LHQ-蛋白质工程的崛起PPT优秀课件

1、 基因工程的实质：基因工程的实质： 将一种生物的基因转移到将一种生物的基因转移到 另一种生物体内，后者可以另一种生物体内，后者可以 产生它本来不能产生的蛋白产生它本来不能产生的蛋白 质，进而表现出新的性状。质，进而表现出新的性状。 生物产生的天然蛋生物产生的天然蛋 白质是在长期进化过程白质是在长期进化过程 中产生的，它的结构和中产生的，它的结构和 性能不能完全满足人类性能不能完全满足人类 生产生活的需要。生产生活的需要。 一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由 满足人类满足人类 生产和生生产和生 活的需要活的需要 例如：例如： 改造改造 干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸） 体外很难

2、保存体外很难保存 干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （352352位的苏氨酸）位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶 （104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）（异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）（异亮氨酸） 玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍 改造改造 改造改造 蛋白质工程就是为了生产出符合人蛋白质工程就是为了生产出符合人 类生产和生活需要的蛋白质，甚至是类生产和生活需要的蛋白质，甚

3、至是 自然界不存在的蛋白质。自然界不存在的蛋白质。 二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 2、蛋白质工程流程图：、蛋白质工程流程图：P27 1、 原理：基因改造原理：基因改造 蛋白质蛋白质 三维结构三维结构 氨基酸序列氨基酸序列 多肽链多肽链 基因基因 DNA 预期预期 功能功能 DNA合成合成分子设计分子设计 mRNA 生物生物 功能功能 转录转录 翻译翻译 中心法则？中心法则？ P27讨讨 论论 折叠折叠 3、蛋白质工程概念：、蛋白质工程概念：P27 二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 1、目标：根据人们对、目标：根据人们对 功能的特定需功能的特定需 求，对蛋白质

4、的求，对蛋白质的 进行分子设计。进行分子设计。 2、原理：改造基因（基因、原理：改造基因（基因 或基因或基因 ） 。 3、流程：、流程： 预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计设计 推测应推测应 有的有的 序列序列找到对应的找到对应的 序列。序列。 蛋白质蛋白质 结构结构 修饰修饰合成合成 预期预期 的蛋白质结构的蛋白质结构 氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸 （1 1）从生物体中分离纯化目的蛋白；）从生物体中分离纯化目的蛋白； （2 2）测定其氨基酸序列；）测定其氨基酸序列； （3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋 白质的二

5、维重组和三维晶体结构白质的二维重组和三维晶体结构; ; （4 4）设计各种处理条件，了解蛋）设计各种处理条件，了解蛋 白质的结构变化，包括折叠与去折白质的结构变化，包括折叠与去折 叠等对其活性与功能的影响；叠等对其活性与功能的影响； （5 5）设计编码该蛋白的基因改造）设计编码该蛋白的基因改造 方案，如方案，如点突变点突变； （6 6）分离、纯化新蛋白，功能检）分离、纯化新蛋白，功能检 测后投入实际使用。测后投入实际使用。 蛋白质工程的实质蛋白质工程的实质 v蛋白质工程是指以蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物蛋白质分子的结构规律及其生物 功能的关系功能的关系作为基础，通过作为基础，通

6、过基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成， 对对现有现有蛋白质进行改造，或制造一种蛋白质进行改造，或制造一种新新的蛋白质，的蛋白质， 以满足人类的生产和生活的需求。以满足人类的生产和生活的需求。 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第第 二基因工程。二基因工程。 蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。 （一）蛋白质工程的内容（一）蛋白质工程的内容 蛋白质工程的内容主要有两方面：一是蛋白质工程的内容主要有两方面：一是 根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结 构

7、的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及 空间结构与生物功能之间的关系。空间结构与生物功能之间的关系。 实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结 构和功能的关系。构和功能的关系。 三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景 1、前景诱人：如用此技术制成的、前景诱人：如用此技术制成的 ， 具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点。的特点。 2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋 白质的白质的 的了解还很不够。的了解还很不够。 电子元件电子元件 体积小体积小效率高效率高 高级结

8、构高级结构 旁栏思考题旁栏思考题 你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？ 我国科学家承担了什么任务？我国科学家承担了什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划人类蛋白质组计划是继人类基因组计划 之后，之后，生命科学乃至自然科学领域生命科学乃至自然科学领域一项重大一项重大 的科学命题。的科学命题。20012001年，国际人类蛋白质组组年，国际人类蛋白质组组 织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了 两项重大国际合作行动：一项是两项重大国际合作行动：一项是由中国科学由中国科学 家牵头家牵头执行

9、的执行的“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”； 另一项是以美国科学家牵头执行的另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血人类血 浆蛋白质组计划浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质，由此拉开了人类蛋白质 组计划的帷幕。组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上是国际上 第一个人类组织器官的蛋白质组计划，第一个人类组织器官的蛋白质组计划， 由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家 第一次领衔的重大国际科研协作计划，总第一次领衔的重大国际科研协作计划，总 部设在部设在北京北京，目前有，目前有16个国家和地区的个国家和地区的80 多个实验

