蛋白质工程崛起

蛋白质工程的崛起1活动1:阅读P26.回答:为什么要进行蛋白质工程?一、蛋白质工程崛起的缘由通过基因工程能够大规模生产生物体内微量存在的活性物质，并借助转基因而改变动植物性状，得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。然而在广泛利用自然界各种蛋白质的过程中就发现，这些蛋白质只是适应生物自身的需要，而对它们进行产业化开发往往不合意，需要加以改造。2一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的应用（1）基因工程的实质：将一种生物的

转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的

，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在的

。2、天然蛋白质的不足天然蛋白质是生物在长期

过程中形成的，它们的

符合特定物种

的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的生产符合人类生产和生活的需要的

。基因蛋白质性状蛋白质进化结构和功能生存蛋白质3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4二、蛋白质工程的基本原理1、目标：根据人们对

功能的特定需

求，对蛋白质的

进行分子设计。2、原理：改造基因（基因

或基因

）。3、途径：预期蛋白质功能→设计

→推测应有的

序列→找到对应的

序列。蛋白质结构修饰合成预期的蛋白质结构氨基酸脱氧核苷酸对天然蛋白质进行改造，你认为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？5蛋白质工程的流程基因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合成分子设计蛋白质工程原理天然蛋白质的合成途径：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到相应的脱氧核苷酸序列酸蛋白质工程的途径：6蛋白质工程的概念基础:蛋白质工程的实质：途径:蛋白质的结构和功能基因修饰或基因合成是对编码蛋白质的基因进行改造7比较基因工程和蛋白质工程8二、蛋白质工程的基本原理活动2：对照P27蛋白质工程流程图，说出主要步骤。9蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；（2）测定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维结构和三维晶体结构;（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。10活动3：对照密码表，至少写出三种决定“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。1112基因定点诱变技术的示意图13思考：基因定点诱变技术与基因突变的比较DNA复制过程中产生新基因，从而产生新性状生物体外生物体内定向改造不定向性PCR技术物理化学方法14（二）蛋白质改造工程举例1．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，它有多种变异体，由65或66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。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。152．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。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。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的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（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。163．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B23-B28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，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。

17三、蛋白质工程的进展和前景1、前景诱人：如用此技术制成的

，具有

、耗电少和

的特点。2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的

的了解还很不够。电子元件体积小效率高高级结构181．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D192．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是Ａ．氨基酸结构B．蛋白质空间结构C．肽链结构D．基因结构

Ｄ3．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Ｂ204、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

Ａ215、蛋白质工程的基本流程正确的是（）①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A．①②③④B．④②①③

C．③①④②D．③④①②Ｃ226、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