蛋白質(zhì)工程的崛起

關于蛋白質(zhì)工程的崛起第1頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由基因工程的實質(zhì)：將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本身不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，從而表現(xiàn)出新的性狀?；蚬こ痰膶嵸|(zhì)：在原則上只能產(chǎn)生自然界已存在的蛋白質(zhì)?；蚬こ痰?頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(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)生產(chǎn)中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，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)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。天然蛋白質(zhì)的不足第3頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)符合特定物種生存需要。不一定符合人類生產(chǎn)、生活需要。干擾素治療病毒感染、癌癥。體外保存困難。改變分子結(jié)構(gòu)：半胱氨酸絲氨酸保存半年第4頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)量提高賴氨酸含量低合成時需：天冬氨酸激酶；二氫吡啶二羧酸合成酶。濃度影響蘇氨酸異亮氨酸天冬酰胺異亮氨酸第5頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)錄DNARNA翻譯肽鏈折疊等具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)表達生物特有的功能或性狀天然蛋白質(zhì)的合成過程遵循中心法則，并需經(jīng)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變第6頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？對基因的操作來實現(xiàn)：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進行改造比對蛋白質(zhì)改造要容易操作，難度要小得多。第7頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月2、蛋白質(zhì)工程的原理：3、基本途徑(中心法則的逆推)從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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）由預期的蛋白質(zhì)找到相對應的基因進行改造第8頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：

……—丙氨酸—色氨酸—賴氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—……（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。有多少種？（2）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（DNA）？第9頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）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庫中獲取。mRNA序列為：(1)GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）第11頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

通過物理化學與生物化學等技術了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，并借助計算機輔助設計、基因定點誘變和重組DNA技術改造基因，以定向改造天然蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)的技術。其中基因工程是關鍵技術。因此蛋白質(zhì)工程又被稱為第二代基因工程。蛋白質(zhì)工程的概念第12頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月基礎:以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關系作為基礎。手段:基因修飾或基因合成：借助計算機輔助設計、基因定點誘變和重組DNA技術二、蛋白質(zhì)工程的基本原理第13頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月目的:

對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類生產(chǎn)和生活的需要。第14頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月項目基因工程蛋白質(zhì)工程操作起點操作核心過程目標結(jié)果聯(lián)系目的基因預期的蛋白質(zhì)功能基因表達載體基因獲取目的基因→構(gòu)建表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與表達預期蛋白質(zhì)功能→設計蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)→推測氨基酸序列→推測核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上,延伸出來的第二代基因工程。因為對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)第15頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月異想天開能否根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報道利用細菌生產(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)非常復雜，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)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶來什么危害也是人們所擔心的。第16頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程現(xiàn)狀

蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，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)，而科學家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景第17頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程的前景

蛋白質(zhì)工程匯集了當代分子生物學等學科的一些前沿領域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來研究。蛋白質(zhì)工程將蛋白質(zhì)與酶的研究推進到嶄新的時代，為蛋白質(zhì)和酶在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的應用開拓了誘人的前景。蛋白質(zhì)工程開創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質(zhì)的新時期。第18頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

當前，蛋白質(zhì)工程修飾、改造的蛋白質(zhì)為數(shù)不算多，但進展較快。隨著基因組測序的國際聯(lián)合行動的快速進展，也帶來并已出現(xiàn)了蛋白質(zhì)高速發(fā)展的新階段。蛋白質(zhì)工程進展第19頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月1．醫(yī)藥方面

許多蛋白質(zhì)工程的目標是設法提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。在酶反應器中可延長酶的半衰期或增強其熱穩(wěn)定性，也可以延長治療用蛋白質(zhì)的貯存壽命或重要氨基酸抗氧化失活的能力。在這個領域已取得了一些重要研究成果。用蛋白質(zhì)工程來改造特殊蛋白質(zhì)為制造特效抗癌藥物開辟了新途徑。第20頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月2．在農(nóng)業(yè)方面

蛋白質(zhì)工程正在成為改造農(nóng)業(yè)，大幅度提高糧食產(chǎn)量的新途徑。近年來，美國坎布里奇的雷普里根公司的科研人員立題，以蛋白質(zhì)工程作為設計優(yōu)良微生物農(nóng)藥的新思路，他們實施對微生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行修改，僅此一舉，使微生物農(nóng)藥的殺蟲率提高了10倍。第21頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月

蛋白質(zhì)工程在工業(yè)上的應用取得的成果亦是很多?，F(xiàn)以改變酶的動力學特性研制出高效除污酶為例說明其應用價值。

另外，美國、日本等國家的科學工作者利用蛋白質(zhì)工程研制生物元件來取代“硅芯片”，研制生物計算機，開發(fā)生物傳感器的蛋白質(zhì)都取得了重大進展。還有利用蛋白質(zhì)（酶）生產(chǎn)模仿羊毛、蠶絲、蜘蛛絲，其強度高、質(zhì)量輕，均是蛋白質(zhì)工程取得的應用性研究成果。第22頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月2.提示：

基因工程是遵循中心法則，從DNA→mRNA→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行的：確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應有的高級結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應具備的折疊狀態(tài)→應有的氨基酸序列→應有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。第23頁，課件共25頁，創(chuàng)作于2023年2月你知道酶工程嗎？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，借助工程學的手段，應用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)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。通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)