1.4　蛋白质工程的崛起 (16).ppt

1、1979年，美国将人的胰岛素基因重组到大肠杆菌内，实现了细菌生产胰岛素，大大降低了生产成本。,问题探讨,普通棉花抗虫棉,苏云金杆菌含有一种可以合成毒蛋白的基因。 让细菌的毒蛋白基因在棉花细胞中表达，可培育出抵抗棉铃虫害的抗虫棉。,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。,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。,一、蛋白质工程崛起的缘由,天然蛋白质是生

2、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。,蛋白质工程是指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。,前提：,原理：,目的：,二、蛋白质工程的概念,蛋白质工程是指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。,前提：,原理：,目的：,了解蛋白质的结构和功能,二、蛋白质工程的概念,蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能

3、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。,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),二、蛋白质工程的概念,蛋白质工程是指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。,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,二、蛋白质工程的概念,三、蛋白质工程的基本原理,预期功能,三、蛋白质工程的基本原理,蛋白质三维结构,预期功能,三、蛋白

4、质工程的基本原理,蛋白质三维结构,预期功能,分子设计,三、蛋白质工程的基本原理,氨基酸序列多肽链,蛋白质三维结构,预期功能,分子设计,三、蛋白质工程的基本原理,氨基酸序列多肽链,蛋白质三维结构,预期功能,DNA合成,分子设计,三、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,DNA合成,分子设计,三、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,转录,DNA合成,分子设计,三、蛋白质工程的基本原理,mRNA,基因 DNA,氨基酸序列多肽链,蛋白质三维结构,预期功能,转录,翻译,DNA合成,分子设计,三、蛋白质工程的基本原理,m

5、RNA,基因 DNA,氨基酸序列多肽链,蛋白质三维结构,预期功能,转录,翻译,折叠,DNA合成,分子设计,三、蛋白质工程的基本原理,mRNA,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,转录,翻译,折叠,DNA合成,分子设计,三、蛋白质工程的基本原理,mRNA,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-,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,讨论： 1. 怎样得出决定这一段肽

6、链的脱氧核苷酸序列？ 请把相应的碱基序列写出来。,讨论： 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。,首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为：GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C） 再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。,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）？,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。,蛋白质工程的实质,蛋白质工程最终得到的是我想要的

7、 蛋白质,而这种蛋白质也许是自然界没 有的,然而,这种蛋白质的获得是对原有蛋白质 进行了改造还是对合成蛋白质的基因进 行改造或者是重新合成了一个新基因.,蛋白质工程的实质,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,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。,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

8、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。,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：,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：,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

9、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,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

10、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,酶工程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. 概括地说,酶工程是由酶制剂的生产和应用 两方面组成的.酶工程的应用的主要集中于 食品工业,轻工业及医药工业中.,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 预期蛋白质功能 根据氨基酸

11、序列推出脱氧核苷酸序列 A. B. C. D. ,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,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

12、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

13、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，