1.4　蛋白質(zhì)工程的崛起.ppt

1、1.4蛋白質(zhì)工程的崛起,1.蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,2.蛋白質(zhì)工程的基本原理,3.蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,學(xué) 習(xí) 目 標(biāo),1.基因工程的應(yīng)用 （1）基因工程的實(shí)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)生本不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。,原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。,（2）基因工程的不足：,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,天然蛋白質(zhì)是生物在長(zhǎng)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。,3.蛋白質(zhì)工程的目的,生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的蛋白質(zhì)。,2.天然蛋白質(zhì)的不足：,閱讀P26第二自然段思考： 科學(xué)家在干擾素的保存和玉

2、米的賴氨酸的產(chǎn)量上面臨什么樣的問題？如何解決這些問題？,天然蛋白質(zhì),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,基因工程只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì),產(chǎn)量提高,賴氨酸濃度,合成時(shí)需： 天冬氨酸激酶；二氫吡啶二羧酸合成酶,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,1.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)。,思考：對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)呢？,蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的三級(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

3、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)的四級(jí)結(jié)構(gòu),答：毫無疑問應(yīng)該從對(duì)基因的操作來實(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，基因決定蛋白質(zhì)，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。 （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。,改造現(xiàn)有蛋白質(zhì)的方法：,（1）通過改變蛋白質(zhì)肽鏈中的個(gè)別氨基酸或一段氨基酸序列 （2）改變肽鏈中的個(gè)別氨基酸時(shí)，通常采用定點(diǎn)誘變的技術(shù),-半胱氨酸-,體外很難保存,？如何改造,-絲氨酸-,體外可以保存半年,問題3、你能推測(cè)出干擾素基因改造前和改造后的該部

4、分序列嗎？ （半胱氨酸：UGU；絲氨酸：UCU）,干擾素,干擾素（改）,思考與討論,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,如何生產(chǎn)出一種全新的蛋白質(zhì)呢?,轉(zhuǎn)錄,DNA,RNA,翻譯,肽鏈,折疊等,具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì),表達(dá)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(jí)空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,途徑:,預(yù)期的蛋白質(zhì)功能,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,找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）,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,分子設(shè)計(jì),mRNA,生物功能,轉(zhuǎn)錄,翻譯,折疊,圖1-29蛋白質(zhì)工程流程圖,指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過基因

5、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)，以滿足人類的生生產(chǎn)和生活的需求。,蛋白質(zhì)工程的概念,三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,1、進(jìn)展P28： 對(duì)胰島素的改造，使其成為速效型藥品。,天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。,2、前景誘人： 探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。,3、難度很大： 主要是目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的了解還很不夠。,用蛋白質(zhì)工程制造的

6、電子元件具有體積小、 耗電少和效率高的特點(diǎn)。,目的基因,預(yù)期的蛋白質(zhì)功能,基因表達(dá)載體,合成基因,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)與表達(dá),預(yù)期蛋白質(zhì)功能 設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測(cè)氨基酸序列 推測(cè)核苷酸序列 合成DNA 表達(dá)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)自然界已有蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第二代基因工程。,自然界沒有的蛋白質(zhì),一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由： 基因工程原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。 二、蛋白質(zhì)工程的基本原理： 預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)預(yù)期蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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。 蛋白質(zhì)工程