蛋白质工程的崛起

蛋白质工程的崛起第1页，共23页，2023年，2月20日，星期二思考：如果想让某一个生物的性状在另外一个生物的身上表达，常用的方法有哪些？1、在种内可以用什么方法？

杂交育种

2、在种间可以用什么方法？基因工程育种

一、蛋白质工程崛起的缘由第2页，共23页，2023年，2月20日，星期二基因工程的实质：

将一种生物的

转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产的

，进而表现出

。基因蛋白质新的性状第3页，共23页，2023年，2月20日，星期二

基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

这些蛋白质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。

基因工程的局限性：第4页，共23页，2023年，2月20日，星期二例如：干扰素是由动物体内的效应T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，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困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在-70oC的条件下，可以保存半年。第5页，共23页，2023年，2月20日，星期二玉米中赖氨酸的含量比较低。赖氨酸的合成机理：天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶前体物质赖氨酸负反馈调节天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）第6页，共23页，2023年，2月20日，星期二在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。第7页，共23页，2023年，2月20日，星期二

目前科学家尝试通过对蛋白质结构的改造，来延长酶的半衰期，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，取得了一定的进展。第8页，共23页，2023年，2月20日，星期二干扰素的体外保存困难玉米中赖氨酸的含量较低工业生产中蛋白质类酶的稳定性低

这些在科学研究和工业生产中亟待解决的难题均无法通过基因工程来完成。人们开始着眼于对现有蛋白质的改造，以及制造目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。就这样，蛋白质工程应运而生，并迅速崛起。第9页，共23页，2023年，2月20日，星期二二、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，对蛋白质的结构进行分子设计。怎么操作呢？第10页，共23页，2023年，2月20日，星期二逆转录转录DNARNA翻译肽链复制复制折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变第11页，共23页，2023年，2月20日，星期二2、蛋白质工程的原理：基因改造3、基本途径：从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）第12页，共23页，2023年，2月20日，星期二讨论：

某多肽链的一段氨基酸序列是：……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-……丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG赖氨酸：AAA、AAG甲硫氨酸：AUG苯丙氨酸：UUU、UUC（1）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。第13页，共23页，2023年，2月20日，星期二（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？

可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。第14页，共23页，2023年，2月20日，星期二蛋白质工程的概念

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：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第15页，共23页，2023年，2月20日，星期二蛋白质工程与基因工程的比较：

项目

基因工程蛋白质工程方法过程

结果

联系通过对基因的改造来实现对它所编码的蛋白质的定向改造基因的剪切、拼接导入、表达创造自然界原本没有的、具优良特性蛋白质所获得的蛋白质是自然界已存在的操作对象都是基因，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工程。第16页，共23页，2023年，2月20日，星期二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，如点突变；（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。第17页，共23页，2023年，2月20日，星期二三、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。电子元件体积小效率高高级结构第18页，共23页，2023年，2月20日，星期二如果把胰岛素B链由B28脯氨酸-B29赖氨酸改为B28赖氨酸-B29脯氨酸就可以避免胰岛素分子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。

天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液。注射到人体后会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而且进入到血液中的胰岛素又会不断地被分解。第19页，共23页，2023年，2月20日，星期二练习检测1．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）Ａ．氨基酸结构

B．蛋白质空间结构

C．肽链结构

D．基因结构

Ｄ第20页，共23页，2023年，2月20日，星期二练习检测2．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Ｂ第21页，共23页，2023年，2月20日，星期二练习检测3.蛋白质工程的基本流程正确的是（）①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列

A．①②③④

B．④②①③

C．③①④②

D．③④①②Ｃ第22页，共23页，2023年，2月20日，星期二4.