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1、关于蛋白质工程的崛起(5)第1页，讲稿共26张，创作于星期三思考：如果想让某一个生物的性状在思考：如果想让某一个生物的性状在另外一个生物的身上表达，常用的方另外一个生物的身上表达，常用的方法有哪些？法有哪些？1、在种内可以用什么方法？、在种内可以用什么方法？杂交育种杂交育种 2、在种间可以用什么方法？、在种间可以用什么方法？基因工程育种基因工程育种 一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由第2页，讲稿共26张，创作于星期三基因工程的实质基因工程的实质：将一种生物的将一种生物的 转移到另转移到另一种生物体内，后者产生它本不能一种生物体内，后者产生它本不能产的产的 ，进而表现出，进而表现出
2、 。基因基因蛋白质蛋白质新的性状新的性状第3页，讲稿共26张，创作于星期三 基因工程在原则上只能生产自基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。然界已存在的蛋白质。这些蛋白质的结构和功能符合特定物这些蛋白质的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。人类生产和生活的需要。基因工程的局限性：基因工程的局限性：第4页，讲稿共26张，创作于星期三例如：干扰素是由动物体内的效应干扰素是由动物体内的效应T T细胞产细胞产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所有病毒引起的感染。同时，在治疗癌症方毒引起的感染。同时，在治疗
3、癌症方面也有十分可观的疗效。但是，干扰面也有十分可观的疗效。但是，干扰素在体外保存相当困难。素在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个如果将其分子上的一个半胱氨酸半胱氨酸变成变成丝氨酸丝氨酸，在，在-70oC的条件下，可以保存的条件下，可以保存半年半年。第5页，讲稿共26张，创作于星期三玉米中赖氨酸的含量比较低。玉米中赖氨酸的含量比较低。赖氨酸的合成机理：赖氨酸的合成机理：天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶前体物质前体物质赖氨酸赖氨酸负反馈调节负反馈调节天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬
4、酰胺）位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）第6页，讲稿共26张，创作于星期三在已研究过的在已研究过的几千种几千种酶中，只有酶中，只有极少极少数数可以应用于工业生产，绝大多数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然虽然在自然状态下有活性在自然状态下有活性，但，但在工业在工业生产中没有活性或活性很低生产中没有活性或活性很低。这是因。这是因为工业生产中每一步的反应体系中常为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应常会有酸、碱或有机
5、溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快会很快变性失活变性失活。第7页，讲稿共26张，创作于星期三 目前科学家尝试通过对目前科学家尝试通过对蛋白质蛋白质结构结构的改造，来延长的改造，来延长酶的半衰期，提高酶的热稳定酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等，取得了一定的的活性丧失等，取得了一定的进展。进展。第8页，讲稿共26张，创作于星期三干扰素的体外保存困难干扰素的体外保存困难玉米中赖氨酸的含量较低玉米中赖氨酸的含量较低工业生产中蛋白质类酶的稳定性低
6、工业生产中蛋白质类酶的稳定性低 这些在科学研究和工业生产中亟待这些在科学研究和工业生产中亟待解决的难题均无法通过解决的难题均无法通过基因工程基因工程来完成。来完成。人们开始着眼于人们开始着眼于对现有蛋白质的改造对现有蛋白质的改造，以，以及及制造目前从天然蛋白质中找不到的蛋制造目前从天然蛋白质中找不到的蛋白质白质。就这样，就这样，蛋白质工程蛋白质工程应运而生，应运而生，并迅速崛起。并迅速崛起。第9页，讲稿共26张，创作于星期三二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理1 1、目标：、目标：根据人们对蛋白质功能的根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进特定需求，对蛋白质的结构进行分子
7、设计。行分子设计。怎么操作呢？怎么操作呢？第10页，讲稿共26张，创作于星期三逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链复制复制复制复制折叠折叠等等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变第11页，讲稿共26张，创作于星期三2、蛋白质工程的原理：、蛋白质工程的原理：基因改造基因改造3、基本途径：、基本途径：从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推
8、测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）第12页，讲稿共26张，创作于星期三讨论：讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙苯丙氨酸氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC（1 1）怎样得出决）怎样得出决定这一段肽链的脱定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列把相应的碱基序列写出来。写出来。第13页，讲稿共26
9、张，创作于星期三（2 2）确定目的基因的碱基序确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目列后，怎样才能合成或改造目的基因（的基因（DNADNA）？）？可以通过可以通过人工合成人工合成的方法获的方法获取或取或基因的定点诱变技术基因的定点诱变技术来改变。来改变。第14页，讲稿共26张，创作于星期三蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念蛋白质工程是指以蛋白质分子的蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律结构规律及其与生物功能的关系及其与生物功能的关系作为基础，通过作为基础，通过基基因修饰或基因合成因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行，对现有蛋白质进行改改造或制造一种新的蛋白质造或制造一种新的蛋白质，以，以满
