1.4　蛋白質(zhì)工程的崛起 (11)

1、工廠的模具和產(chǎn)品生命的模具和產(chǎn)品專題1 基因工程1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起資料1： 干擾素是動物或人體細(xì)胞收到侵染后產(chǎn)生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所有病毒的感染。蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈基因DNAmRNA生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯折疊科技探索之路議一議：細(xì)胞內(nèi)的干擾素基因是如何指導(dǎo)干擾素的合成的？資料2：干擾素是抗病毒的特效藥，可用于醫(yī)學(xué)治療。傳統(tǒng)的方法是從人血液的白細(xì)胞中提取。每300L血液中提取1mg。用傳統(tǒng)的方法獲取人的干擾素有何缺陷？科技探索之路探究一：如何能大量生產(chǎn)純度較高的人的干擾素？（請同學(xué)們設(shè)計(jì)出具體方案）新的問題：干擾素在體外很難保存提示：經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)將其中第17位的半胱氨酸變成絲氨酸

2、，則可在-70保存半年。探究二：如何在體外大量生產(chǎn)易保存的干擾素？科技探索之路蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈基因DNA預(yù)期功能DNA合成分子設(shè)計(jì)mRNA蛋白質(zhì)工程流程圖蛋白質(zhì)工程的基本原理問題一：從對干擾素生產(chǎn)及改造的歷程來看，你認(rèn)為蛋白質(zhì)工程崛起的原因是什么？舉例蛋白質(zhì)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。人類生產(chǎn)和生活的需求，要改造蛋白質(zhì)思考與討論基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。這些天然蛋白質(zhì)是生物在長期進(jìn)化過程中形成的,它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要,卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。酶工程是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(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

3、的一門科學(xué)技術(shù)。酶工程的重點(diǎn)是對已存在酶的合理充分利用。而蛋白質(zhì)工程重點(diǎn)是對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。問題二：你認(rèn)為要實(shí)施蛋白質(zhì)工程，實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造，最基礎(chǔ)的理論是什么？蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的規(guī)律以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系思考與討論1953年,英國生物化學(xué)家桑格破譯出牛胰島素的全部結(jié)構(gòu)。開辟了人類認(rèn)識蛋白質(zhì)分子化學(xué)結(jié)構(gòu)的道路。1965年9月，中國科學(xué)家人工合成了具有全部生物活力的結(jié)晶牛胰島素，它是第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室中用人工方法合成的蛋白質(zhì)。2002年10月，三位科學(xué)家獲諾貝爾化學(xué)獎，因?yàn)閯?chuàng)建了利用核磁共振波確定溶液中蛋白質(zhì)等

4、生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法。使科學(xué)家能快速可靠確認(rèn)生物大分子，并獲得它們的三維結(jié)構(gòu)。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)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年，該組織正式啟動了兩項(xiàng)重大國際合作行動：一項(xiàng)由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”視野拓展“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國際人第一個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京。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

5、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蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持。視野拓展問題三：從基因工程和蛋白質(zhì)工程的基本思路和最終得到的蛋白質(zhì)來看，你認(rèn)為兩者有何不同點(diǎn)？問題四：通過以上內(nèi)容的學(xué)習(xí)，你認(rèn)為什么是蛋白質(zhì)工程？請你嘗試給蛋白質(zhì)工程下一個(gè)定義？思考與討論蛋白質(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)，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對生產(chǎn)和生活的需求。前提：了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能途徑：改造基因目的：定向改造或制造蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)工程的概念基因工程蛋白質(zhì)工程相同點(diǎn)都要改造基因，都屬于分子水平產(chǎn)生新的 （基因或基因型）基

6、因型，無新基因基因（型）產(chǎn)生的蛋白質(zhì)原有的新的聯(lián)系蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ)，是基因工程的應(yīng)用和延伸基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列多肽鏈基因DNA預(yù)期功能DNA合成分子設(shè)計(jì)mRNA生物功能轉(zhuǎn)錄翻譯折疊基因工程和蛋白質(zhì)工程的比較異亮氨酸蘇氨酸天門冬酰胺天門冬酰胺熱穩(wěn)定性提高50酵母菌丙糖磷酸異構(gòu)酶工業(yè)生產(chǎn)上蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景第8因子第9因子C蛋白凝血酶抗胰蛋白酶血纖蛋白原白蛋白市場需求量304 g4 kg10 kg21 kg5 t150 kg315 t單價(jià)（美元g）290萬4萬1萬7 0005001 0003.50價(jià)值（億美元）8.821.601.001.502.501.

