选修三1.4蛋白质工程的崛起上课

第4节蛋白质工程的崛起1/30一、蛋白质工程崛起缘由1、基因工程产物

基因工程在标准上只能生产自然界已存在蛋白质。这些天然蛋白质是生物在长久进化过程中形成,它们结构和功效符合特定物种生存需要,却不一定完全符合人类生产和生活需要。2/30满足人类生产和生活需要2.比如：改造干扰素（半胱氨酸）体外极难保留干扰素（丝氨酸）体外能够保留六个月玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶（352位苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位天冬酰胺）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升数倍3/303:工业用酶许多工业用酶是在改变天然酶特征后，才使之适应生产和使用需要。4/30在已研究过几千种酶中，只有极少数能够应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶即使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反应体系中经常会有酸、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。提升蛋白质稳定性是工业生产中一个非常主要课题。普通来说，提升蛋白质稳定性包含：延长酶半衰期，提升酶热稳定性，延长药用蛋白保留期，抵抗因为主要氨基酸氧化引发活性丧失等。5/30二、蛋白质工程基本原理1、蛋白质工程目标P26依据人们对蛋白质功效特定需求，对蛋白质结构进行分子设计。2、天然蛋白质合成过程DNA（基因）转录mRNA翻译蛋白质基因→表示（转录和翻译）→形成氨基酸序列多肽链→形成含有高级结构蛋白质→行使生物功效6/30３、蛋白质工程基本路径预期蛋白质功效设计预期蛋白质结构推测应有氨基酸序列找到相对应脱氧核苷酸序列（基因）7/30蛋白质工程与正常基因表示对比8/304、蛋白质工程概念是指以蛋白质分子结构规律及其生物功效关系作为基础，经过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一个新蛋白质，以满足人类生产和生活需求。9/30三、蛋白质工程进展和前景1、科学家经过对胰岛素改造，已使其成为速效型药品。2、生物和材料科学家正主动探索将蛋白质工程应用于微电子方面。3、蛋白质工程当前成功例子不多,原因是对蛋白质高级结构了解不够。但伴随科学技术深入发展，它将会给人类带来更多福音。10/30旁栏思索题

你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家负担了什么任务？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科学命题。年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出开启了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划帷幕。11/30“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官蛋白质组计划，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，总部设在北京，当前有16个国家和地域80多个试验室报名参加。它科学目标是揭示并确认肝脏蛋白质，为重大肝病预防、诊疗、治疗和新药研发突破提供主要科学基础。人类蛋白质组计划深入研究将是对蛋白质工程有力推进和理论支持。12/30思索：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，还是经过对基因操作来实现？应该从对基因操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因以下：（1）任何一个天然蛋白质都是由基因编码，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过蛋白质能够遗传下去。假如对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过蛋白质分子还是无法遗传。（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要轻易操作，难度要小得多。13/30讨论：某多肽链一段氨基酸序列是：…—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—…（1）怎样得出决定这一段肽链脱氧核苷酸序列？请把对应碱基序列写出来。首先应该依据三联密码子推出mRNA序列，每种氨基酸都有对应三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就能够将上述氨基酸序列编码序列查出来。再依据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列。不过因为上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，所以其碱基排列组合起来就比较复杂，最少能够排列出16种。14/30GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）mRNA序列脱氧核苷酸序列GCT(或C或A或G)TGGAAA(或G)ATGTTT(或C)CGA(或G或T或C)ACCTTT（或C)TACAAA(或G)（2）确定目标基因碱基序列后，怎样才能合成或改造目标基因（DNA）？确定目标基因碱基序列后，就能够依据人类需要改造它，经过人工合成方法或从基因库中获取。15/30异想天开:能不能依据人类需要蛋白质结构，设计对应基因，导入适当细菌中，让细菌生产人类所需要蛋白质食品呢？理论上讲能够，但当前还没有真正成功例子。一些报道利用细菌生产人类需要蛋白质往往都是自然界已经存在蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在蛋白质。主要原因是蛋白质高级结构非常复杂，人类对蛋白质高级结构和在生物体内怎样行使功效知之甚少，极难设计出一个崭新而又含有生命功效作用蛋白质，而且一个崭新蛋白质会带来什么危害也是人们所担心。16/30在基础理论研究方面，蛋白质工程是研究各种蛋白质结构和功效、蛋白质折叠、蛋白质分子设计等一系列分子生物学基本问题一个新型、强有力伎俩。经过对蛋白质工程研究，能够深入地揭示生命现象本质和生命活动规律。17/302.基因工程是遵照中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功效，基本上是生产出自然界已经有蛋白质。蛋白质工程是按照以下思绪进行：确定蛋白质功效→蛋白质应有高级结构→蛋白质应具备折叠状态→应有氨基酸序列→应有碱基排列，能够创造自然界不存在蛋白质。18/303.通常所说酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶功效来设计酶分子结构，然后由酶分子结构来确定对应基因碱基序列等步骤。所以，酶工程重点在于对已存酶合理充分利用，而蛋白质工程重点则在于对已存在蛋白质分子改造。当然，伴随蛋白质工程发展，其结果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程一部分。

