最新白質(zhì)工程的崛起

1、蛋白質(zhì)工程的崛起蛋白質(zhì)工程的崛起異想天開2.在該過(guò)程中涉及到的遺傳信息的流向是怎樣的?(請(qǐng)參考中心法則用圖解表示)3.酵母菌生產(chǎn)的干擾素分子與生物體內(nèi)生成的干擾素有相同功能嗎？它們生物功能的完成是以什么為基礎(chǔ)的？請(qǐng)分析一個(gè)有活性的干擾素分子的結(jié)構(gòu)層次，請(qǐng)用簡(jiǎn)單的圖解表示。知識(shí)回顧：1.用基因工程的方法讓酵母菌為人類生產(chǎn)干擾素應(yīng)該如何設(shè)計(jì)？請(qǐng)你用流程圖的形式做簡(jiǎn)單概括。獲取目的基因構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測(cè)與鑒定3.酵母菌生產(chǎn)的干擾素分子與生物體內(nèi)生成的干擾素有相同功能嗎？它們生物功能的完成是以什么為基礎(chǔ)的？請(qǐng)分析一個(gè)有活性的干擾素分子的結(jié)構(gòu)層次，請(qǐng)用簡(jiǎn)單的圖解表示。知識(shí)回顧：1.用

2、基因工程的方法讓酵母菌為人類生產(chǎn)干擾素應(yīng)該如何設(shè)計(jì)？請(qǐng)你用流程圖的形式做簡(jiǎn)單概括。2.在該過(guò)程中涉及到的遺傳信息的流向是怎樣的?(請(qǐng)參考中心法則用圖解表示)雖然酵母菌中合成的干擾素量很多，但是多數(shù)干擾素分子在體外條件下很快失去活性。問(wèn)題2：如果要解決干擾素在體外容易失活問(wèn)題，可以從哪里入手來(lái)進(jìn)行研究？問(wèn)題1：“干擾素容易失活”是不是說(shuō)明在機(jī)體免疫中干擾素并不是一種很有效的免疫物質(zhì)？提示：干擾素是機(jī)體受到病毒感染時(shí)產(chǎn)生的一種糖蛋白，通過(guò)與干擾素受體結(jié)合發(fā)揮作用，之后被分解。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由滿足人類生產(chǎn)和生活的需要例1：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（

3、352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年-70 例2： 絕大多數(shù)酶不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)體系中常有酸、堿或有機(jī)溶劑存在，反應(yīng)溫度較高，大多數(shù)酶會(huì)很快變性失活。 提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括： 延長(zhǎng)酶的半衰期， 提高酶的熱穩(wěn)定性， 延長(zhǎng)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。1、你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？ 旁欄思考題 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科

4、學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2001年，國(guó)際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。 “人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀福初院士牽頭，這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京，目前有16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的80多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)

5、工程的有力推動(dòng)和理論支持。二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、天然蛋白質(zhì)的合成過(guò)程DNA（基因）轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯蛋白質(zhì)基因 表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯） 形成氨基酸序列的多肽鏈 形成具有高級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì) 行使生物功能2、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo) 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。2.對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？答：毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子

6、還是無(wú)法遺傳的。（2）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。旁欄思考題 3、蛋白質(zhì)工程的基本途徑（三）過(guò)程設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)功能推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因） 教材討論：某多肽的一段氨基酸序列為： 丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸UGGGUUGUCGUAGUG AAAAAGAUGUUUUUCmRNADNA CAAACCTTTTACAAA GTTTGGAAAATGTTT 根據(jù)目的基因的堿基序列，可以用DNA合成儀進(jìn)行化學(xué)合成目的基因。分子設(shè)計(jì)折疊氨基酸序列多肽鏈 翻譯mRNA轉(zhuǎn)錄基因DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) 四 級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)生物功能蛋白質(zhì)

7、工程分子設(shè)計(jì)預(yù)期功能蛋白質(zhì)工程流程圖基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)期蛋白質(zhì)功能DNA合成分子設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)工程實(shí) 質(zhì)將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本不能生產(chǎn)的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新性狀。目 的對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的要求目 標(biāo)根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。原 理基因改造。關(guān)鍵技術(shù)基因工程前提條件了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對(duì)生產(chǎn)和生活的

8、需求。（第二代基因工程）前提：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能原理：改造基因（基因修飾或基因合成）目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測(cè)定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響；（5）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如定點(diǎn)突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測(cè)后投入實(shí)際使用。 理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報(bào)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(jì)

9、出來(lái)而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)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(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子就是由二個(gè)由141個(gè)氨基酸殘基組成的亞基和二個(gè)由146個(gè)氨基酸殘基組成的亞基按特定的接觸和排列組成的一個(gè)球狀蛋白質(zhì)分子，每個(gè)亞基中各有一個(gè)含亞鐵離子的血紅素輔基。 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)二

10、是確定蛋白質(zhì)的化學(xué)組及空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從氨基酸序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和生理功能，設(shè)計(jì)合成具有特定生物功能的全新蛋白質(zhì)，而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造控制蛋白質(zhì)合成的相應(yīng)基因中脫氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用與蛋白質(zhì)工程。 基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較基因工程是遵循中心法則，從DNAmRNA蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的堿基排列。 可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。 比較基因工程和蛋白質(zhì)工程基因工程

11、蛋白質(zhì)工程相同點(diǎn)產(chǎn)生新的產(chǎn)生的蛋白質(zhì)聯(lián)系 比較基因工程和蛋白質(zhì)工程基因工程蛋白質(zhì)工程相同點(diǎn)產(chǎn)生新的產(chǎn)生的蛋白質(zhì)聯(lián)系都要改造基因，都屬于分子水平基因型，無(wú)新基因基因（型）原有的新的蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，是基因工程的應(yīng)用和延伸三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景1、科學(xué)家通過(guò)對(duì)胰島素的改造，已使其成為速效型藥品。2、生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。3、蛋白質(zhì)工程目前成功的例子不多,原因是對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)了解不夠。但隨著科學(xué)技術(shù)的深入發(fā)展，它將會(huì)給人類帶來(lái)更多的福音。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？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助

12、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(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說(shuō)，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)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說(shuō)的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對(duì)已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。 1 關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說(shuō)法不正確的是（ ）A是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的B它們的結(jié)構(gòu)和功能

13、符合特定物種生存的需要C構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種D一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要練習(xí)檢測(cè)D2蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對(duì)象是( ) 氨基酸結(jié)構(gòu) B蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu) C肽鏈結(jié)構(gòu) D基因結(jié)構(gòu) 3下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）A.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要B.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu)C.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子D.蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程4、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的是 （ ）A、蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)B、蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸C、蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造D、蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì) 5、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（）蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)DNA合成預(yù)期蛋白質(zhì)功能根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A B C D6、蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程，其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是（）A氨基酸種類增多 B氨基酸