1.4　蛋白质工程的崛起 (11)

1、工厂的模具和产品生命的模具和产品专题1 基因工程1.4 蛋白质工程的崛起资料1： 干扰素是动物或人体细胞收到侵染后产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒的感染。蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链基因DNAmRNA生物功能转录翻译折叠科技探索之路议一议：细胞内的干扰素基因是如何指导干扰素的合成的？资料2：干扰素是抗病毒的特效药，可用于医学治疗。传统的方法是从人血液的白细胞中提取。每300L血液中提取1mg。用传统的方法获取人的干扰素有何缺陷？科技探索之路探究一：如何能大量生产纯度较高的人的干扰素？（请同学们设计出具体方案）新的问题：干扰素在体外很难保存提示：经研究发现将其中第17位的半胱氨酸变成丝氨酸

2、，则可在-70保存半年。探究二：如何在体外大量生产易保存的干扰素？科技探索之路蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链基因DNA预期功能DNA合成分子设计mRNA蛋白质工程流程图蛋白质工程的基本原理问题一：从对干扰素生产及改造的历程来看，你认为蛋白质工程崛起的原因是什么？举例蛋白质在生产生活中的应用。人类生产和生活的需求，要改造蛋白质思考与讨论基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。这些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,却不一定完全符合人类生产和生活的需要。酶工程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面

3、的一门科学技术。酶工程的重点是对已存在酶的合理充分利用。而蛋白质工程重点是对已存在的蛋白质分子的改造。随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。问题二：你认为要实施蛋白质工程，实现对蛋白质的改造，最基础的理论是什么？蛋白质结构的规律以及蛋白质结构和功能的关系思考与讨论1953年,英国生物化学家桑格破译出牛胰岛素的全部结构。开辟了人类认识蛋白质分子化学结构的道路。1965年9月，中国科学家人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素，它是第一个在实验室中用人工方法合成的蛋白质。2002年10月，三位科学家获诺贝尔化学奖，因为创建了利用核磁共振波确定溶液中蛋白质等

4、生物大分子三维结构的方法。使科学家能快速可靠确认生物大分子，并获得它们的三维结构。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。2003年，该组织正式启动了两项重大国际合作行动：一项由中国科学家牵头执行的“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“人类血浆蛋白质组计划”视野拓展“人类肝脏蛋白质组计划”是国际人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的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质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突

5、破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质工程的有力推动和理论支持。视野拓展问题三：从基因工程和蛋白质工程的基本思路和最终得到的蛋白质来看，你认为两者有何不同点？问题四：通过以上内容的学习，你认为什么是蛋白质工程？请你尝试给蛋白质工程下一个定义？思考与讨论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：了解蛋白质的结构和功能途径：改造基因目的：定向改造或制造蛋白质蛋白质工程的概念基因工程蛋白质工程相同点都要改造基因，都属于分子水平产生新的 （基因或基因型）基

6、因型，无新基因基因（型）产生的蛋白质原有的新的联系蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸基因工程和蛋白质工程的比较蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链基因DNA预期功能DNA合成分子设计mRNA生物功能转录翻译折叠基因工程和蛋白质工程的比较异亮氨酸苏氨酸天门冬酰胺天门冬酰胺热稳定性提高50酵母菌丙糖磷酸异构酶工业生产上蛋白质工程的进展和前景第8因子第9因子C蛋白凝血酶抗胰蛋白酶血纤蛋白原白蛋白市场需求量304 g4 kg10 kg21 kg5 t150 kg315 t单价（美元g）290万4万1万7 0005001 0003.50价值（亿美元）8.821.601.001.502.501.

7、5011.20 以蛋白质药物为主体的生物医药产业将成为新世纪的朝阳产业和龙头企业。美国是世界生物工程产业的龙头，其生物工程公司占全球总数的55%，销售额占全球生物工程产品销售总额的82%；生物工程上市公司市值达3000多亿美元。一些医用蛋白的需求情况蛋白质工程的进展和前景 传统计算机的芯片是用半导体材料硅制成的，1毫米见方的硅片上最多不能超过25万个。用蛋白质制造的电脑芯片，因为它的一个存储点只有一个分子大小，在1平方毫米的面积上即可容纳数亿个电路。存储量可以达到普通电脑的10亿倍。 生物芯片传递信息时阻抗小，耗能低，较好地解决了散热问题。神奇的生物电脑蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主

8、要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。蛋白质工程的进展和前景主要从事细胞凋亡及膜蛋白两个领域的研究。在Smad对TGF-的调控机理、磷酸酶PP2A的结构生物学方面做出过有国际影响的工作。曾获国际赛克勒生物物理学奖、香港求是科技基金会杰出科学家奖、谈家桢生命科学终身成就奖、瑞典皇家科学院颁发的2014年度爱明诺夫奖等奖项。美国艺术与科学院院士、美国国家科学院外籍院士、欧洲分子生物学组织外籍成员。施一公：中国科学院院士、结构生物学家、清华教授。1989年毕业于清华大学，1995年在美国约翰霍普金斯大学获博士。蛋白质工程目标：根据人们对蛋白质

9、功能的特定需求，对蛋白质结构进行分子设计。操作对象：DNA和蛋白质分子操作过程：预期的蛋白质功能 预期设计的蛋白质结构 推测应有的氨基酸序列 找到响应的脱氧核苷酸序列课 堂 小 结1、运用某生物工程技术将毒性肽融合进入抗体分子，制造出“导弹药物”，它可自动瞄准和攻击体内的靶组织或靶细胞(如癌细胞)。此技术是() A基因工程B细胞工程 C蛋白质工程 D胚胎工程 答案：C巩固训练：2、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：（ ） A. 蛋白质工程以基因工程为基础 B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 D. 蛋白质工程的实质是改造蛋白质答案：A20种氨基酸的密码子表讨论一：1.根据干扰素的实施改造的历程，你认为蛋白质工程崛起的原因是什么？你能例举哪些蛋白质在生产生活中的应用？2.你认为实施蛋白质工程，实现对蛋白质的改造。最基础的理论条件是什么？SSGLyLIeValGluGLnCysThrSerLleCysSerLeuTyrGlnLeuGluAsnTyrCysAsn15101521PheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLauTyrCysLeuValCysGlyGluArgGlyPhePhe