19/30蛋白质的结构血红蛋白质四级结构

血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成α亚基和二个由146个氨基酸残基组成β亚基按特定接触和排列组成一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子血红素辅基。返回20/301.与“限制性内切酶”作用部位完全相同酶是：（）A．反转录酶B．RNA聚合酶C．DNA连接酶D．解旋酶2.除以下哪一项外，转基因工程运载体必须具备条件是：（）A．能在宿主细胞中复制并保留、B．含有多个限制酶切点，方便与外源基因连接C．含有标识基因，便于进行筛选D．是环状形态DNA分子CD21/303.目标基因与运载体结合所需条件是：（）①同一个限制酶②含有标识基因质粒③RNA聚合酶④目标基因⑤DNA连接酶⑥四种脱氧核苷酸⑦ATPA．①②③④⑤⑥⑦B．①②④⑤⑥⑦C．①②③④⑤⑦D．①②④⑤⑦D22/304.能够使植物体表示动物蛋白育种方法是（）A．单倍体育种B．杂交育种C．基因工程育种D．多倍体育种5.科学家用纳米技术制造出一个“生物导弹”，能够携带DNA分子。把它注射入组织中，能够经过细胞内吞作用方式进入细胞内，DNA被释放出来，进入到细胞核内，最终整合到细胞染色体中，成为细胞基因组一部分，DNA整合到细胞染色体中过程，属于()A．基因突变B．基因重组C．基因交换D．染色体变异CB23/306.苏云金芽孢杆菌抗虫基因导入棉花细胞是否已表示，其检测方法是：（）A．是否有抗生素抗性B．是否能检测到标识基因C．是否有对应性状D．是否能分离到目标基因C24/307.假如科学家经过转基因工程，成功地把一名女性血友病患者造血干细胞进行改造，使其凝血功效恢复正常。那么，她以后所生儿子中：（）A．全部正常B．二分之一正常C．全部有病D．不能确定C25/308.1987年，美国科学家将萤火虫萤光素基因转入烟草植物细胞，取得高水平表示。长成植物通体光亮，堪称自然界奇迹。这一研究结果表明：（）①萤火虫与烟草植物DNA结构基本相同②萤火虫与烟草植物共用一套遗传密码③烟草植物体内合成了萤光素④萤火虫和烟草植物合成蛋白质方式基本相同A．①和③ B．②和③ C．①和④ D．①②③④D26/309.DNA探针能检测到标本上：（）A．遗传密码B．遗传信息C．蛋白质序列D．细胞结构10.切取牛生长激素和人生长激素基因，用显微注射技术将它们分别注入小鼠受精卵中，从而取得了“超级鼠”，此项技术遵照原理是（）A．基因突变：DNA→RNA→蛋白质B．基因工程：RNA→RNA→蛋白质C．细胞工程：DNA→RNA→蛋白质D．基因工程：DNA→RNA→蛋白质BD27/3011．多聚酶链式反应（PCR）是一个体外快速扩增DNA片段技术。PCR过程普通经历下述三十屡次循环：95℃下使模板DNA变性、解链→55℃下复性（引物与DNA模板链结合）→72℃下引物链延伸（形成新脱氧核苷酸链）。以下相关PCR过程叙述中不正确是：（）A．变性过程中破坏是DNA分子内碱