蛋白质工程的崛起课件

1、 1、 蛋白质工程中直接需要进行操作的对蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）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：练习： 2、 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（） A蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，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蛋白质工程能产生出自然

2、界中不曾存在过的新型蛋白质分子的新型蛋白质分子 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为第二代基因工程 3 3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（） A 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 B 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 C C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造改造 D 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 4 4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

3、分子结构设计蛋白质分子结构设计DNA合成预期蛋合成预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列序列 A B C D1、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，它们的

4、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 。一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由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蛋白质工程的概念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因修饰或基因合成，对现

5、有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对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。生产和生活的需求。前提前提：原理原理：目的：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质 蛋白质的功能是蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋，所以蛋白质工程的白质工程的原理应该是中心法则的逆推原理应该是中心法则的逆推。三、蛋白质工程的基本原理三、蛋白质工程的基本原理基因基因DNA氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链

6、蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计中心法则中心法则蛋白质工程蛋白质工程讨论：讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？ 请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。 某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：

7、UUU、UUC 2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合、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（成或改造目的基因（DNA）？）？可以通过人工合成的方法获取或基因的定可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。点诱变技术来改变。基因定点诱变技术的常用方法是基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。法。突变点：突变点： 人工合成的引物上人工合成的引物上手段：手段：PCRPCR技术（定点突变试剂盒）技术（定点突变试剂盒）目的：目的：获得定点突变的基因获得定点突变的基因基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍有生物学

8、知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家MM史密斯（史密斯（1932193220002000）发明定点突变法之前，突变株的）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是此突变处，否则无法确定突变位置。

9、也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为也有人将该法称为“反遗传法反遗传法”。有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几乎每个

10、生物实验室都会用定点突变法来研究基因或现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。蛋白质的功能。 蛋白质工程的实质对编码蛋白质的基因进行改造对编码蛋白质的基因进行改造（二）蛋白质改造工程举例（二）蛋白质改造工程举例1水蛭素改造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，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，由它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组成。水个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。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为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特

11、点的基础上提出改造水蛭素主要变异体础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，的设计方案，将将47位的位的Asn（天冬酰胺）变成（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），（赖氨酸），使其与分子内第使其与分子内第4或第或第5位位Thr（苏氨酸）间形成氢（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高抗端肽段的正确取向，从而提高抗凝血效率，试管试验活性提高了凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。2 2生长激素改造生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生生长激素通过对它特异

12、受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催相同，有可能通过改

13、造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第的氨基酸侧链，如第1818和第和第2121位位HisHis（组氨酸）和第（组氨酸）和第1717位位GluGlu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。为临床用药还有大量的工作要做。3胰岛素改造胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚天然胰岛素制剂在储存中易形

14、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。岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。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 功能的特定需求，功能的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的 进行分子设计。进行分子

15、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 推测推测应有的应有的 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的蛋白质预期的蛋白质氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸三、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

16、小效率高效率高高级结构高级结构2、对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分、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？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，主要原因如下天然蛋白质改造，主要原因如下（1 1）、任）、任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造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。如果对蛋白质直接的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造。即使改

17、造成功，被改造过的蛋白质分改造。即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。子还是无法遗传的。（2 2）、对基因进行改造比对蛋白质直接进）、对基因进行改造比对蛋白质直接进行改造要容易操作，难度要小得多。行改造要容易操作，难度要小得多。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例子。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白质往一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白

18、质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全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质。主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，人类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行使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，很难设计出一个崭新而又具功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的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的。蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。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