蛋白质工程的崛起

1、1.4 蛋白质工程的崛起1、怎样让一种生物的性状在另一种生物中表达？杂交育种杂交育种基因工程基因工程思考：思考：2、在种内可以用常规的杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就显得力不从心了,则应采用什么技术？一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由例如：例如：改造改造体外很难保存体外很难保存体外可以保存半年体外可以保存半年例如：例如：玉米中赖氨酸玉米中赖氨酸含量含量比较低比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶(352(352位的苏氨酸位的苏氨酸) )二氢吡啶二羧酸合成二氢吡啶二羧酸合成酶酶(104(104位的天冬酰胺位的天冬酰胺) )改造改造改造改造天冬氨酸激酶天冬氨酸激

2、酶( (异亮氨酸异亮氨酸) )二氢吡啶二羧酸合成二氢吡啶二羧酸合成酶酶( (异亮氨酸异亮氨酸) )玉米中赖氨酸玉米中赖氨酸含量可含量可提高数倍提高数倍另：工业酶另：工业酶二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理1 1、蛋白质工程的目标、蛋白质工程的目标P26P26 根据人们对根据人们对蛋白质功能蛋白质功能的特定需求，的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的结构结构进行分子设计。进行分子设计。2 2、天然蛋白质的合成过程、天然蛋白质的合成过程DNADNA（基因）（基因）转录转录mRNAmRNA翻译翻译蛋白质蛋白质基因基因表达（转录和翻译）表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多形成氨基酸序列的多肽链

3、肽链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、蛋白质工程的基本途径、蛋白质工程的基本途径预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能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找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）（基因）（1 1）从生物体中）从生物体中分离纯化分离纯化目的目的蛋白蛋白；（2 2）测定测定其氨基酸其氨基酸序列序列；（3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射线晶体衍射等手段，尽可能射线晶体衍射等手段，尽可能地地了解了解蛋白质的二维重组和三维晶体蛋白质的二维重组和三维晶体结构结构; ;（4 4）设计

4、设计各种各种处理条件处理条件，了解了解蛋白质的蛋白质的结构变化结构变化，包括折叠与去折叠等包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响对其活性与功能的影响；（5 5）设计设计编码该蛋白的编码该蛋白的基因改造方案基因改造方案，如点突变；，如点突变；（6 6）分离、纯化新蛋白，功能检测分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。后投入实际使用。基因基因DNA氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链蛋白质蛋白质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中心法则中心法则蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程与正常基因表达对比蛋白质工程与正常基因表达对比蛋白质

5、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。前提前提：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能原理原理：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）目的：目的： 定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作起点操作起点操作核心操作核心过程过程目标目标结果结果联系联系目的基因目的基因 预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能 基因表达载体基因表达载体基因基因获取目的基因获取目的基因构建表达载体构建表达载体导入受体细

6、胞导入受体细胞目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列推测核苷酸序列推测核苷酸序列合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生性，获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品定向定向改造或生产改造或生产人类所人类所需的蛋白质需的蛋白质生产自然界中已有的蛋生产自然界中已有的蛋白质白质蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第延伸出来的第二代基因工程二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造。因为对现有蛋白质的改造或制造新的

7、蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。生产自然界没有的蛋生产自然界没有的蛋白质白质三、蛋白质工程的进展和前景1、前景诱人：如用此技术制成的 ，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。电子元件电子元件体积小体积小效率高效率高高级结构高级结构1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（ ）A是生物在长期进化过程中形成的B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种D一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测D练习检测2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）

8、氨基酸结构 B蛋白质空间结构 C肽链结构 D基因结构 练习检测 3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练习检测 4 4、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 B B、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改造 D D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 5 5、蛋白质工程的基本流程正确的

9、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 A B C D练习检测 6 6、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 7、基因工程与蛋白质工程的区别是（ ） A、基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基 因进行操作 B、基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的 可以不是天然存在的蛋白质 C、基因工程是分子水平操作、蛋白质工程是细胞水平 D、基因工程完全不同于蛋白质工程B8、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不

10、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练习检测C讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：讨论：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甲硫氨酸酸苯丙氨酸苯丙氨酸（1 1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序）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。有多少种？列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？（2 2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合）确定目的基因的碱基序列

11、后，怎样才能合成或改造目的基因（成或改造目的基因（DNADNA）？）？（1 1）mRNAmRNA序列为：序列为： GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C） 脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列： CGACGA（或（或G G或或T T或或C C）ACCTTTACCTTT（或（或C C）TACAAATACAAA（或（或G G）（2 2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人）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类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。库中获取。基

12、因工程成果丰硕基因工程成果丰硕一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由例如：例如：改造改造体外很难保存体外很难保存体外可以保存半年体外可以保存半年例如：例如：玉米中赖氨酸玉米中赖氨酸含量含量比较低比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶(352(352位的苏氨酸位的苏氨酸) )二氢吡啶二羧酸合成二氢吡啶二羧酸合成酶酶(104(104位的天冬酰胺位的天冬酰胺) )改造改造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二氢吡啶二羧酸合成酶酶( (异亮氨酸异亮氨酸) )玉米中赖氨酸玉米中赖氨酸含量可含量可提高数倍提高数倍另：工业酶另：工业酶（1 1）从生物体中）从生物体

13、中分离纯化分离纯化目的目的蛋白蛋白；（2 2）测定测定其氨基酸其氨基酸序列序列；（3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射线晶体衍射等手段，尽可能射线晶体衍射等手段，尽可能地地了解了解蛋白质的二维重组和三维晶体蛋白质的二维重组和三维晶体结构结构; ;（4 4）设计设计各种各种处理条件处理条件，了解了解蛋白质的蛋白质的结构变化结构变化，包括折叠与去折叠等包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响对其活性与功能的影响；（5 5）设计设计编码该蛋白的编码该蛋白的基因改造方案基因改造方案，如点突变；，如点突变；（6 6）分离、纯化新蛋白，功能检测分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。后投入实际使用。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。前提前提：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能原理原理：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）目的：目的： 定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质 7、基因工程与蛋白质工程的区别是（ ） A、基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基 因进行操作 B