蛋白质工程的崛起：课件一(29张PPT)

1、随着蛋白质工程的兴起，蛋白质工程就是生产满足人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界中不存在的蛋白质。原则上，基因工程只能产生自然界中存在的蛋白质。这些天然蛋白质是在生物体的长期进化中形成的。它们的结构和功能满足了特定物种生存的需要，但它们完全符合人类生产和生活的需要。1.蛋白质工程兴起的原因；2.蛋白质工程的概念。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来修饰现有的蛋白质或制造新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。要了解蛋白质的结构和功能，要转化基因(基因修饰或基因合成)，要定向转化或制造蛋白质，蛋白质的功能是由DNA决定的，所以要制造新的蛋白质，

2、就必须转化DNA，所以蛋清物质工程的原理应该与中心定律相反。蛋白质工程基本原理，基因DNA，氨基酸序列多肽链，蛋白质三维结构，预期功能，生物功能，基因，转录，翻译，折叠，DNA合成，分子设计，讨论：1。如何获得决定肽链的脱氧核苷酸序列？请写下相应的碱基序列。多肽链的氨基酸序列是：-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，每个氨基酸有一个相应的三重密码子，只要查一下遗传密码子表。然而，由于上述氨基酸序列中的几个氨基酸由多个三重密码子编码，它们的碱基排列是复杂的，至少可以排列1

3、6种。学生可以根据所学知识的排列和组合来安排自己。根据三重密码子，基因序列应推导为GCU(或C或a或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C)，然后脱氧核苷酸序列应推导为互补碱基配对规则：CGA(或G或t或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)。基因定点突变的常用方法是聚合酶链反应。突变点：合成引物，手段：聚合酶链反应技术(定点突变试剂盒)，目的：获得定点突变基因，2。在确定了目标基因的碱基序列后，我们如何合成或修饰目标基因？可以通过合成方法或基因定点突变技术来改变。基因会发生突变，突变可以是自发的，也可以是诱导的，这是每个对生物学知之甚少的人都知道的常识。然而，在加拿大生物化学家史密

4、斯(19322000)发明定点突变方法之前，突变菌株的产生必须通过自然或化学方法诱导基因体突变。这种方法属于随机突变，必须改变突变的生物学特性才能确认突变，但突变的位置不能确定，除非用分子生物学方法或遗传学方法发现突变。也就是说，这种变异是盲目的。然而，史密斯发明的定点突变法是有目的的，它可以通过设计的寡核苷酸对任何基因片段进行随机或设计的突变，也就是说，这种突变是预设的，所以有人称这种方法为“反遗传法”。有趣的是，史密斯和他的同事边喝咖啡边聊天，这在生命科学研究和应用领域带来了革命性的突破。如今，几乎每个生物实验室都使用定点突变来研究基因或蛋白质的功能。蛋白质工程的主要步骤通常包括：(1)从

5、生物体中分离纯化目标蛋白质；(2)确定其氨基酸序列；(3)借助核磁共振和x光晶体衍射，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，包括折叠和展开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，例如定点突变；(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)蛋白质工程的实施例1水蛭素是由水蛭唾液腺分泌的凝血酶的特异性抑制剂，其具有许多变体并由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素可在血栓性疾病的临床治疗中用作抗血栓药物。为了提高水蛭素的活性，根据各变体的结构特点，提出了将水蛭素的主要变体HV2转化为Lys

6、的设计方案，将47位的Asn转化为Lys，并使其与分子中4或5位的Thr形成氢键，帮助水蛭素N端肽段的正确定位，从而提高抗凝效率。试管的活性增加了4倍，并且在动物模型中测试了抗血栓形成效果。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的生长和发育，然而，它不仅能结合生长激素受体，而且能结合许多不同类型细胞的催乳素受体并触发其它生理过程。为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，并使与其他激素受体的结合最小化。发现两种受体的结合区域部分重叠，但它们并不相同，因此可以通过修饰来区分它们。由于人生长激素和催乳素受体的结合需要锌离子的参与，但不需要锌离子与生

