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1、1.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起阅读阅读P26第二自然段思考第二自然段思考：一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1.科学家如何实现干扰素的体外保存科学家如何实现干扰素的体外保存?2.如何提高玉米中赖氨酸的含量如何提高玉米中赖氨酸的含量?原因原因：基因工程在原则上只能生产自然界已存基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质，不一定完全符合人类生产和生活在的蛋白质，不一定完全符合人类生产和生活的需要。的需要。实例实例1：干扰素的保存：干扰素的保存 天然的干扰素在体外保存相当困难。天然的干扰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
2、氨酸丝氨酸，那么在那么在70的条件下，可以保存半年。的条件下，可以保存半年。实例实例2:提高玉米赖氨酸含量提高玉米赖氨酸含量玉米中赖氨酸含量玉米中赖氨酸含量 比较低比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的位的苏氨酸苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的位的天冬酰胺天冬酰胺）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）玉米中赖氨酸含量玉米中赖氨酸含量可提高可提高数倍数倍改造改造改造改造改造改造蛋白质功能蛋白质功能不能满足需求不能满足需求改变蛋白质的改变蛋白质的结构结构-半胱氨酸半胱氨酸-改造改造-丝氨
3、酸丝氨酸-干扰素干扰素天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的位的苏氨酸苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的位的天冬酰胺天冬酰胺）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）改造改造改造改造问题问题1：如何对天然：如何对天然蛋白质的结构蛋白质的结构进行改造？进行改造？问题问题1：如何对天然：如何对天然蛋白质的结构蛋白质的结构进行改造进行改造？你认为你认为直接对蛋白质分子直接对蛋白质分子进行操作？进行操作？还是通过对还是通过对基因的操作基因的操作来实现？来实现？答：毫无疑问应该从答：毫无疑问应该从对基因的
4、操作对基因的操作来实现对天然来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：蛋白质改造，主要原因如下：（1）任何一种天然）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，蛋白质都是由基因编码的，改改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。（基因改造（基因改造可遗传；蛋白质改造可遗传；蛋白质改造不可遗传）不可遗传）（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易
5、容易操作，操作，难度要小得多。难度要小得多。DNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译逆转录逆转录复制复制中心法则中心法则蛋白质工程的途径蛋白质工程的途径预期预期蛋白质蛋白质功能功能设计设计预期的蛋白质预期的蛋白质结构结构推测推测应有的应有的氨基酸序列氨基酸序列找到找到相应的相应的脱氧核苷酸序列脱氧核苷酸序列(合成基因合成基因)中心法则中心法则的逆推的逆推二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计设计 推测应有的推测应有的 序列序列找到对应的找到对应的 序列。序列。根据人们对蛋白质根据人们对蛋白质 的特定需求，的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的 进行分子设计。
6、进行分子设计。二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理结构结构预期的蛋白质结构预期的蛋白质结构氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸功能功能改造基因改造基因(基因基因 或基因或基因 )操作手段操作手段：目标：目标：操作操作过程过程：修饰修饰合成合成问题问题2：你：你能推测出干扰素基因能推测出干扰素基因改造前改造前和和改造后改造后的该部分的该部分序列吗序列吗？（半胱氨酸：（半胱氨酸：UGU；丝氨酸：；丝氨酸：UCU）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-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCU GCU 色氨酸：色氨
7、酸：UGG UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAA AAA 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUUUUU讨论：讨论：1.1.请请写出决定这一段肽链的写出决定这一段肽链的mRNAmRNA片段片段和和基因片段的核苷酸序列基因片段的核苷酸序列。2.2.确定确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因？基因？1.1.mRNAmRNA序列为：序列为：GCU UGG AAA AUG UUU GCU UGG AAA AUG UUU 基因片段的脱氧核苷酸基因片段的脱氧核苷酸序列序列：CGA CGA ACC TTT TAC ACC TTT TA
