蛋白質(zhì)工程的崛起

1、怎樣讓一種生物的性狀在另一種生物中表達(dá)？ 在種內(nèi)可以用常規(guī)的雜交育種的辦法實(shí)現(xiàn)，但要使有生殖隔離的種間生物實(shí)現(xiàn)基因交流，就顯得力不從心了,則應(yīng)采用什么技術(shù)？雜交育種雜交育種基因工程基因工程思考 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生的，它的結(jié)構(gòu)和性能不能完全滿(mǎn)足中產(chǎn)生的，它的結(jié)構(gòu)和性能不能完全滿(mǎn)足人類(lèi)生產(chǎn)生活的需要。人類(lèi)生產(chǎn)生活的需要。例如：干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)是一種抗例如：干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)是一種抗病毒抗腫瘤的藥物，但在體外保存相當(dāng)困難。于病毒抗腫瘤的藥物，但在體外保存相當(dāng)困難。于是我們要對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前是我們要對(duì)現(xiàn)

2、有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們由開(kāi)從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們由開(kāi)始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。 你知道人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)你知道人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)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(guó)科學(xué)家承擔(dān)了么關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？什么任務(wù)？ 人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類(lèi)基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。重大的科學(xué)命題。20012001年，國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)年，國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之

3、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(dòng)兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行為：一項(xiàng)是有中國(guó)科動(dòng)兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行為：一項(xiàng)是有中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類(lèi)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)行的另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類(lèi)血人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”。 “ “人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)人類(lèi)是國(guó)際上第一個(gè)人類(lèi)組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀福初院士牽頭，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，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

4、，目前有總部設(shè)在北京，目前有1616個(gè)國(guó)家和地區(qū)的個(gè)國(guó)家和地區(qū)的8080多個(gè)實(shí)驗(yàn)多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)室報(bào)名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)質(zhì)，為重大肝病預(yù)防為重大肝病預(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)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(mǎn)足人類(lèi)滿(mǎn)足人類(lèi)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(lài)氨酸含量比較低玉米中賴(lài)氨酸含量比較低天冬氨酸激酶天

5、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(lài)氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴(lài)氨酸含量可提高數(shù)倍改造改造改造改造二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)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，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)？還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？1、目標(biāo)：、目標(biāo)： 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋根據(jù)人們對(duì)蛋

6、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)。白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。 通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛驔Q定通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榛驔Q定蛋白質(zhì)的合成。蛋白質(zhì)的合成。2、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(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）.蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？程有什么不同？答：基因工程是遵循中心法則，答：基因工程是遵循中

7、心法則，DNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能，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)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：蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨應(yīng)有的氨基酸序列基酸序列應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)然界不存在的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、作蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、作用機(jī)制以及與其同源蛋白質(zhì)生理功能的必要用機(jī)制以及與其同源蛋白質(zhì)生理功能

8、的必要基礎(chǔ)基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)包括：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)包括： （1）組成蛋白質(zhì)的多肽鏈的數(shù)目；）組成蛋白質(zhì)的多肽鏈的數(shù)目； （2）多肽鏈的氨基酸順序；）多肽鏈的氨基酸順序； （3）多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。）多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu):指蛋白質(zhì)多肽鏈本身的折疊和盤(pán)繞的方式。二級(jí)結(jié)構(gòu)主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角。 胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)分子處于它的天然折疊狀態(tài)的三維構(gòu)蛋白質(zhì)分子處于它的天然折疊狀態(tài)的三維構(gòu)象。三級(jí)結(jié)構(gòu)是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤(pán)繞，象。三級(jí)結(jié)構(gòu)是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤(pán)繞，折疊形成

9、的。折疊形成的。 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(lài)氨酸賴(lài)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(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái)。有多少種？列？請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫(xiě)出來(lái)。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）？）？（1 1）mRNAmRNA序列為：序列為： GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGU

10、UUAUGUUU（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(lèi)的需要改造它，通過(guò)人工合成的方法或從基因類(lèi)的需要改造它，通過(guò)人工合成的方法或從基因庫(kù)中獲取。庫(kù)中獲取。蛋白質(zhì)工程的概念 蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律蛋白質(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)及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改因修飾或基因合

11、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)，造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)以滿(mǎn)足人類(lèi)對(duì)生產(chǎn)和生活的需求。生產(chǎn)和生活的需求。前提前提：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能原理原理：改造基因（基因修飾或基因合成）改造基因（基因修飾或基因合成）目的：目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)定向改造或制造蛋白質(zhì) 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(lái)的上，延伸出來(lái)的第二代基因工程第二代基因工程。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(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)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)的蛋白質(zhì)而氨基酸排序由基因決定

12、，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，用于蛋白質(zhì)工程。，用于蛋白質(zhì)工程。 能不能根據(jù)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)能不能根據(jù)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)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(lèi)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(lèi)所需要的蛋白質(zhì)食品呢？的蛋白質(zhì)食品呢？ 理論上講可以，但目前還沒(méi)有真正成功的例子。理論上講可以，但目前還沒(méi)有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)需要的蛋白質(zhì)往往都是自一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類(lèi)需要的蛋

13、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)出來(lái)而然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)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)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(lèi)對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如非常復(fù)雜，人類(lèi)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。來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。 三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景 1、蛋白質(zhì)工程

14、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(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)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?yàn)榈鞍踪|(zhì)主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴(lài)于正確的空間結(jié)構(gòu)發(fā)揮其功能需要依賴(lài)于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科而科學(xué)家目前對(duì)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(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。 1.關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的關(guān)于基因工程和蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確

15、的是（是（ ） A都是分子水平上的操作都是分子水平上的操作 B基因工程就是改造基因的分子結(jié)構(gòu)基因工程就是改造基因的分子結(jié)構(gòu) C蛋白質(zhì)工程就是改造蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)工程就是改造蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) D基因工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的基基因工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的基因，蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界根本不存在因，蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生自然界根本不存在的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)A2.蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（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)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) DNA合成合成 預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能 據(jù)氨基酸序列推出脫氧據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列核苷酸序列 A. B. C. D.C 3.3.枯草桿菌產(chǎn)生的蛋白酶具有催化分解蛋白質(zhì)的特枯草桿菌產(chǎn)生的蛋白酶具有催化分解蛋白質(zhì)的特性，但極易被氧化而失效。性，但極易被氧化而失效。19851985年，美國(guó)的埃斯年，美國(guó)的埃斯特爾將枯草桿菌蛋白酶分子中的第特爾將枯草桿菌蛋白酶分子中的第222222位氨基酸替位氨基酸替換后，雖然其水解活性有所下降，但抗氧化能力換后，雖然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。用這種水解酶作為洗滌劑的添加劑，大大提高。用這種水解酶作為洗滌劑的添加劑，可以有效地除去血漬、奶漬等蛋白質(zhì)污漬?？梢杂行У爻パ獫n、奶漬等