7、长激素受体结合，因此认为它可以取代作为锌离子配体的氨基酸侧链，如第18和21st His(组氨酸)和第17th Glu(谷氨酸)。实验结果与预想一致，但要将其开发为临床药物，仍有许多工作要做。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，从而延迟胰岛素从注射部位进入血液，从而延迟其降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。利用蛋白质工程技术改变这些残基可以减少它们的聚合，使胰岛素迅速发挥作用。速效胰岛素已经通过临床试验。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伤害，化学药物会增加化疗的剂

8、量。疱疹病毒的胸苷激酶(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HSVTK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有6个氨基酸被取代，其催化能力超过20倍。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工具，除了用来转化天然蛋白质或设计和制造新的蛋白质。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。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

9、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、农业和医学中的应用开辟了诱人的前景。蛋白质工程开创了一个新时代，根据人类的愿望转化和创造满足人类需求的蛋白质。蛋白质工程中需要直接操作的对象是：(1)氨基酸结构b)蛋白质空间结构c)肽链结构d)基因结构，实践：(2)以下关于蛋白质工程的说法是错误的：(1)蛋白质工程可以定向转化蛋白质分子的结构，使它们更符合人类的需要(2)蛋白质工程在分子水平上直接操作蛋白质分子， 定向改变分子结构的c蛋白工程可以产生自然界中从未存在过的新蛋白分子d蛋白工程是与基因工程分不开的，也被称为第二代基因工程。 3下列关于蛋白质工程的说法是正确的： (一

10、)蛋白质工程是以基因工程为基础的(二)，蛋白质工程是酶工程的延伸(三)，蛋白质工程是用蛋白酶转化蛋白质(四)，蛋白质工程只能产生天然蛋白质，蛋白质工程的基本过程是正确的： (一)蛋白质分子结构的设计，脱氧核糖核酸的合成，预期的蛋白质功能，脱氧核苷酸序列的推导(五)根据氨基酸序列， 5蛋白质工程是以基因工程为基础的第二代基因工程，而产生的蛋白质是()氨基酸种类增加，B氨基酸种类减少，C，仍然天然存在的蛋白质，D，合成天然不存在的蛋白质，1。 你知道人类蛋白质组项目吗？这和蛋白质工程有什么关系？中国科学家承担了什么任务？人类蛋白质组工程是继人类基因组工程之后，生命科学乃至自然领域的一个重要科学命题

11、。2001年，国际人类蛋白质组组织成立。2003年，该组织正式提出开展两大国际合作行动：一是由中国科学家牵头的“人类肝脏蛋白质组工程”；另一个是由美国科学家领导的“人类血液蛋白质组工程”，它揭开了人类蛋白质组工程的帷幕。“人类肝脏蛋白质组工程”是世界上第一个由中国贺福初院士领导的人类组织器官蛋白质组工程。这是中国科学家首次领导一个重大的国际科研合作项目，其总部设在北京。其科学目标是揭示和确认肝脏蛋白质，为重大肝病的预防、诊断和治疗以及新药研发的突破提供重要的科学依据。随后，由德国、瑞士、英国、加拿大和日本牵头的各种蛋白质组学项目相继启动。人类蛋白质组工程的深入研究将为蛋白质工程提供强大的动力和理论支持。2.你认为我们应该直接操纵蛋白质分子还是操纵基因来转化天然蛋白质？答：毫无疑问，应该通过操纵基因来改造天然蛋白质。主要原因如下：(1)任何天然蛋白质都是由基因编码的。如果基因被改造，蛋白质就被改造，改造后的蛋白质可以被遗传。如果蛋白质被直接修饰。即使修饰成功，被修饰的蛋白质分子也不能被遗传。(2)修饰基因比直接修饰蛋白质更容易，也不那么困难。太棒了，你能根据人类所需蛋白质的结构设计相应的基因，并把它们引入合适的细菌中