1.4　蛋白质工程的崛起.pptx

1、1.4 蛋白质工程的崛起,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,回顾：,基因工程的成果,基因工程的局限性：,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。,阅读P26第二自然段思考： 科学家在干扰素的保存和玉米的赖氨酸的产量上面临什么样的问题？如何解决这些问题？,一、蛋白质工程崛起的缘由,例如：,改造,玉米中赖氨酸含量比较低,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）,天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）

2、,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,改造,改造,问题1：,解决：,蛋白质功能 不能满足需求,改变蛋白质的结构,-半胱氨酸-,体外很难保存,？如何改造,-丝氨酸-,体外可以保存半年,问题2：如何对天然蛋白质的结构进行改造？,干扰素,干扰素（改）,思考与讨论,(你认为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？能否说出你的理由？),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

3、还是无法遗传的。 （基因改造可遗传； 蛋白质改造不可遗传） （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。,-半胱氨酸-,体外很难保存,？如何改造,-丝氨酸-,体外可以保存半年,问题3：你能推测出干扰素基因改造前和改造后的该部分序列吗？ （半胱氨酸：UGU；丝氨酸：UCU）,干扰素,干扰素（改）,思考与讨论,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？ 请写出决定这一段肽链的m

4、RNA片段和基因片段的核苷酸序列。 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）？,思考与讨论,（1）mRNA序列为： GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C） 脱氧核苷酸序列： CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G） （2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。,蛋白质 三维结构,氨基酸序列 多肽链,基因 DNA,mRNA,设计预期的蛋白质结构,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(合成基因),1、蛋白质工程的途径,二、蛋白质工程的基本原理,-中

5、心法则的逆推,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。,2.蛋白质工程的概念 P27,3.基因工程与蛋白质工程的区别,基因工程,蛋白质工程,实质,结果,联系,通过改造基因，以 定向改造天然蛋白 质，甚至创造自然 界不存在的蛋白质,将目的基因从供体 转移到受体细胞，并 在受体细胞中表达,只能生产自然界 已存在的蛋白质,蛋白质工程是在基因工程基础上，延 伸出的第二代基因工程,能生产自然界 不存在的蛋白质,重组,创新,三、蛋白质工程的进展和前景,1、进展： （1）对胰岛素的改造，

6、使其成为速效型药品。,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，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。,（2）水蛭素改造,水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位T

7、hr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。,（3）治癌酶的改造 癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。,2、前景诱人： 探索将蛋白质工程应

8、用于微电子方面。,3、难度很大： 主要是目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。,用蛋白质工程制造的电子元件具有体积小、 耗电少和效率高的特点。,课堂检测,1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,2、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 据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A. B. C. D.,C,3、关于基因工程和蛋白质工程的说法正确的是（ ） A都是分子水平上的操作 B基因工程就是改造基因的分子结构 C蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 D基因工程能产生自然界根本不存在的基因，蛋

9、白质工程能产生自然界已存在的蛋白质,A,4、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,D,5、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（ ） A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品 B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 C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用 D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多,C,6.已知生物体内用一种蛋白质（P），该蛋白质是一种转运蛋白.由305个氨基酸组成。如果将p分子中158位的丝氨酸变成亮氨酸，240位的谷氨酰胺变成苯丙氮酸.改变后的蛋白质（P1）不但保留P的功能，而且具有酶的催化活性。回答下列问题： （1）从上述资料可知，若要改变蛋白质的功能，可以考虑对蛋白质（ ）进行改造。 （2）以P基因序列为基础，获得P1基因的途径有修饰（ ）基因或合成（ ）基因。所获得的基因表达时是遵循中心法则的，中心法则的全部内容包括（ ）的复制；以及遗传信息在不同分子之间的流动，即：（ ）。 （3）蛋白质工程也被称为第二代基因工程，其基本途径是从预期蛋白质功能出发，通过（ ）和（ ），进而确定相对应的脱氧核苷酸序列，据此获得基因，再经表达