蛋白質(zhì)工程施以回春妙手將T4溶菌酶的3位異亮氨酸換成半胱氨酸

選修3現(xiàn)代生物技術(shù)專題第三節(jié)蛋白質(zhì)工程考考你蛋白質(zhì)工程學習目標一.概述蛋白質(zhì)工程崛起的原因；二.簡述蛋白質(zhì)工程的基本原理；（目的、實質(zhì)、流程、前提條件、關(guān)鍵技術(shù)）三.查閱并交流蛋白質(zhì)工程的應用實例。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由第一代胰島素——動物胰島素

20世紀80年代以前，用于臨床的第一代胰島素幾乎都是從豬、牛的胰臟中提取的，故稱為動物胰島素。由于動物與人的胰島素結(jié)構(gòu)有差異，極易激活人體的免疫反應，導致患者出現(xiàn)過敏反應。問題：如何獲得大量的人胰島素？第二代胰島素——人胰島素20世紀80年代，丹麥的諾和諾德公司率先通過基因工程的方法，將人胰島素基因?qū)牍こ叹?，生產(chǎn)出大量高純度的人胰島素。它的結(jié)構(gòu)和人體自身分泌的胰島素完全一樣，不會產(chǎn)生過敏反應。問題：基因工程有沒有創(chuàng)造出自然界中不存在的蛋白質(zhì)？

由于胰島素分子容易聚合成二聚體或多聚體，將其注射到人體后會堆積在皮下，要經(jīng)過較長時間才能進入血液，因此患者要在飲食前30~60min注射胰島素。

蛋白質(zhì)工程應運而生！對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？天然蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能往往無法完全滿足人類的需求，需要被改造！(1)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜，對其直接改造操作非常困難。即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子也無法遺傳。（2）基因編碼蛋白質(zhì)，對基因進行改造后，通過轉(zhuǎn)錄和翻譯，得到的蛋白質(zhì)也發(fā)生了改變，并且可以遺傳下去。蛋白質(zhì)工程的實質(zhì)——改造基因蛋白質(zhì)工程——第二代基因工程如何設(shè)計出適合人類需求的新基因（脫氧核苷酸序列）?功能分析結(jié)構(gòu)分析氨基酸序列脫氧核苷酸序列（速效型胰島素）（單體）（B28賴氨酸-B29脯氨酸）（新基因）(天然人胰島素)(二聚體或多聚體)（B28脯氨酸-B29賴氨酸）（原有基因）設(shè)計出新基因（目的基因）后，怎么合成目的基因，并在生物體內(nèi)表達出目的蛋白質(zhì)?若將人胰島素B鏈的氨基酸排序由B28脯氨酸-B29賴氨酸改為B28賴氨酸-B29脯氨酸，就不會形成二聚體。基因定點誘變技術(shù)的示意圖（結(jié)合PCR技術(shù)）用一句話概括蛋白質(zhì)工程的概念①前提條件：②關(guān)鍵技術(shù)：②實質(zhì)：③目的：蛋白質(zhì)工程（P30）:是指通過物理化學與生物化學等技術(shù)了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,并借助計算機設(shè)計、基因定點誘變和重組DNA技術(shù)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(shù)。了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系改造基因（基因修飾或基因合成）定向改造蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造自然界中不存在的蛋白質(zhì)計算機設(shè)計、基因定點誘變、重組DNA技術(shù)

2005年，諾和諾德公司再次率先利用蛋白質(zhì)工程的方法將人胰島素進行改造，得到的第三代胰島素類似物在中國上市。

與人胰島素相比，胰島素類似物在起效時間、作用持續(xù)時間上更貼合人體的需要。

第三代胰島素——胰島素類似物第四代胰島素——口服胰島素？基因工程

蛋白質(zhì)工程

聯(lián)系以基因工程為基礎(chǔ)，是延伸出來的第二代基因工程區(qū)別蛋白質(zhì)工程與基因工程有什么區(qū)別和聯(lián)系？①基因工程是將一種生物的基因?qū)肓硪环N生物體內(nèi)表達，無新基因的產(chǎn)生；而蛋白質(zhì)工程則改造基因，產(chǎn)生新基因。②基因工程產(chǎn)生自然在已有的蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)工程可以創(chuàng)造自然界中不存在的蛋白質(zhì)。四、蛋白質(zhì)工程的應用應用：提高酶的熱穩(wěn)定性高溫下，酶肽鏈中的天門冬酰胺和谷氨酰胺易發(fā)生脫氨反應，導致酶的結(jié)構(gòu)被破壞，進而酶喪失功能。途徑：將天門冬酰胺和谷氨酰胺轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌被?。實例：酵母菌的丙糖磷酸異?gòu)酶上又兩個天門冬酰胺，分別轉(zhuǎn)變?yōu)樘K氨酸和異亮氨酸后，酶的熱穩(wěn)定性提高了將近50%。

