蛋白质工程的崛起(上课用)

1、 第第4节：蛋白质工程的崛起节：蛋白质工程的崛起基因工程基因工程：n基因工程是指按照人们的意愿，进行基因设计，基因工程是指按照人们的意愿，进行基因设计，并通过体外并通过体外DNADNA重组和转基因技术，赋予生物重组和转基因技术，赋予生物以新的遗传特性，从而创造出更加符合人们需以新的遗传特性，从而创造出更加符合人们需要的新的生物类型和生物产要的新的生物类型和生物产品。品。1 1、现存基因的转移：将、现存基因的转移：将A A生物的基因转移到生物的基因转移到B B生物体内生物体内A A生物的生物的基因在基因在B B生物体内稳定遗传并得到表达，进而表现出新的性状。生物体内稳定遗传并得到表达，进而表现出

2、新的性状。 2 2、蛋白质的转移：、蛋白质的转移：A A生物基因表达的生物基因表达的A A蛋白质，蛋白质，B B生物基因表达生物基因表达的的B B蛋白质，基因工程通过基因的转移实现蛋白质，基因工程通过基因的转移实现A A、B B生物蛋白质的转生物蛋白质的转移；移；A A、B B蛋白质都是自然界已经存在的蛋白质，并不合成自然蛋白质都是自然界已经存在的蛋白质，并不合成自然界中没有的蛋白质。界中没有的蛋白质。基因工程的实质：基因工程的实质：活活 动：动： 目的基因的获取目的基因的获取 基因表达载体的构建基因表达载体的构建 将目的基因导入受体细胞将目的基因导入受体细胞 目的基因的检测与鉴定目的基因的检

3、测与鉴定1. 描述基因工程的操作步骤。描述基因工程的操作步骤。2. 讨论基因工程产生的蛋白质的特点：讨论基因工程产生的蛋白质的特点：基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。一、蛋白质工程崛起的缘由：一、蛋白质工程崛起的缘由：天然蛋白质是生物在长期进化过天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全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。符合人类生产和生活的需要。1、基因工程的应用、基因工程的应用（1）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另）基因工

4、程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的形状。进而表现出新的形状。（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。存在的蛋白质。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不它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。一定完全符合人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符

5、合人类生产和生活的需要的蛋白质。生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。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。二、蛋白质工程的概念：二、蛋白质工程的概念：蛋白质工程的实质：蛋白质工程的实质：是通过对是通过对编码蛋白质编码蛋白质的基因进行改造而定向的改造蛋的基因进行改造而定向的改造蛋白质。白质。三、蛋白质工程的基本原理：三、蛋白质工程的基本原理：1、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对、目标：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。蛋白质的结构进行分子

6、设计。2、原理：改造基因（基因修饰或基因合成）、原理：改造基因（基因修饰或基因合成） 。3、流程：、流程： 从预期蛋白质功能出发从预期蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结设计预期的蛋白质结构构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到对应的脱氧核找到对应的脱氧核苷酸序列苷酸序列合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质 。图示图示 蛋白质工程的基本原理：蛋白质工程的基本原理：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也被称为第二

7、代基因工程蛋白质工程也被称为第二代基因工程项项 目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过 程程目目 标标结结 果果联联 系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胞导入受体细胞目的基因的目的基因的检测与表达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性，获定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物得人类所需的生

8、物类型或生物产品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白质生产自然界中已有的蛋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,延伸出来的第二代基因延伸出来的第二代基因工程工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。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：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、前景诱人：如用此技术制成的 ，具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点。的特点。2、

9、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的质的 的了解还很不够。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 四、酶工程与蛋白质工程：四、酶工程与蛋白质工程： 酶工程与蛋白质区别：酶工程与蛋白质区别： 酶工程：简单的讲就是生产酶制剂和应用酶酶工程：简单的讲就是生产酶制剂和应用酶制剂。制剂。 蛋白质工程：通过基因重组技术改变或设计合蛋白质工程：通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质。成具有特定生物功能的蛋白质。 酶工程：酶工程： 重点是对已存酶的合理充分利用；重点是对已存酶的合理充分利用； 蛋白质工程：重点是对已

10、存在的蛋白质进行分子蛋白质工程：重点是对已存在的蛋白质进行分子水平上的改造。水平上的改造。 1.你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？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。命科学乃至自然领域一项重大的科学命题。 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，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：年，该组织正式提出启动了两项重大

11、国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组人类肝脏蛋白质组计划计划”；另一项是以美国科学家牵头的；另一项是以美国科学家牵头的“人类血浆蛋人类血浆蛋白质组计划白质组计划”，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研协作计划，总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

12、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基础。提供重要的科学基础。2. 对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白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来实现？质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？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，主要原因如下质改造，主要原因如下 （1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，）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

13、，而且改造过的蛋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。即使改白质可以遗传下去。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。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）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。要容易操作，难度要小得多。 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，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的因，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？蛋白质食品呢？理论讲可以，但

14、目前还没有真正成功的例子。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自然界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自然不存在的已经存在的蛋白质，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非常复杂，人类对蛋白蛋白质。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何行使功能知之甚少，很难设计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生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的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

15、蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。异想天开异想天开：胰岛素改造胰岛素改造1 .关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（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构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测：练习检测：D2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）蛋白质工程中直接需要进行操作的对

16、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 练习检测：练习检测：3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，使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型蛋白质分子D蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称

17、为第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二代基因工程练习检测：练习检测：4 4、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改造、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、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 5、蛋白质工程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，合成，预期蛋白预期蛋白质功

18、能，质功能，根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A B C D练习检测练习检测n6 6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来、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（的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（）nA氨基酸种类增多氨基酸种类增多 nB氨基酸种类减少氨基酸种类减少nC仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 nD可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（不正确的是（ ）A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品速效药品B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工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，目前正被蛋白质工程技术已经非