蛋白質工程 張

1、 生物產生的天然蛋白質是在長期進化過程生物產生的天然蛋白質是在長期進化過程中產生的，它的結構和性能不能完全滿足中產生的，它的結構和性能不能完全滿足人類生產生活的需要。人類生產生活的需要。例如：干擾素是動物體內的一種蛋白質是一種抗例如：干擾素是動物體內的一種蛋白質是一種抗病毒抗腫瘤的藥物，但在體外保存相當困難。于病毒抗腫瘤的藥物，但在體外保存相當困難。于是我們要對現(xiàn)有的蛋白質進行改造，制造出目前是我們要對現(xiàn)有的蛋白質進行改造，制造出目前從天然蛋白質中找不到的蛋白質。這樣人們由開從天然蛋白質中找不到的蛋白質。這樣人們由開始了新一輪的探索，蛋白質工程應運而生了。始了新一輪的探索，蛋白質工程應運而生了

2、。 一、蛋白質工程崛起的緣由一、蛋白質工程崛起的緣由滿足人類滿足人類生產和生生產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

3、改造改造改造二、蛋白質工程的基本原理二、蛋白質工程的基本原理 對天然蛋白質進行改造，對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，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：、目標： 根據(jù)人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋根據(jù)人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行分子設計。白質的結構進行分子設計。2、蛋白質工程的原理：、蛋白質工程的原理：3、基本途徑：、基本途徑：從預期的蛋白質功能出發(fā)從預期的蛋白質功能出發(fā)設計預期的蛋白質結構設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）

4、找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）蛋白質工程的概念 蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其與生物功能的關系作為及其與生物功能的關系作為基礎基礎，通過基，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造或制造一種新的蛋白質，以滿足人類對造或制造一種新的蛋白質，以滿足人類對生產和生活的需求。生產和生活的需求。 蛋白質工程是在基因工程的基礎蛋白質工程是在基因工程的基礎上，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。思考：思考：蛋白質工程操作程序的基本思蛋白質工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？路與基因工程有什么不

5、同？基因工程是遵循中心法則基因工程是遵循中心法則DNAmRNA蛋白質蛋白質折疊產生功能，基本上是折疊產生功能，基本上是生產出自然界已有的蛋白質生產出自然界已有的蛋白質。蛋白質工程是按照以下思路進行的：蛋白質工程是按照以下思路進行的：確定蛋白質的功能確定蛋白質的功能蛋白質應有的高級結構蛋白質應有的高級結構蛋白蛋白質應具備的折疊狀態(tài)質應具備的折疊狀態(tài)應有的氨基酸序列應有的氨基酸序列應有的應有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質的結構，設計相應能不能根據(jù)人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要

6、的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？的蛋白質食品呢？ 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。一些報道利用細菌生產人類需要的蛋白質往往都是自一些報道利用細菌生產人類需要的蛋白質往往都是自然界已經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而然界已經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有何行使功能知之甚少，很

7、難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。來什么危害也是人們所擔心的。 蛋白質的一級結構蛋白質的一級結構 蛋白質的二級結構蛋白質的二級結構 胰島素的三級結構胰島素的三級結構血紅蛋白質的四級結構血紅蛋白質的四級結構 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分球狀蛋白質分子，每個亞基子，每個亞基中各有一個含中各

8、有一個含亞鐵離子的血亞鐵離子的血紅素輔基。紅素輔基。 三、蛋白質工程的進展和前景三、蛋白質工程的進展和前景 1、蛋白質工程的誕生是有其理論與技術條件的，蛋白質工程的誕生是有其理論與技術條件的，它是隨著它是隨著分子生物學分子生物學、晶體學晶體學以及以及計算機技術計算機技術的發(fā)展而誕生的，與的發(fā)展而誕生的，與基因組學基因組學、蛋白質組學蛋白質組學、生物信息學生物信息學的發(fā)展等因素有關的發(fā)展等因素有關 2 2、現(xiàn)狀：成功的例子不多，、現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質主要是因為蛋白質發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結構發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科而科學家目前對大多數(shù)蛋白質的空間結構了解

9、很少學家目前對大多數(shù)蛋白質的空間結構了解很少。 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，酶工程與蛋白質工程有什么區(qū)別？質，酶工程與蛋白質工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方的手段，應用于生產、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品產和應用兩方面組成的。酶工程的應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

10、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酶制劑，而沒有經過通常所說的酶工程是用工程菌生產酶制劑，而沒有經過由酶的功能來設計酶的分子結構，然后由酶的分子結構由酶的功能來設計酶的分子結構，然后由酶的分子結構來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質工程的重點點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質工程的重點則在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白則在于對已存在的蛋白質分子的改造。當然，隨著蛋白質工程的發(fā)展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程質工程的發(fā)展，其成果也會應用到酶工程中，使酶

11、工程成為蛋白質工程的一部分。成為蛋白質工程的一部分。 你知道人類蛋白質組計你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了么關系？我國科學家承擔了什么任務？什么任務？ 人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域中的一項之后，生命科學乃至自然科學領域中的一項重大的科學命題。重大的科學命題。20012001年，國際人類蛋白質年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。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：一項是有中國科學家牽頭

12、執(zhí)行的學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質組計劃人類肝臟蛋白質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類血人類血漿蛋白質組計劃漿蛋白質組計劃”。 “ “人類肝臟蛋白質組計劃人類肝臟蛋白質組計劃”是國際上第一是國際上第一個人類組織器官的蛋白質組計劃，由我國賀個人類組織器官的蛋白質組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總部設在北京，目前重大國際科研協(xié)作計劃，總部設在北京，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。它的科學它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質目標是揭示并確認肝臟的蛋白質，為為重大肝病預防重大肝病預防、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基礎提供重要的科學基礎。 人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白質工程的有力推動和理論支持質工程的有力推動和理論支持。蛋白質工程就是在對蛋白質的化學、晶體學、蛋白質工程就是在對蛋白質的化學、