高中生物 蛋白质工程的崛起课件 新人教版选修3高二

1、1.蛋白质工程兴起的原因。通过基因工程，可以大规模生产生物体中的微量活性物质，通过转基因可以改变动植物性状，从而可以在人类保健中进行基因诊断和基因治疗。然而，在自然界中广泛使用各种蛋白质的过程中，发现这些蛋白质仅满足生物体自身的需要，并且它们的工业发展通常不令人满意，需要改革。1983年，乌尔姆首次提出蛋白质工程，它是指根据特定需要对蛋白质进行分子设计和修饰的工程。此后，蛋白质工程发展迅速，已成为生物工程的重要组成部分。在已经研究的成千上万种酶中，只有少数能用于工业生产，而大多数不能用于工业生产。尽管这些酶在自然状态下是活性的，但在工业生产中它们没有活性或活性低。这是因为工业生产的每一步反应体

2、系中都经常存在酸、碱或有机溶剂，而且反应温度高。在这种情况下，大多数酶会迅速变性和失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，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、延长药用蛋白质的保存期以及抵抗由于重要氨基酸的氧化引起的活性损失。例如，干扰素：是一种抗病毒和抗肿瘤药物。在大肠杆菌中表达人干扰素基因产生的干扰素的抗病毒活性为106单位/毫克，仅为天然产物的十分之一。尽管在大肠杆菌中合成的-干扰素的量很大，但它们大多数以非活性二聚体的形式存在。为什么会这样？如何改变这种情况？发现在干扰素-蛋白中有三个半胱氨酸(位置17、31和141)，推测一个或几个半胱氨酸

3、可能形成不正确的二硫键。研究人员通过定点突变将第17位的半胱氨酸变为丝氨酸，结果，在大肠杆菌中产生的干扰素的抗病活性增加到108 U/mg，远高于天然干扰素的储存稳定性。第二，蛋白质工程的基本原理，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)确定其氨基酸序列；(3)通过核磁共振和X射线晶体衍射，尽可能了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构；(4)设计各种加工条件以了解蛋白质的结构变化，包括折叠和解折叠对其活性和功能的影响；(5)设计编码蛋白质的遗传修饰方案，如点突变；(6)分离纯化新蛋白，经功能检测后投入实际使用。蛋白质工程的本质是转化编码蛋白质的基因(2)蛋白质工程的例

4、子1。水蛭素是水蛭唾液腺分泌的一种特异性凝血酶抑制剂，具有多种变体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素可作为抗血栓药物用于血栓性疾病的临床治疗。为了提高水蛭素的活性，基于每个变体的结构特征，提出了水蛭素的主要变体HV2的转化设计方案，其中47位的Asn被改变为Lys(赖氨酸)，其与分子中的第4或第5 Thr(苏氨酸)形成氢键，以帮助水蛭素N-末端肽段的正确定向，从而提高凝血效率，体外试验中活性增加4倍，并在动物模型上测试抗血栓形成作用。生长激素转化生长激素通过作用于其特异性受体来促进细胞和生物体生长和发育，但它不仅能结合生长激素受体，还能结合许多不同类型细胞的催乳素受体并触发其他生理过程。为

5、了减少治疗期间的副作用，有必要使重组人生长激素仅与生长激素受体结合，并使与其它激素受体的结合最小化。发现两个受体的结合区域部分重叠，但它们不完全相同，因此可以通过修饰来区分它们。由于人类生长激素和催乳素受体的结合需要锌离子参与，但它不需要锌离子来结合生长激素受体，因此它被认为取代了作为锌离子配体的氨基酸侧链，例如第18和21个组氨酸和第17个谷氨酸。实验结果与预期一致，但仍有大量工作要做，以将其开发为临床药物。经胰岛素修饰的天然胰岛素制剂在储存过程中容易形成二聚体和六聚体，延迟胰岛素从注射部位进入血液，从而延迟其降血糖作用并增加抗原性，这是由胰岛素B23-B28的氨基酸残基结构引起的。使用蛋白

6、质工程技术来改变这些残基可以减少它们的聚合并使胰岛素快速起作用。速效胰岛素已经通过临床试验。4.癌症治疗酶的转化癌症的基因治疗分为两个方面：药物作用于癌细胞并特异性抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，化学药物会增加化疗的剂量。疱疹病毒胸苷激酶(TK)可以催化胸腺嘧啶和其他结构类似物的磷酸化，使这些碱基缺乏3-羟基，从而阻断DNA合成并杀死癌细胞。基因突变可以提高单纯疱疹病毒TK的催化能力。从大量随机突变中筛选出一种酶。在酶的活性位点附近置换了6个氨基酸，其催化能力达到20倍以上。蛋白质工程发展迅速，有大量的研究工作。上面只介绍了几个例子。蛋白质工程是研究蛋白质结构和功能的有力

7、工具，除了用于转化天然蛋白质或设计和制造新蛋白质。它在解决生物学理论方面的作用可以与任何主要的生物学研究方法相比较。什么是蛋白质工程？在现代生物技术中，蛋白质工程最晚出现在20世纪80年代初。1983年“蛋白质工程”一词出现后，它被广泛接受和采用。蛋白质工程是指根据蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行修饰或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。蛋白质工程的进展与展望蛋白质工程汇集了现代分子生物学一些前沿领域的最新成果，将核酸与蛋白质、蛋白质的空间结构与生物功能结合起来。蛋白质工程将蛋白质和酶的研究推向了一个新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和

8、医学中的应用开辟了诱人的前景。蛋白质工程创造了一个新的时代，根据人类的意愿转化和创造满足人类需求的蛋白质。1.蛋白质工程中需要直接操作的对象是氨基酸结构、蛋白质空间结构、肽链结构、基因结构。练习：2。以下关于蛋白质工程的说法是错误的：一、蛋白质工程可以定向改变蛋白质分子的结构，使其更符合人类的需要；二、蛋白质工程直接在分子水平上操作蛋白质分子。蛋白质工程可以产生自然界从未有过的新蛋白质分子。蛋白质工程与基因工程密不可分，也被称为第二代基因工程。以下关于蛋白质工程的陈述是正确的：(1)蛋白质工程是以基因工程为基础的；蛋白质工程是酶工程的延伸；蛋白质工程是用蛋白酶转化蛋白质；蛋白质工程只能生产天然蛋白质。蛋白质工程的正确基本过程是：蛋白质分