1.4　蛋白质工程的崛起

1、1.4蛋白质工程的崛起,活动,1. 描述基因工程的操作步骤。,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。,2. 讨论基因工程产生的蛋白质的特点。,基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,一、蛋白质工程崛起的理由,基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。,天然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。,实例1：生产单体速效胰岛素,如果把胰岛素B链由B28脯氨酸-B29赖氨酸改为B28赖氨酸-B29脯氨酸就可避免胰岛素分子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。,原因：胰岛素注射到人体后会堆积在皮下，要经过较长时间才能进

2、入血液，而且进入到血液中的胰岛素又会不断地被分解。,实例2：干扰素的保存,天然的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，那么在70的条件下，可以保存半年。,实例3:工业用酶,许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。 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。,玉米中赖氨酸含量比较低，原因是赖氨酸浓度达到一定时会抑制赖氨酸合成过程中的两个关键酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，

3、所以赖氨酸含量很难提高。如果将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中104位的天冬氨酰变成异亮氨酸，可使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含量分别提高5倍和2倍。,实例4:提高玉米赖氨酸含量,DNA,RNA,蛋白质,复制,中心法则,预期蛋白质功能 设计 推测应有的 序列 找到对应的 序列。,根据人们对蛋白质 的特定需求，对蛋白质的 进行分子设计。,二、蛋白质工程的基本原理,结构,预期的蛋白质结构,氨基酸,脱氧核苷酸,功能,改造基因(基因 或基因 )。,原理,目的,途径,修饰,合成,定向改造或制造蛋白质,前提：,了解蛋白质的结构和功能,某多肽的一段氨基酸序列是： -丙氨

4、酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-,GCU(C/A/G)UGGAAA(G)AUGUUU(C),mRNA,DNA,CGA(G/T/C)ACCTTT(C)TACAAA(G),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。,三、蛋白质工程的概念,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，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，以满足人类对生产和生活的需求。,蛋白质工程的实质：,是对编码蛋白质的基因进行改造,四、蛋白质工程的进展和前景,进展,胰岛素速效型药品,前景,制作电子元件,现状,蛋白质的功能主要依赖于其正确而又

5、极其复杂的高级结构，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了解还不够，要设计出更加符合人类需求的蛋白质换需经过艰辛的探索。,酶工程,酶工程通常是用工程菌生产酶制剂，重点在于对已存酶的合理充分利用。 蛋白质工程则在于对已存在的蛋白质分子的改造。 随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。,酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。由酶制剂的生产和应用两方面组成的。,1. 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,练习：,

6、D,2. 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,B,3. 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,A,4. 蛋白质工程的基本流程正确的是 （） 蛋白质分子结构设计DNA合成 预期蛋白质功

7、能 根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A. B. C. D. ,C,5. 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 D. 可合成天然不存在蛋白质,D,1.你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？,旁栏思考题,人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。2003年，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国

8、科学家牵头的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。,“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划，总部设在北京。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。,随后，相继启动了由德国、瑞士、英国、加拿大和日本等国牵头的各类蛋白质组计划。人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。,2. 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？,答：毫无疑问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进行改造要容易操作，难度要小得多。,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？,异想天开,理论讲可以，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