最新白质工程的崛起

1、蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起异想天开2.在该过程中涉及到的遗传信息的流向是怎样的?(请参考中心法则用图解表示)3.酵母菌生产的干扰素分子与生物体内生成的干扰素有相同功能吗？它们生物功能的完成是以什么为基础的？请分析一个有活性的干扰素分子的结构层次，请用简单的图解表示。知识回顾：1.用基因工程的方法让酵母菌为人类生产干扰素应该如何设计？请你用流程图的形式做简单概括。获取目的基因构建表达载体导入受体细胞目的基因的检测与鉴定3.酵母菌生产的干扰素分子与生物体内生成的干扰素有相同功能吗？它们生物功能的完成是以什么为基础的？请分析一个有活性的干扰素分子的结构层次，请用简单的图解表示。知识回顾：1.用

2、基因工程的方法让酵母菌为人类生产干扰素应该如何设计？请你用流程图的形式做简单概括。2.在该过程中涉及到的遗传信息的流向是怎样的?(请参考中心法则用图解表示)虽然酵母菌中合成的干扰素量很多，但是多数干扰素分子在体外条件下很快失去活性。问题2：如果要解决干扰素在体外容易失活问题，可以从哪里入手来进行研究？问题1：“干扰素容易失活”是不是说明在机体免疫中干扰素并不是一种很有效的免疫物质？提示：干扰素是机体受到病毒感染时产生的一种糖蛋白，通过与干扰素受体结合发挥作用，之后被分解。一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类生产和生活的需要例1：改造干扰素（半胱氨酸）体外很难保存玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶（

3、352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年-70 例2： 绝大多数酶不能应用于工业生产。因为工业生产的反应体系中常有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，大多数酶会很快变性失活。 提高蛋白质的稳定性包括： 延长酶的半衰期， 提高酶的热稳定性， 延长药用蛋白的保存期， 抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。1、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？ 旁栏思考题 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科

4、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。之后，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“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”，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”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的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。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基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质

5、工程的有力推动和理论支持。二、蛋白质工程的基本原理1、天然蛋白质的合成过程DNA（基因）转录mRNA翻译蛋白质基因 表达（转录和翻译） 形成氨基酸序列的多肽链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能2、蛋白质工程的目标 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。2.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？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：（1）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

6、还是无法遗传的。（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。旁栏思考题 3、蛋白质工程的基本途径（三）过程设计蛋白质结构预期蛋白质功能推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列（基因） 教材讨论：某多肽的一段氨基酸序列为： 丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸UGGGUUGUCGUAGUG AAAAAGAUGUUUUUCmRNADNA CAAACCTTTTACAAA GTTTGGAAAATGTTT 根据目的基因的碱基序列，可以用DNA合成仪进行化学合成目的基因。分子设计折叠氨基酸序列多肽链 翻译mRNA转录基因DNA二级结构三级结构 四 级结构 蛋白质三维结构生物功能蛋白质

7、工程分子设计预期功能蛋白质工程流程图基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期蛋白质功能DNA合成分子设计蛋白质工程实 质将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以产生它本不能生产的蛋白质，进而表现出新性状。目 的对现有的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的要求目 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。原 理基因改造。关键技术基因工程前提条件了解蛋白质的结构和功能的关系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

8、需求。（第二代基因工程）前提：了解蛋白质的结构和功能原理：改造基因（基因修饰或基因合成）目的：定向改造或制造蛋白质蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；（2）测定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变；（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。 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然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计

9、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，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。蛋白质的结构蛋白质的一级结构 蛋白质的结构蛋白质的二级结构 蛋白质的结构胰岛素的三级结构蛋白质的结构血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的亚基和二个由146个氨基酸残基组成的亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。 蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质二

10、是确定蛋白质的化学组及空间结构与生物功能之间的关系，在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质，而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用与蛋白质工程。 基因工程和蛋白质工程的比较基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，基本上是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：确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列。 可以创造自然界不存在的蛋白质。 比较基因工程和蛋白质工程基因工程

11、蛋白质工程相同点产生新的产生的蛋白质联系 比较基因工程和蛋白质工程基因工程蛋白质工程相同点产生新的产生的蛋白质联系都要改造基因，都属于分子水平基因型，无新基因基因（型）原有的新的蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸三、蛋白质工程的进展和前景1、科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。2、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。3、蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级结构了解不够。但随着科学技术的深入发展，它将会给人类带来更多的福音。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？ 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助

12、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工业、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。 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

13、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D2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是( ) 氨基酸结构 B蛋白质空间结构 C肽链结构 D基因结构 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4、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、蛋白质工程就是酶工程的延伸C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D、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 D6、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