10、足满足人类对人类对生产和生活的生产和生活的需求需求。前提前提：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能原理原理：改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）目的：目的：定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质第15页，讲稿共26张，创作于星期三蛋白质工程与基因工程的比较：蛋白质工程与基因工程的比较：项目项目 基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程方法过程方法过程 结果结果 联系联系通过对基因的改造来实现通过对基因的改造来实现通过对基因的改造来实现通过对基因的改造来实现对它所编码的蛋白质的定对它所编码的蛋白质的定对它所编码的蛋白质的定对它所编码的蛋白质的定向改造向改造向改造向改
11、造基因的剪切、拼接导入、基因的剪切、拼接导入、表达表达创造自然界原本没有的、具创造自然界原本没有的、具创造自然界原本没有的、具创造自然界原本没有的、具优良特性蛋白质优良特性蛋白质优良特性蛋白质优良特性蛋白质所获得的蛋白质是自然所获得的蛋白质是自然界已存在的界已存在的操作对象都是基因，蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程。第16页，讲稿共26张，创作于星期三蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质工程的主要步骤通常包括：（1）从生物体中）从生物体中分离纯化分离纯化目的目的蛋白蛋白；（2）测定测定其氨基酸其氨基酸序列序列；
12、（3）借借助助核核磁磁共共振振和和X射射线线晶晶体体衍衍射射等等手手段段，尽尽可可能能地地了了解解蛋白质的二维重组和三维晶体蛋白质的二维重组和三维晶体结构结构;（4）设设计计各各种种处处理理条条件件，了了解解蛋蛋白白质质的的结结构构变变化化，包包括括折叠与去折叠等折叠与去折叠等对其活性与功能的影响对其活性与功能的影响；（5）设计设计编码该蛋白的编码该蛋白的基因改造方案基因改造方案，如点突变；，如点突变；（6）分离、纯化新蛋白，功能检测分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。后投入实际使用。第17页，讲稿共26张，创作于星期三三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、前景诱人：如
13、用此技术制成的、前景诱人：如用此技术制成的 ，具有，具有 、耗电少和、耗电少和 的特点。的特点。2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的白质的 的了解还很不够。的了解还很不够。电子元件电子元件体积小体积小效率高效率高高级结构高级结构第18页，讲稿共26张，创作于星期三如果把胰岛素如果把胰岛素B B链由链由B28B28脯氨酸脯氨酸-B29-B29赖氨酸改为赖氨酸改为B28B28赖氨酸赖氨酸-B29-B29脯氨酸就可以避免胰岛素分子形成聚脯氨酸就可以避免胰岛素分子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。合体以保证其效能的及时发挥。天然胰岛素天然胰岛素制剂在储存
14、中易形制剂在储存中易形成成二聚体和六聚体二聚体和六聚体，延缓胰岛，延缓胰岛素从注射部位进入血液。注射到素从注射部位进入血液。注射到人体后会堆积在皮下，要经过较人体后会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而且进入长时间才能进入血液，而且进入到血液中的胰岛素又会不断地被到血液中的胰岛素又会不断地被分解。分解。第19页，讲稿共26张，创作于星期三练习检测练习检测1蛋蛋白白质质工工程程中中直直接接需需要要进进行行操操作作的的对对象象是是（）氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 第20页，讲稿共26张，创作于星期三练习检测练习检测2下列关于蛋白
15、质工程的说法错误的是（）下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）A蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更更加加符符合人类的需要合人类的需要B蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行行操操作，定向改变分子的结构作，定向改变分子的结构C蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过的的新新型型蛋蛋白白质质分子分子D蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为为第第二二代代基因工程基因工程第21页，讲稿共26张，创作于星期三练习检测练习检测3.3.蛋白质工程的
16、基本流程正确的是（）蛋白质工程的基本流程正确的是（）蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计DNA合成合成 预期蛋白质功能预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A B C D第22页，讲稿共26张，创作于星期三4.关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（正确的是（）A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品药品B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面应用于微电子方面C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大蛋白质工程
17、技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用力推广应用D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多例子不多练习检测练习检测C第23页，讲稿共26张，创作于星期三5.下列不属于蛋白质工程成果的是（下列不属于蛋白质工程成果的是（）A改造酶的结构，提高酶的热稳定性改造酶的结构，提高酶的热稳定性B生产出鼠生产出鼠人嵌合抗体人嵌合抗体C将将tPA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺胺D蛋白质酶洗衣粉容易洗掉或除奶渍、血渍蛋白质酶洗衣粉容易洗掉或除奶渍、血渍练习检测练习检测D第24页，讲稿共26张，创作于星期三6.科学家将科学家将干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高结果大大提高-干扰素的抗病性活性，并且提高干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为（了储存稳定性，该生物技术为（）A、基因工程、基因工程 B、蛋白质工程、蛋白质工程 C、基因突变、基因突变 D、细胞工程、细胞工程B练习检测练习检测第25页，讲稿共26张，创作于星期三感感谢谢大大家家观观看看第26页，讲稿共26张，创作于星期三