10、室报名参加。它的科学目标是揭多个实验室报名参加。它的科学目标是揭 示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、示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诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的 科学基础。科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋 白质工程的有力推动和理论支持。白质工程的有力推动和理论支持。 2.对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质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？分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋答：

11、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：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）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。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）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。作，难度要小得多。 旁栏思考题旁栏思考题

12、 讨讨 论论 答答：（：（1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查 一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码 序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基序列查出来。但是由于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，因此其碱基排列组合起酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起 来就比较复杂，至少可以排列出来就比较复杂，至少可以排列出16种种，可以根据学过，可以根据学过 的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密 码子推出码子推出mR

13、NA序列为序列为GCU（或（或C或或A或或G） UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C），再根据碱基互），再根据碱基互 补配对规律推出脱氧核苷酸序列：补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C） ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G）。）。 （2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根）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。或从基因库中获取。 异想天开异想天开 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基 因，导入合适的细菌

14、中，让细菌生产人类所需要的蛋因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋 白质食品呢？白质食品呢？ 理论讲可以，但目前还没有真正成功的理论讲可以，但目前还没有真正成功的 例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋 白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并 非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白 质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂， 人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何 行使功能知之甚少，很难设计出一个崭

15、新而行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而 又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭 新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心 的。的。 蛋白质工程操作程序的基本思路与基因蛋白质工程操作程序的基本思路与基因 工程有什么不同？工程有什么不同？ 答：答：基因工程是遵循基因工程是遵循中心法则中心法则，从从 DNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能折叠产生功能，基本上基本上 是生产出自然界已有的蛋白质。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：蛋白质工程是按照以下思路进行的： 确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白

16、质应有的高级结构蛋白质应有的高级结构蛋蛋 白质应具备的折叠状态白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应应 有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。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注意：蛋白质工程的原理应该是中心 法则的逆推。法则的逆推。 项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程 操作起点操作起点 操作核心操作核心 过程过程 目标目标 结果结果 联系联系 目的基因目的基因预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能 基因表达载体基因表达载体基因基因 获取目的基因获取目的基因 构建表达载体构建表达载体 导入受体细胞导入受体细胞 目的基因的检测

17、与表达目的基因的检测与表达 预期蛋白质功能预期蛋白质功能 设计蛋白质结构设计蛋白质结构 推测氨基酸序列推测氨基酸序列 推测核苷酸序列推测核苷酸序列 合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质 定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特 性，获得人类所需的生性，获得人类所需的生 物类型或生物产品物类型或生物产品 定向改造或生产人类所定向改造或生产人类所 需的蛋白质需的蛋白质 生产自然界中已有的蛋生产自然界中已有的蛋 白质白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第延伸出来的第 二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造 新

18、的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。 生产自然界没有的蛋生产自然界没有的蛋 白质白质 酶工程就是将酶或者微生物酶工程就是将酶或者微生物细胞细胞， 动植物细胞，动植物细胞，细胞器细胞器等在一定的等在一定的生物生物 反应反应装置中，利用酶所具有的装置中，利用酶所具有的生物催生物催 化化功能，借助工程手段将相应的原料功能，借助工程手段将相应的原料 转化成有用物质并应用于社会生活的转化成有用物质并应用于社会生活的 一门一门科学技术科学技术。它包括。它包括酶制剂酶制剂的制备，的制备， 酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反酶的固定化，酶的修饰与改造及酶反 应器

19、等方面内容。酶工程的应用，主应器等方面内容。酶工程的应用，主 要集中于食品工业，轻工业以及医药要集中于食品工业，轻工业以及医药 工业中。工业中。 1、基因工程的应用、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：将一种生物的）基因工程的实质：将一种生物的 转移到另转移到另 一种生物体内，使后者产生本不能产生的一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ， 进而表现出新的进而表现出新的 。 （2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存 在的在的 。 2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的，过程中形成的，

20、 它们的它们的 符合特定物种符合特定物种 的需要，却不的需要，却不 一定完全符合人类生产和生活的需要。一定完全符合人类生产和生活的需要。 3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的生产符合人类生产和生活的需要的 。 练习练习 基因基因 蛋白质蛋白质 性状性状 蛋白质蛋白质 进化进化 结构和功能结构和功能生存生存 蛋白质蛋白质 1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 不正确的是（不正确的是（ ） A是生物在长期进化过程中形成的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它们的结构和功能符合特定物种生存

21、的需要 C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种 D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要 练习检测练习检测 D 练习检测练习检测 2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（ ） 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 练习检测练习检测 n3下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）下列关于蛋白质工程的说法错误的是（） nA蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更 加符合人类的需要加符合人类的需要 n

22、B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行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操作，定向改变分子的结构 nC蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋 白质分子白质分子 nD蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代 基因工程基因工程 练习检测练习检测 n4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（） nA A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础 nB B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸 nC C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 nD D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 练习检测练习检测 5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（） 蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计 DNA合成合成 预期蛋白质功能预期蛋白质功能 根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A B C D 练习检测练习检测 n6 6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来、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（的第二代基因工程