14蛋白质工程的崛起

基因工工程的的实质质：将一种种生物物的转移到到另一一种生生物体体内，，后者者产生生它本本不能能产的的，进而而表现现出。基因蛋白质质新的的性性状状回顾顾：基因因工工程程的成成果果基因因工工程程在在原原则则上上只能能生生产产自自然然界界已已存存在在的的蛋蛋白白质质。。这些些蛋蛋白白质质的的结结构构和和功功能能符符合合特特定定物物种种生生存存的的需需要要，，却却不不一一定定完完全全符符合合人类类生生产产和和生生活活的需需要要。。基因因工工程程的的局局限限性性：：1.4蛋蛋白白质质工工程程的的崛崛起起阅读读P26第第二二自自然然段段思思考考：：科学学家家在在干干扰扰素素的的保保存存和和玉玉米米的的赖赖氨氨酸酸的的产产量量上上面面临临什什么么样样的的问问题题？？如如何何解解决决这这些些问问题题？？一、、蛋蛋白白质质工工程程崛崛起起的的缘缘由由例如如：：改造造干扰素（半胱氨酸）体外很难保存干扰素（丝氨酸）-70℃体外可以保存半年玉米米中中赖赖氨氨酸酸含含量量比比较较低低天冬氨酸激激酶（352位位的苏氨酸酸）二氢吡啶二二羧酸合成成酶（104位的天天冬酰胺））天冬氨酸激激酶（异亮氨酸酸）二氢吡啶二二羧酸合成成酶（异亮亮氨酸）玉米中赖氨氨酸含量可可提高数倍改造改造问题1：解决：蛋白质功能能不能满足需需求改变蛋白质质的结构-----半胱氨酸酸-----体外很难保保存？如何改造造------丝氨酸酸-------体外可以保保存半年问题2：如如何对天然然蛋白质的结结构进行改造？？干扰素干扰素（改改）思考与讨论论(你认为直接对蛋白白质分子进行操作，，还是通过过对基因的操作作来实现？能能否说出你你的理由？？)答：毫无疑问问应该从对基因的操作作来实现对天然然蛋白质改造造，主要原因因如下：（1）任何一一种天然蛋白质都是由由基因编码的的，改造了基因即即对蛋白质进进行了改造，，而且改造过过的蛋白质可可以遗传下去去。如果对蛋蛋白质直接改改造，即使改改造成功，被被改造过的蛋蛋白质分子还还是无法遗传传的。（基因改造——可遗传；蛋白质改造——不可遗传））（2）对基因因进行改造比比对蛋白质直直接改造要容易操作，难度要小得多多。-----半半胱氨酸-----体外很难保存存？如何改造------丝氨酸-------体外可以保存存半年问题3、你能能推测出干扰扰素基因改造造前和改造后后的该部分序序列吗？（半胱氨酸：：UGU；丝丝氨酸：UCU）干扰素干扰素（改））思考与讨论某多肽链的一一段氨基酸序序列是：……-丙氨酸酸-色氨酸-赖氨酸-甲甲硫氨酸-苯苯丙氨酸-………丙氨酸：GCU、GCC、GCA、、GCG色色氨酸酸：UGG赖氨酸：AAA、AAG甲硫氨氨酸：AUG苯苯丙氨酸：UUU、UUC讨论：1、请写出决决定这一段肽肽链的mRNA片段和基基因片段的核核苷酸序列。。2、确定目的的基因的碱基基序列后，怎怎样才能合成成或改造目的基因（（DNA）？？思考与讨论（1）mRNA序列为：：GCU（或C或A或G））UGGAAA（或G））AUGUUU（或C））脱氧核苷酸序序列：CGA（或G或T或C））ACCTTT（或C））TACAAA（或G））（2）确定目目的基因的碱碱基序列后，，就可以根据据人类的需要要改造它，通通过人工合成的方方法或从基因因库中获取。。1、蛋白质工工程的途径预期蛋白质功能设计预期的蛋白质质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序序列(合成基基因)基因DNA氨基酸序列多肽链蛋白质三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计----------中中心法则的逆逆推二、蛋白质工工程的基本原原理P273、实质：2、目标P26：根据人们对的特定需求，，对蛋白质的进行分子设计计。基因改造蛋白质功能结构蛋白质工程是是指以蛋白质质分子的结构构规律及其与与生物功能的的关系作为基基础，通过基基因修饰或基基因合成，对对现有蛋白质质进行改造或或制造一种新新的蛋白质，，以满足人类类对生产和生生活的需求。。4、蛋白质工工程的概念P27了解蛋白质的的结构和功能能改造基因（基基因修饰或基基因合成）前提：途径：目的：定向改造或制制造蛋白质5、基因工程程与蛋白质工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，以定向改造天然然蛋白质，甚至创造造自然界不存在的蛋蛋白质将目的基因从供体转移到受体细细胞，并在受体细胞中中表达只能生产自然然界已存在的蛋白质蛋白质工程是是在基因工程程基础上，延延伸出的第二代基因工程能生产自然界界不存在的蛋白质重组创新能不能根据人人类需要的蛋蛋白质的结构构，设计相应应的基因，导导入合适的细细菌中，让细细菌生产人类类所需要的蛋蛋白质食品呢呢？理论上讲可以以，但目前还还没有真正成成功的例子。。