1.4　蛋白质工程的崛起.ppt

1、蛋白质工程的崛起,思考：怎样让一种生物的性状在另一种生物中表达？,在种内可以用常规的杂交育种的办法实现，但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就采用基因工程。 基因工程的诞生为克服远源杂交的障碍问题带来了新的希望，于是取得了丰硕的成果：大肠杆菌生产出了胰岛素。但是一个新的问题出现了，生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中产生的，它的结构和性能不能完全满足人类生产生活的需要。,一、蛋白质工程崛起的缘由,（1）基因工程的实质：,将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。,（2）缘由 基因工程的不足：,在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,天然蛋白质

2、是生物在长期进化过程中形成的，它们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。,天然蛋白质的不足,蛋白质工程的目的,生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。,(3)实例： 延长干扰素保存时间：,提高玉米赖氨酸含量：,逆转录,转录,DNA,RNA,翻译,蛋白质,复制,复制,天然蛋白质的合成遵循中心法则,二、蛋白质工程的基本原理,转录,DNA,RNA,翻译,肽链,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,途径:,预期的蛋白质功能,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

3、酸序列（基因）,蛋白质 三维结构,氨基酸序 列多肽链,基因 DNA,预期功能,分子设计,mRNA,生物功能,转录,翻译,折叠,图1-29蛋白质工程流程图,注意：蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。,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，以满足人类的生产和生活的需求。,蛋白质工程的基本原理,结构规律,生物功能,基因修饰,基因合成,满足人类生产和生活需求,脱氧核苷酸序列(基因),蛋白质结构,氨基酸序列,脱氧核苷酸序列(基因),1对天然蛋白质进行改造，是通过直接对蛋白质分子进行操作来实现

4、的吗？ 提示：不是，由于基因决定蛋白质，因此要对蛋白质的结构进行设计改造，最终必须通过基因改造来完成。,思考：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，还是通过对基因的操作来实现？,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还是无法遗传的。 （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。,特别提醒蛋白质工程并不是直接改造蛋白质，而是通过对基因操作来实现对天然蛋白质的改造，主要原因如下：

5、 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，被改造的蛋白质还是无法遗传的。 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。,2蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？ 提示：基因工程是按照中心法则进行的：基因表达(转录和翻译)形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程却与之相反：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出相对应的脱氧核苷酸序列(基因)，可以创造出自然界不存在的蛋白质。,蛋白质工程操作程序的基本

6、思路与基因工程有什么不同？,？,答：基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的： 确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。,注意：蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。,基因工程与蛋白质工程的比较,特别提醒蛋白质工程与基因工程的关系 (1)蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质，基因工程技术是蛋白质工程技术的基础，因此蛋白质工程也叫第二代基因工程。 (2)蛋白质工程在改造基因时需要与基因工程有关的工具酶

7、，需要构建基因表达载体。改造后的基因需要表达出相应的蛋白质，同样需将改造或合成的基因导入受体细胞。,3假如某科学家设计出某种蛋白质的空间结构，你能否设计出利用大肠杆菌生产该蛋白质的流程？ 提示：蛋白质的空间结构氨基酸序列合成目的基因构建基因表达载体导入大肠杆菌产生相应蛋白质。,三、蛋白质工程的进展和前景,1.进展,胰岛素速效型药品,2.前景,制作电子元件,3.现状,蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。,应用于微电子方面,具有 、耗电少和 的特点,体积小,效率高,1进展 (1)科学家通过对_的改造，已使其成为速效型药

8、品。 (2)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，用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有_的特点。,蛋白质工程的进展和前景,胰岛素,体积小、耗电少和效率高,2前景 蛋白质工程前景是诱人的，但难度却很大，尤其是目前科学家对大多数_的了解还很不够。,蛋白质的高级结构,查阅资料了解人类肝脏蛋白质组计划，思考该计划的科学目标是什么？ 提示：解释并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。,1 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

9、发现的有20种 D一定完全符合人类生产和生活的需要,练习检测,D,2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,3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,4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（） A、蛋白质工程以基因工程为基础 B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质,5、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根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A B C D,6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（） A氨基酸种类增多 B氨基酸种类减少 C仍为天然存在蛋白质