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1、12 你知道人類蛋白質(zhì)組計你知道人類蛋白質(zhì)組計劃嗎?它與蛋白質(zhì)工程有什劃嗎?它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系?我國科學(xué)家承擔(dān)了么關(guān)系?我國科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)?什么任務(wù)? 人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后,生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項之后,生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項重大的科學(xué)命題。重大的科學(xué)命題。20012001年,國際人類蛋白質(zhì)年,國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后,該組織正是提出啟組組織宣告成立。之后,該組織正是提出啟動兩項重大國際合作行為:一項是有中國科動兩項重大國際合作行為:一項是有中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃人類肝

2、臟蛋白質(zhì)組計劃”;另一項是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的另一項是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血人類血漿蛋白質(zhì)組計劃漿蛋白質(zhì)組計劃”。3 “ “人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃,由我國賀個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃,由我國賀福初院士牽頭,這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的福初院士牽頭,這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計劃,總部設(shè)在北京,目前重大國際科研協(xié)作計劃,總部設(shè)在北京,目前有有1616個國家和地區(qū)的個國家和地區(qū)的8080多個實驗室報名參加。多個實驗室報名參加。它的科學(xué)它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì),為

3、為重大肝病預(yù)防重大肝病預(yù)防、診斷診斷、治療和新藥研發(fā)的突破治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。 人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持質(zhì)工程的有力推動和理論支持。4蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學(xué)、晶體學(xué)、蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學(xué)、晶體學(xué)、動力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識的基礎(chǔ)上,對蛋白質(zhì)動力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認(rèn)識的基礎(chǔ)上,對蛋白質(zhì)人工改造與合成的產(chǎn)品。人工改造與合成的產(chǎn)品。“后基因組時代后基因組時代”將是將是“蛋白質(zhì)組學(xué)時代蛋白質(zhì)組學(xué)時代”,即從對基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研即從對基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研

4、究,包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用及蛋白究,包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能與應(yīng)用及蛋白質(zhì)相互關(guān)系和作用。質(zhì)相互關(guān)系和作用。5一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由滿足人類滿足人類生產(chǎn)和生生產(chǎn)和生活的需要活的需要例如:例如:改造改造干擾素(半胱氨酸)干擾素(半胱氨酸)體外很難保存體外很難保存干擾素(絲氨酸)干擾素(絲氨酸)體外可以保存半年體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶(352352位的蘇氨酸)位的蘇氨酸)二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶(104104位的天冬酰胺)位的天冬酰胺)天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶(異亮氨酸)(異亮氨酸)二氫吡

5、啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶(異亮氨酸)(異亮氨酸)玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍改造改造改造改造6二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 對天然蛋白質(zhì)進行改造,對天然蛋白質(zhì)進行改造,你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作,還是通過對基因的進行操作,還是通過對基因的操作來實現(xiàn)?操作來實現(xiàn)?1、目標(biāo):、目標(biāo): 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求,對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計。白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計。7蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 8蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 9胰島素的三級結(jié)構(gòu)胰島素的三級結(jié)構(gòu)10

6、血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子血紅蛋白分子就是由二個由就是由二個由141個氨基酸殘個氨基酸殘基組成的基組成的亞基亞基和二個由和二個由146個個氨基酸殘基組氨基酸殘基組成的成的亞基按特亞基按特定的接觸和排定的接觸和排列組成的一個列組成的一個球狀蛋白質(zhì)分球狀蛋白質(zhì)分子,每個亞基子,每個亞基中各有一個含中各有一個含亞鐵離子的血亞鐵離子的血紅素輔基。紅素輔基。 11逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄dnadnarnarna翻譯翻譯肽鏈肽鏈復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制折疊折疊等等具有空間結(jié)具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達生物特有表達生物特有的功能或性狀的功能或性狀天然蛋白質(zhì)的合成過程天然蛋白質(zhì)的合成過程

7、遵循中心法則,并需經(jīng)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變遵循中心法則,并需經(jīng)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變122、蛋白質(zhì)工程的原理:基因改造、蛋白質(zhì)工程的原理:基因改造3、基本途徑:、基本途徑:從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基因)134、概念:、概念: 蛋白質(zhì)工程是指蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過基因修飾,通過基因修飾或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造,或制造或基因合成,對現(xiàn)有蛋白質(zhì)

8、進行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生生產(chǎn)和生活以滿足人類的生生產(chǎn)和生活的需求的需求。 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的上,延伸出來的第二代基因工程第二代基因工程。14蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面:蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面:根據(jù)需要設(shè)計具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)根據(jù)需要設(shè)計具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)而氨基酸排序由基因決定,所以還需要而氨基酸排序由基因決定,所以還需要改造改造相相應(yīng)應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列或人工合成基因中脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自所需要的自然界原本然界原本不存在的基因片段不存在的基因片段,