8、C AAAAAA GCT TGG GCT TGG AAA AAA ATG TTTATG TTT2.2.确定确定目的基因的碱基序列后，就可以目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要根据人类的需要改改造它，通过造它，通过人工合成人工合成的的方法或方法或PCRPCR扩增或扩增或从基因库中从基因库中获取获取预期预期功能功能DNA合成合成分子设计分子设计蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链基因基因DNAmRNA生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠中心法则中心法则基基因因工工程程蛋蛋白白质质工工程程实实质质结结果果通通过过改改造造基基因因，以以定定向向改改造造天天然然蛋蛋白白
9、质质，甚甚至至创创造造自自然然界界不不存存在在的的蛋蛋白白质质将将目目的的基基因因从从 供供 体体转转移移到到受受体体细细胞胞，并并在在受受体体细细胞胞中中表表达达只只能能生生产产自自然然界界已已存存在在的的蛋蛋白白质质能能 生生 产产 自自 然然 界界不不存存在在的的蛋蛋白白质质三、三、蛋白质工程的进展和前景蛋白质工程的进展和前景进展进展胰岛素速效型药品胰岛素速效型药品 前景前景制作电子元件制作电子元件现状现状蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极其复杂蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极其复杂的高级结构，的高级结构，目前科学家对大多数蛋白质的高目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了解还不够级结构了
10、解还不够，要设计出更加符合人类需，要设计出更加符合人类需求的蛋白质换需经过艰辛的探索。求的蛋白质换需经过艰辛的探索。比较项目比较项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作对象操作对象基因基因基因基因操作水平操作水平DNA分子水平分子水平DNA分子水平分子水平基本过程基本过程目的基因的获取目的基因的获取基因基因表达载体的构建表达载体的构建将目将目的基因导入受体细胞的基因导入受体细胞目的基因的检测与鉴定目的基因的检测与鉴定确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋蛋白质应有的高级结构白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状蛋白质应具备的折叠状态态蛋白质应有的氨基蛋白质应有的氨基酸序列酸序列应有的碱基序应有
11、的碱基序列列合成合成DNA表达出表达出蛋白质蛋白质2基因工程与蛋白质工程的比较基因工程与蛋白质工程的比较比较项目比较项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程实质实质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性，以获得人类需要的性，以获得人类需要的生物类型或生物产品生物类型或生物产品定向改造或生产人类所定向改造或生产人类所需的蛋白质需的蛋白质结果结果生产人类需要的基因产生产人类需要的基因产物物(自然界已有的蛋白质自然界已有的蛋白质)可以创造出自然界不存可以创造出自然界不存在的新蛋白质在的新蛋白质联系联系蛋白质工程是以基因工程为基础的蛋白质工程是以基因工程为基础的 特别提醒特别提醒 蛋白质工程与基因
12、工程的关系蛋白质工程与基因工程的关系(1)蛋蛋白白质质工工程程就就是是通通过过基基因因重重组组技技术术改改变变或或设设计计合合成成具具有有特特定定生生物物功功能能的的蛋蛋白白质质，基基因因工工程程技技术术是是蛋蛋白白质质工工程程技技术术的的基基础础，因此蛋白质工程也叫，因此蛋白质工程也叫第二代基因工程第二代基因工程。(2)蛋蛋白白质质工工程程在在改改造造基基因因时时需需要要与与基基因因工工程程有有关关的的工工具具酶酶，需需要要构构建建基基因因表表达达载载体体。改改造造后后的的基基因因需需要要表表达达出出相相应应的的蛋蛋白白质，质，同样需同样需将改造或合成的基因将改造或合成的基因导入导入受体细胞
13、。受体细胞。例例1 1关于蛋白质工程的说法，正确的是关于蛋白质工程的说法，正确的是()A蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B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C对蛋白质的改造是通过直接改造相应的对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA 来实现的来实现的D蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的 例例2 2下下列列关关于于基基因因工工程程和和蛋蛋白白质质工工程程的的说说法法正正确确的的是是()A蛋蛋白白质质工工程程和和基基因因工工程程的的目目的的都都是是获获得得人人类类需需要要的的蛋蛋白质，所以二者没有区别白质，所以二者没有区别B基因工程是蛋白质工程的关键技术基因工程是蛋白质工程的关键技术C通通过过蛋蛋白白质质工工程程改改造造后后的的蛋蛋白白质质有有的的仍仍然然是是天天然然的的蛋蛋白质白质D利利用用蛋蛋白白质质工工程程可可以以在在大大肠肠杆杆菌菌细细胞胞中中得得到到人人的的胰胰岛岛素素