生物14蛋白质工程的崛起课件新人教版选修3

生物14蛋白质工程的崛起课件新人教版选修3第一页，共24页。基因工程的实质：

将一种生物的

转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产的

，进而表现出

。基因蛋白质新的性状第二页，共24页。试回顾总结基因工程的丰硕成果植物方面提高植物的抗虫、抗病、抗逆性改良植物的品质动物方面提高动物生长速度改善畜产品的品质用转基因动物生产药物用转基因动物作器官移植的供体研制药物基因治疗第三页，共24页。

基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

这些蛋白质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。

基因工程的局限性：第四页，共24页。例如：干扰素是由动物体内的效应T细胞产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒引起的感染。同时，在治疗癌症方面也有十分可观的疗效。但是，干扰素在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在-70oC的条件下，可以保存半年。第五页，共24页。玉米中赖氨酸的含量比较低。赖氨酸的合成机理：天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶前体物质赖氨酸负反馈调节天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）第六页，共24页。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。第七页，共24页。目前科学家尝试通过对蛋白质结构的改造，来延长酶的半衰期，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，取得了一定的进展。第八页，共24页。延长干扰素的体外保存时间提高玉米中赖氨酸的含量提高工业生产中蛋白质类酶的稳定性这些在科学研究和工业生产中亟待解决的难题均无法通过基因工程来完成。于是新一轮的探索拉开了序幕，人们开始着眼于对现有蛋白质的改造，以及制造目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质。就这样，蛋白质工程应运而生，并迅速崛起。第九页，共24页。二、蛋白质工程的基本原理1、基因工程的基本原理中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图：结论：蛋白质的功能是由蛋白质的_____决定的，蛋白质的结构是由_____________决定的。结构DNA（基因）第十页，共24页。2、蛋白质工程的目标：

根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的分子结构进行分子设计。

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？为什么？需要通过对基因的操作来实现。第十一页，共24页。3、蛋白质工程流程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应的脱氧核苷酸序列（基因）第十二页，共24页。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-……丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG赖氨酸：AAA、AAG甲硫氨酸：AUG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。第十三页，共24页。（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）？

可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。第十四页，共24页。基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物化学家M·史密斯（1932－2000）发明定点突变法之前，突变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突变。这类方法属于随机突变，突变株必须在生物性状上有所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基因片段上进行随意或设计好的突变，也就是说，这种突变是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来的。现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究基因或蛋白质的功能。第十五页，共24页。异亮氨酸半胱氨酸第十六页，共24页。总结：蛋白质工程的概念

蛋白质工程是指以蛋白质分子的________及其与_______的关系作为基础，通过_______或________，对现有蛋白质进行____，或制造一种_______，以满足生产和生活的需求。结构规律生物功能基因修饰基因合成改造新的蛋白质第十七页，共24页。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？

理论上是可行的，但目前还没有真正成功的例子。第十八页，共24页。三、蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的进展：（1）对胰岛素的改造

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。第十九页，共24页。（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。第二十页，共24页。（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。第二十一页，共24页。（4）应用于微电子方面生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有体积小、耗电少和效率高的特点，因此有极为广阔的发展前景。第二十二