9、用于蛋白質(zhì)工程。,用于蛋白質(zhì)工程。15三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景 1、蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的,蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的,它是隨著它是隨著分子生物學(xué)分子生物學(xué)、晶體學(xué)晶體學(xué)以及以及計算機技術(shù)計算機技術(shù)的發(fā)展而誕生的,與的發(fā)展而誕生的,與基因組學(xué)基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)生物信息學(xué)的發(fā)展等因素有關(guān)的發(fā)展等因素有關(guān) 2 2、現(xiàn)狀:成功的例子不多,、現(xiàn)狀:成功的例子不多,主要是因為蛋白質(zhì)主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu),而科而科學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少學(xué)家目前對大

10、多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。 16討論:某多肽鏈的一段氨基酸序列是:討論:某多肽鏈的一段氨基酸序列是: 丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸賴氨酸賴氨酸甲硫氨甲硫氨酸酸苯丙氨酸苯丙氨酸(1 1)怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序)怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列?請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。有多少種?列?請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。有多少種?(2 2)確定目的基因的堿基序列后,怎樣才能合)確定目的基因的堿基序列后,怎樣才能合成或改造目的基因(成或改造目的基因(dnadna)?)?17(1 1)mrnamrna序列為:序列為: gcugcu(或(或c c或或a a或或g g)uggaaauggaaa(

11、或(或g g)auguuuauguuu(或(或c c) 脫氧核苷酸序列:脫氧核苷酸序列: cgacga(或(或g g或或t t或或c c)acctttaccttt(或(或c c)tacaaatacaaa(或(或g g)(2 2)確定目的基因的堿基序列后,就可以根據(jù)人)確定目的基因的堿基序列后,就可以根據(jù)人類的需要改造它,通過人工合成的方法或從基因類的需要改造它,通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。庫中獲取。18 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),設(shè)計相應(yīng)能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),設(shè)計相應(yīng)的基因,導(dǎo)入合適的細(xì)菌中,讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的基因,導(dǎo)入合適的細(xì)菌中,讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)

12、食品呢?的蛋白質(zhì)食品呢? 理論上講可以,但目前還沒有真正成功的例子。理論上講可以,但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自一些報道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì),并非完全是人工設(shè)計出來而然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì),并非完全是人工設(shè)計出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如非常復(fù)雜,人類對蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少,很難設(shè)計出一個嶄新而又具有何行使功能知之甚少,很難設(shè)計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì),而且一個

13、嶄新的蛋白質(zhì)會帶生命功能作用的蛋白質(zhì),而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。來什么危害也是人們所擔(dān)心的。 19蛋白質(zhì)工程是應(yīng)怎樣的需求而崛起的?蛋白質(zhì)工程是應(yīng)怎樣的需求而崛起的? 蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要。蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要。 而結(jié)構(gòu)生物學(xué)對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生而結(jié)構(gòu)生物學(xué)對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生物功能的分析結(jié)果,為設(shè)計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。分子物功能的分析結(jié)果,為設(shè)計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。分子遺傳學(xué)的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供遺傳學(xué)的以定點突變?yōu)橹行牡幕?/p>

14、操作技術(shù)為蛋白質(zhì)工程提供了手段。了手段。 在已研究過的幾千種酶中,只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),在已研究過的幾千種酶中,只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),這些酶雖然在自然狀態(tài)下絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),這些酶雖然在自然狀態(tài)下有活性,但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)有活性,但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在,生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在,反應(yīng)溫度較高,在這種條件下,大多數(shù)酶會很快變性失活。提反應(yīng)溫度較高,在這種條件下,大多數(shù)酶會很快變性失活。提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是

15、工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來說,提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括:延長酶的半衰期,提高酶的熱說,提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括:延長酶的半衰期,提高酶的熱穩(wěn)定性,延長藥用蛋白的保存期,抵御由于重要氨基酸氧化引穩(wěn)定性,延長藥用蛋白的保存期,抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。起的活性喪失等。20你知道酶工程嗎?絕大多數(shù)酶都是蛋白你知道酶工程嗎?絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì),酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別?質(zhì),酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別? 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用,借助工程學(xué)酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用,借助工程學(xué)的手段,應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方的手段,應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說,酶工程是由酶制劑的生面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說,酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑,而沒有經(jīng)過通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑,而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)構(gòu),然

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