蛋白质工程的崛起

蛋白质工程的崛起第一页，共二十二页，2022年，8月28日一、蛋白质工程崛起的缘由基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状。基因工程的实质：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。基因工程第二页，共二十二页，2022年，8月28日

在已研究过的几千种酶中，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。天然蛋白质的不足第三页，共二十二页，2022年，8月28日基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。天然蛋白质符合特定物种生存需要。不一定符合人类生产、生活需要。干扰素治疗病毒感染、癌症。体外保存困难。改变分子结构：半胱氨酸丝氨酸保存半年第四页，共二十二页，2022年，8月28日产量提高赖氨酸含量低合成时需：天冬氨酸激酶；二氢吡啶二羧酸合成酶。浓度影响苏氨酸异亮氨酸天冬酰胺异亮氨酸第五页，共二十二页，2022年，8月28日转录DNARNA翻译肽链折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变第六页，共二十二页，2022年，8月28日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？对基因的操作来实现：（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改造要容易操作，难度要小得多。第七页，共二十二页，2022年，8月28日2、蛋白质工程的原理：3、基本途径(中心法则的逆推)从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对应的脱氧核苷酸序列（基因）由预期的蛋白质找到相对应的基因进行改造第八页，共二十二页，2022年，8月28日讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：

……—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……（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。有多少种？（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）？第九页，共二十二页，2022年，8月28日第十页，共二十二页，2022年，8月28日（2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。mRNA序列为：(1)GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）第十一页，共二十二页，2022年，8月28日

通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。其中基因工程是关键技术。因此蛋白质工程又被称为第二代基因工程。蛋白质工程的概念第十二页，共二十二页，2022年，8月28日基础: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。手段:基因修饰或基因合成：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术二、蛋白质工程的基本原理第十三页，共二十二页，2022年，8月28日目的:

对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需要。第十四页，共二十二页，2022年，8月28日项目基因工程蛋白质工程操作起点操作核心过程目标结果联系目的基因预期的蛋白质功能基因表达载体基因获取目的基因→构建表达载体→导入受体细胞→目的基因的检测与表达预期蛋白质功能→设计蛋白质结构→推测氨基酸序列→推测核苷酸序列→合成DNA→表达出蛋白质定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品定向改造或生产人类所需的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。生产自然界没有的蛋白质第十五页，共二十二页，2022年，8月28日异想天开能否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。第十六页，共二十二页，2022年，8月28日蛋白质工程现状

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。三、蛋白质工程的进展和前景第十七页，共二十二页，2022年，8月28日蛋白质工程的前景

蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。第十八页，共二十二页，2022年，8月28日

当前，蛋白质工程修饰、改造的蛋白质为数不算多，但进展较快。随着基因组测序的国际联合行动的快速进展，也带来并已出现了蛋白质高速发展的新阶段。蛋白质工程进展第十九页，共二十二页，2022年，8月28日1．医药方面

许多蛋白质工程的目标是设法提高蛋白质的稳定性。在酶反应器中可延长酶的半衰期或增强其热稳定性，也可以延长治疗用蛋白质的贮存寿命或重要氨基酸抗氧化失活的能力。在这个领域已取得了一些重要研究成果。用蛋白质工程来改造特殊蛋白质为制造特效抗癌药物开辟了新途径。第二十页，共二十二页，2022年，8月28日2．在农业方面

蛋白质工程正在成为改造农业，大幅度提高粮食产量的新途径。近年来，美国坎布里奇的雷普里根公司的科研人员立题，以蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，他们实施对微生物蛋白质结构进行修改，仅此一举，使微生物农药的杀虫率提高了10倍。第二十一页，共二十二页，2022年，8月28日

蛋白质工程在工业上的应用取得的成果亦是很多。现以改变酶的动力学特性研制出高效除污酶为例说