一些报道利用用细菌生产人人类需要的蛋蛋白质往往都都是自然界已已经存在的蛋蛋白质，并非非完全是人工工设计出来而而自然不存在在的蛋白质。。主要原因是是蛋白质的高级结构非常复杂，人人类对蛋白质质的高级结构构和在生物体体内如何行使使功能知之甚甚少，很难设设计出一个崭崭新而又具有有生命功能作作用的蛋白质质，而且一个个崭新的蛋白白质会带来什什么危害也是是人们所担心心的。异想天开三、蛋白质工工程的进展和和前景1、进展P28：（1）对胰岛素的改改造，使其成成为速效型药药品。天然胰岛素制制剂在储存中中易形成二聚聚体和六聚体体，延缓胰岛岛素从注射部部位进入血液液，从而延缓缓了其降血糖糖作用，也增增加了抗原性性，这是胰岛岛素B23-B28氨基基酸残基结构构所致。利用用蛋白质工程程技术改变这这些残基，则则可降低其聚聚合作用，使使胰岛素快速速起作用。该速效胰岛素素已通过临床床实验。（2）水蛭素素改造水蛭素是水蛭蛭唾液腺分泌泌的凝血酶特异抑抑制剂，它有多种变异异体，由65或66个氨氨基酸残基组组成。水蛭素素在临床上可可作为抗栓药物用于于治疗血栓疾疾病。为提高水蛭素素活性，在综综合各变异体体结构特点的的基础上提出出改造水蛭素素主要变异体体HV2的设设计方案，将将47位的Asn（天冬冬酰胺）变成成Lys（赖赖氨酸），使使其与分子内内第4或第5位Thr（（苏氨酸）间间形成氢键来来帮助水蛭素素N端肽段的的正确取向，，从而提高凝凝血效率，试试管试验活性性提高4倍，，在动物模型型上检验抗血血栓形成的效效果，提高20倍。2、前景诱人人：探索将蛋白质质工程应用于于微电子方面。3、难度很大：主要是目前科科学家对大多多数蛋白质的高级级结构的了解还很不不够。用蛋白质工程程制造的电子子元件具有体积小、耗电少和效率率高的特点。1、你知道人人类蛋白质组组计划吗？它它与蛋白质工工程有什么关关系？我国科科学家承担了了什么任务？？人类蛋白质组组计划是继人人类基因组计计划之后，生命科学乃至至自然科学领领域一项重大的科科学命题。2001年，，国际人类蛋蛋白质组组织织宣告成立。。2003年，，该组织正式式提出启动了了两项重大国国际合作行动动：一项是由中国科学家家牵头执行的“人类肝脏蛋蛋白质组计划划”；另一项是以美美国科学家牵牵头执行的“人类血浆蛋蛋白质组计划划”，由此拉开了人人类蛋白质组组计划的帷幕幕。四、知识拓展展“人类肝脏蛋蛋白质组计划划”是国际上上第一个人类组组织／器官的的蛋白质组计计划，由我国贺福初初院士牵头，，这是中国科科学家第一次次领衔的重大大国际科研协协作计划，总总部设在北京，目前有16个国家和地地区的80多多个实验室报报名参加。它它的科学目标标是揭示并确确认肝脏的蛋蛋白质，为重重大肝病预防防、诊断、治治疗和新药研研发的突破提提供重要的科科学基础。人类蛋白质组组计划的深入入研究将是对对蛋白质工程程的有力推动动和理论支持持。2、你知道酶酶工程吗?绝绝大多数酶都都是蛋白质，，酶工程和蛋蛋白质工程有有什么区别？？酶工工程程就就是是指指将将酶酶所所具具有有的的生生物物催催化化作作用用，，借借助助工工程程学学的的手手段段，，应应用用于于生生产产、、生生活活、、医医疗疗诊诊断断和和环环境境保保护护等等方方面面的的一一门门科科学学技技术术。。（（如如加酶酶洗洗衣衣粉粉）通常常所所说说的的酶酶工工程程是是用用工工程程菌菌生生产产酶酶制制剂剂，，而而没没有有经经过过由由酶酶的的功功能能来来设设计计酶酶的的分分子子结结构构，，然然后后由由酶酶的的分分子子结结构构来来确确定定相相应应基基因因的的碱碱基基序序列列等等步步骤骤。。因此此，，酶工工程程的的重重点点在于于对对已存存酶酶的的合合理理充充分分利利用用，，而蛋白白质质工工程程的的重重点点则在在于于对已已存存在在的的蛋蛋白白质质分分子子的的改改造造。。当然然，，随随着着蛋蛋白白质质工工程程的的发发展展，，其其成成果果也也会会应应用用到到酶酶工工程程中中，，使使酶酶工工程程成成为为蛋蛋白白质质工工程程的的一一部部分分。。小结结1、、蛋蛋白白质质工工程程崛崛起起的的缘缘由由2、、蛋蛋白白质质工工程程的的原原理理：：中心心法法则则的的逆逆推推预期期的蛋蛋白白质质功能能出发发推测测应有有的的氨基基酸酸序序列列设计计预期期的的蛋蛋白白质质结构构找到到相应应的的脱氧氧核核苷苷酸酸序序列列3、、蛋蛋白白质质工工程程的的进进展展和和前前景景练习习检检测测1．蛋蛋白白质质工工程程中中直直接接需需要要进进行行操操作作的的对对象象是是（（））Ａ．．氨氨基基酸酸结结构构B．蛋蛋白白质质空空间间结结构构C．肽肽链链结结构构D．基基因因结结构构Ｄ2、蛋白白质工程程的基本本流程正正确的是是（））①蛋白质质分子结结构设计计②DNA合成③预期蛋蛋白质功功能④据氨基基酸序列列推出脱脱氧核苷苷酸序列列A.①→→②→③③→④B.④④→②→→①→③③C.③→①①→④→→②D.③→→④→①①→②C3、关于于基因工工程和蛋蛋