7、5011.20 以蛋白質(zhì)藥物為主體的生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)將成為新世紀(jì)的朝陽產(chǎn)業(yè)和龍頭企業(yè)。美國是世界生物工程產(chǎn)業(yè)的龍頭，其生物工程公司占全球總數(shù)的55%，銷售額占全球生物工程產(chǎn)品銷售總額的82%；生物工程上市公司市值達(dá)3000多億美元。一些醫(yī)用蛋白的需求情況蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景 傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的芯片是用半導(dǎo)體材料硅制成的，1毫米見方的硅片上最多不能超過25萬個(gè)。用蛋白質(zhì)制造的電腦芯片，因?yàn)樗囊粋€(gè)存儲點(diǎn)只有一個(gè)分子大小，在1平方毫米的面積上即可容納數(shù)億個(gè)電路。存儲量可以達(dá)到普通電腦的10億倍。 生物芯片傳遞信息時(shí)阻抗小，耗能低，較好地解決了散熱問題。神奇的生物電腦蛋白質(zhì)工程目前的現(xiàn)狀：成功的例子不多，主

8、要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景主要從事細(xì)胞凋亡及膜蛋白兩個(gè)領(lǐng)域的研究。在Smad對TGF-的調(diào)控機(jī)理、磷酸酶PP2A的結(jié)構(gòu)生物學(xué)方面做出過有國際影響的工作。曾獲國際賽克勒生物物理學(xué)獎、香港求是科技基金會杰出科學(xué)家獎、談家楨生命科學(xué)終身成就獎、瑞典皇家科學(xué)院頒發(fā)的2014年度愛明諾夫獎等獎項(xiàng)。美國藝術(shù)與科學(xué)院院士、美國國家科學(xué)院外籍院士、歐洲分子生物學(xué)組織外籍成員。施一公：中國科學(xué)院院士、結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、清華教授。1989年畢業(yè)于清華大學(xué)，1995年在美國約翰霍普金斯大學(xué)獲博士。蛋白質(zhì)工程目標(biāo)：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)

9、功能的特定需求，對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。操作對象：DNA和蛋白質(zhì)分子操作過程：預(yù)期的蛋白質(zhì)功能 預(yù)期設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列 找到響應(yīng)的脫氧核苷酸序列課 堂 小 結(jié)1、運(yùn)用某生物工程技術(shù)將毒性肽融合進(jìn)入抗體分子，制造出“導(dǎo)彈藥物”，它可自動瞄準(zhǔn)和攻擊體內(nèi)的靶組織或靶細(xì)胞(如癌細(xì)胞)。此技術(shù)是() A基因工程B細(xì)胞工程 C蛋白質(zhì)工程 D胚胎工程 答案：C鞏固訓(xùn)練：2、以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說法正確的是：（ ） A. 蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ) B. 蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造 C. 蛋白質(zhì)工程只能生產(chǎn)天然的蛋白質(zhì) D. 蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是改造蛋白質(zhì)答案：A20種氨基酸的密碼子表討論一：1.根據(jù)干擾素的實(shí)施改造的歷程，你認(rèn)為蛋白質(zhì)工程崛起的原因是什么？你能例舉哪些蛋白質(zhì)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用？2.你認(rèn)為實(shí)施蛋白質(zhì)工程，實(shí)現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改造。最基礎(chǔ)的理論條件是什么？SSGLyLIeValGluGLnCysThrSerLleCysSerLeuTyrGlnLeuGluAsnTyrCysAsn15101521PheValAsnGlnHisLeuCysGlySerHisLeuValGluAlaLauTyrCysLeuValCysGlyGluArgGlyPhePhe