、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蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？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，主要原因如下造，主要原

15、因如下（1）、任何一种天然蛋白质都是由基）、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。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）、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。操作，难度要小得多。异想天开异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相

16、应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋因，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？白质食品呢？理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一理论讲可以，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