蛋白质崛起2011课件

1、第4节 蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类生产和生活的需要例如：改造干扰素（半胱氨酸）体外很难保存干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年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）改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）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蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？ 蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。在已研究过的

2、几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。1、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？ 旁栏思考题 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项

3、重大的科学命题。2001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两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“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“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划”是国际上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，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80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、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力

4、推动和理论支持。阅读课本P26P28，完成三维设计的填要点。二、讨论：蛋白质工程崛起的缘由 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，这些天然蛋白质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。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，甚至是自然界不存在的蛋白质。一、自学导引：二、蛋白质工程的基本原理天然蛋白质的合成过程二、蛋白质工程的基本原理蛋白质工程流程图基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期蛋白质功能分子设计DNA合成原理： 1、天然蛋白质合成的过程是按照中 心法则进行 2、蛋白质工程的基本途径是：中心

5、法则的逆推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构的蛋白质二是确定蛋白质的化学组及空间结构与生物功能之间的关系，在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质，而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用与蛋白质工程。4、蛋白质工程与基因工程的比较项目 蛋白质工程 基因工程过程 实质 结果联系 预期功能-设计结构-推测氨基 获取目的基因-构建载体-导酸序列-找到核苷酸序列 入受体细胞-目的基因检测与鉴定改造基因 定向改造生物的遗传

6、性状生产自然界没有的蛋白质 生产自然界已有的蛋白质蛋白质工程是第二代基因工程，必须通过基因修饰或基因合成才能实现四、蛋白质工程的进展和前景进展：胰岛素速效型药品的生产 前景：微电子方面、干扰素、高产赖氨酸玉米的设计等蛋白质工程的进展与前景蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。作业: 蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同?蛋白质工程与基因工程相比,合成的蛋白质有何特点? 你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学

7、的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。 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？

8、理论上讲可以，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，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。 2、方法、技巧、规律总结： 蛋白质的功能是DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA，所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。基因工程中合成的蛋白质只能是天然存在的蛋白质，蛋白质工程则可以合成自然界本来不存在的蛋白质。3、思维误区提示： 蛋白质工程就是酶工程吗？ 酶大多是蛋白质。酶工程包括酶制剂的生产和应用两方面，其重点在于对已存在酶的合理充分利用。而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。酶工程至多是蛋白质工程的一部分。蛋白质的结构血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的亚基和二个由146个氨基酸残基组成的亚基按特定的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。 返回三、蛋白质工程的基本原理1、天然蛋白质合成的过程是按照 进行的：2、蛋白质工程的基本途径是：所以，蛋白质工程的概念是：四、蛋白质工程的进展和前景：进展：胰岛素速效型药品的生