生產(chǎn)奶酪時用來殺菌的T４溶菌酶,在工作環(huán)境溫度６７℃下,３小時后活力僅剩下０.２％,這樣就無法維持正常生產(chǎn)。

蛋白質(zhì)工程施以回春妙手,將T４溶菌酶的３位異亮氨酸換成半胱氨酸，再跟９７位半胱氨酸聯(lián)接起來。這樣，它在６７℃下反應３小時后,活性絲毫未減！

應用：提高酶的熱穩(wěn)定性（第四組）鼠抗體人抗體恒定區(qū)恒定區(qū)可變區(qū)可變區(qū)嵌合抗體對人體的不良反應減少制藥領(lǐng)域上應用：鼠-人嵌合抗體應用：干擾素的保存（第六組）天然的干擾素在體外保存相當困難。如果將其分子上的一個半胱氨酸變成絲氨酸，那么在—70℃的條件下，可以保存半年。1．關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，下列說法不正確的是（）A．是生物在長期進化過程中形成的B．它們的結(jié)構(gòu)和功能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)和生活的需要練習檢測練習檢測2．下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法錯誤的是（）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蛋白質(zhì)分子直接進行操作，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3、蛋白質(zhì)工程是新崛

起的一項生物工程，又稱第二代基因工程。下圖示意蛋白質(zhì)工程流程，圖中A、B在遺傳學上依次表示（

）A．轉(zhuǎn)錄和翻譯

B．翻譯和轉(zhuǎn)錄

C．復制和轉(zhuǎn)錄

D．傳遞和表達練習檢測4、將人的干擾素基因通過基因定點突變，使于擾素第17位的半胱氨酸改變成絲氨酸，改造后的干擾素比天然干擾

素的抗病毒活性和穩(wěn)

定性顯著提高，此項技術(shù)屬于（

）A．蛋白質(zhì)工程

B.細胞工程

C．胚胎工程

D．生態(tài)工程練習檢測基因DNA氨基酸多肽鏈蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析功能分析生物功能mRNA折疊中心法則蛋白質(zhì)工程CBADDNA合成或改造分子設(shè)計轉(zhuǎn)錄翻譯①寫出字母A、B、C、D代表的含義：基因會發(fā)生突變，突變可以自發(fā)，也可以誘發(fā)，這是每個稍有生物學知識的人都知道的常識。但在加拿大生物化學家M·史密斯（1932－2000）發(fā)明定點突變法之前，突變株的產(chǎn)生必須經(jīng)由自然界或用化學等方法誘使基因體突變。這類方法屬于隨機突變，突變株必須在生物性狀上有所改變，才能確定有突變發(fā)生，但除非用分子生物方法或遺傳方法找到此突變處，否則無法確定突變位置。也就是說，這種突變是盲目的。而史密斯發(fā)明的定點突變法卻是有目的的，該法可經(jīng)由設(shè)計好的寡核苷酸，在任何一個基因片段上進行隨意或設(shè)計好的突變，也就是說，這種突變是預先設(shè)定好的，所以也有人將該法稱為“反遺傳法”。有意思的是這一給生命科學研究及應用領(lǐng)域帶來革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡時閑聊出來的?，F(xiàn)在，幾乎每個生物實驗室都會用定點突變法來研究基因或蛋白質(zhì)的功能。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)計各種處理條件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設(shè)計編碼該蛋白的基因改造方案，如定點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。練習檢測1．蛋白質(zhì)工程中直接需要進行操作的對象是（）Ａ．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)2、下列說法正確的是（）A.蛋白質(zhì)工程和基因工程的目的都是獲得人類需要的蛋白質(zhì)，二者沒有本質(zhì)區(qū)別B.基因工程是蛋白質(zhì)工程的關(guān)鍵技術(shù)C.通過蛋白質(zhì)工程改造的蛋白質(zhì)