1.4蛋白质工程的崛起

1.D2.C3.B4.D5.A6.（1）限制酶；原核生物；一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切点切割（2）限制酶；DNA；与运载体结合；运载体；复制；带有目的基因的DNA片段（3）目的基因的获取；基因表达载体的构建；将目的基因导入受体细胞；目的基因的检测与鉴定7.（1）控制胰岛素合成的信使RNA（2）重组DNA分子；标记（3）将目的基因导入受体细胞；氯化钙；通透性（4）目的基因；大肠杆菌能产生人的胰岛素2014年2月21日许静1.4蛋白质工程的崛起2014年2月21日许静

新课标要求1．举例说出蛋白质工程崛起的缘由2．简述蛋白质工程的原理3．尝试运用逆向思维分析和解决问题

教学重点1．为什么要开展蛋白质工程的研究2．蛋白质工程的原理

教学难点蛋白质工程的原理2014年2月21日许静一、蛋白质工程的崛起的缘由1、基因工程产物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。2014年2月21日许静改造干扰素（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2、蛋白质工程实例：满足人类生产和生活的需要3、蛋白质工程产物：是自然界原本不存在的新的蛋白质。2014年2月21日许静思考：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？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：（1）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。（2）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。（基因改造—可遗传；蛋白质改造—不可遗传）2014年2月21日许静二、蛋白质工程的基本原理1、蛋白质工程的目标根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。2、天然蛋白质的合成过程DNA（基因）转录mRNA翻译蛋白质基因→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2014年2月21日许静３、蛋白质工程的基本途径预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）----中心法则的逆推2014年2月21日许静蛋白质工程的基本原理基因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合成分子设计中心法则先逆推，再正推2014年2月21日许静讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：……—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—……(部分氨基酸的密码子为：甲硫氨酸-AUG；色氨酸-UGG；苯丙氨酸-UUU、UUC)(1)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。(2)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(DNA)?根据氨基酸序列反推mRNA密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列；其DNA碱基序列为：根据DNA的碱基对序列或改造后的DNA碱基对序列，以四种脱氧核苷酸为原料进行人工合成2014年2月21日许静4、蛋白质工程的概念是指以蛋白质分子的结构规律及其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造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。前提：原理：目的：了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质(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)2014年2月21日许静项目蛋白质工程基因工程区别操作起点操作方法结果联系操作对象操作流程目的基因预期的蛋白质功能基因剪切、拼接、导入生产自然界中已有的蛋白质获得自然界没有的蛋白质5、蛋白质工程与基因工程的关系基因的改造、合成基因蛋白质工程获得目的基因后，需要进行基因工程的操作来获得预期蛋白质2014年2月21日许静异想天开: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？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。

2014年2月21日许静三、蛋白质工程的进展和前景进展：胰岛素改造探索：微电子难度很大：

蛋白质工程目前成功的例子不多2014年2月21日许静（1）对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。

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。2014年2月21日许静（2）对水蛭素的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端肽链的正确取向，从而提高抗凝血效率，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。2014年2月21日许静（3）对生长激素的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。2014年2月21日许静课堂总结1、蛋白质工程崛起的缘由2、蛋白质工程的原理：中心法则的逆推预期的蛋白质功能出发

推测应有的氨基酸序列

设计预期的蛋白质结构

找到相应的脱氧核苷酸序列3、蛋白质工程的进展和前景2014年2月21日许静1．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D2．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Ｄ2014年2月21日许静3．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Ｂ4、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正