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1、第1页怎样让一个生物性状在另一个生物中表示？在种内能够用常规杂交育种方法实现，但要使有生殖隔离种间生物实现基因交流，就显得力不从心了,则应采取什么技术？杂交育种杂交育种基因工程基因工程思索第2页生物产生天然蛋白质是在长久进化过程中生物产生天然蛋白质是在长久进化过程中产生，它结构和性能不能完全满足人类生产生，它结构和性能不能完全满足人类生产生活需要。产生活需要。比如：干扰素是动物体内一个蛋白质是一个抗病比如：干扰素是动物体内一个蛋白质是一个抗病毒抗肿瘤药品，但在体外保留相当困难。于是我毒抗肿瘤药品，但在体外保留相当困难。于是我们要对现有蛋白质进行改造，制造出当前从天然们要对现有蛋白质进行改造，制
2、造出当前从天然蛋白质中找不到蛋白质。这么人们由开始了新一蛋白质中找不到蛋白质。这么人们由开始了新一轮探索，蛋白质工程应运而生了。轮探索，蛋白质工程应运而生了。第3页 你知道人类蛋白质组计你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家负担了么关系？我国科学家负担了什么任务？什么任务？人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域中一项重大科学命题。，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正是提出开启两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行“人类血浆蛋白质组计划”。第4页 “
3、人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一是国际上第一个人类组织器官蛋白质组计划，由我国贺福个人类组织器官蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划，总部设在北京，当前有国际科研协作计划，总部设在北京，当前有1616个国家和地域个国家和地域8080多个试验室报名参加。它科学多个试验室报名参加。它科学目标是揭示并确认肝脏蛋白质目标是揭示并确认肝脏蛋白质，为重大肝病预为重大肝病预防防、诊疗诊疗、治疗和新药研发突破提供主要科学治疗和新药研发突破提供主要科学基础基础。人类蛋白质组计划深入研究将是对蛋白质人类蛋白质
4、组计划深入研究将是对蛋白质工程有力推进和理论支持工程有力推进和理论支持。第5页蛋蛋白白质质工工程程就就是是在在对对蛋蛋白白质质化化学学、晶晶体体学学、动动力力学学等等结结构构与与功功效效认认识识基基础础上上，对对蛋蛋白白质质人人工工改造与合成产品。改造与合成产品。“后后基基因因组组时时代代”将将是是“蛋蛋白白质质组组课课时时代代”，即即从从对对基基因因信信息息研研究究转转向向对对蛋蛋白白质质信信息息研研究究，包包含含研研究究蛋蛋白白质质结结构构、功功效效与与应应用用及及蛋蛋白白质质相相互关系和作用。互关系和作用。第6页一、蛋白质工程崛起缘由一、蛋白质工程崛起缘由满足人类满足人类生产和生生产和生
5、活需要活需要比如：比如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外极难保留体外极难保留干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外能够保留六个月体外能够保留六个月玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位苏氨酸）位苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位天冬酰胺）位天冬酰胺）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）玉米中赖氨酸含量可提升数倍玉米中赖氨酸含量可提升数倍改造改造改造改造第7页二、蛋白质工程基本原理二、蛋白质工程基本原理 对天然蛋白质进行改造，对天然
6、蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是经过对基因操进行操作，还是经过对基因操作来实现？作来实现？1、目标：、目标：依据人们对蛋白质功效特定需求，对蛋白依据人们对蛋白质功效特定需求，对蛋白质结构进行分子设计。质结构进行分子设计。第8页经过对基因操作来实现，因为基因决定蛋白质合成。第9页第10页2、蛋白质工程原理：基因改造、蛋白质工程原理：基因改造3、基本路径：、基本路径：从预期蛋白质功效出发从预期蛋白质功效出发设计预期蛋白质结构设计预期蛋白质结构推测应有氨基酸序列推测应有氨基酸序列找到相对应脱氧核苷酸序列（基因）找到相对应脱氧核苷酸序列（基因）第11页
7、.蛋白质工程操作程序基本思绪与基因工程蛋白质工程操作程序基本思绪与基因工程有什么不一样？有什么不一样？答：基因工程是遵照中心法则，答：基因工程是遵照中心法则，DNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功效，折叠产生功效，基本上是生产出自然界已经有蛋白质基本上是生产出自然界已经有蛋白质。蛋白质工程是按照以下思绪进行：蛋白质工程是按照以下思绪进行：确定蛋白质功效确定蛋白质功效蛋白质应有高级结构蛋白质应有高级结构蛋白质应具备折叠状态蛋白质应具备折叠状态应有氨基酸序列应有氨基酸序列应有碱基排列，能够创造自然界不存在应有碱基排列，能够创造自然界不存在蛋白质蛋白质第12页蛋白质一级结构蛋白质一级结构 第13页蛋白
8、质二级结构蛋白质二级结构 第14页胰岛素三级结构胰岛素三级结构第15页血红蛋白质四级结构血红蛋白质四级结构 血红蛋白分子血红蛋白分子就是由二个由就是由二个由141个氨基酸残个氨基酸残基组成基组成亚基和亚基和二个由二个由146个氨个氨基酸残基组成基酸残基组成亚基按特定接亚基按特定接触和排列组成触和排列组成一个球状蛋白一个球状蛋白质分子，每个质分子，每个亚基中各有一亚基中各有一个含亚铁离子个含亚铁离子血红素辅基。血红素辅基。第16页讨论：某多肽链一段氨基酸序列是：讨论：某多肽链一段氨基酸序列是：丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨甲硫氨酸酸苯丙氨酸苯丙氨酸（1 1）怎样得出决定这一段肽链脱氧
9、核苷酸序列）怎样得出决定这一段肽链脱氧核苷酸序列？请把对应碱基序列写出来。有多少种？请把对应碱基序列写出来。有多少种？（2 2）确定目标基因碱基序列后，怎样才能合成）确定目标基因碱基序列后，怎样才能合成或改造目标基因（或改造目标基因（DNADNA）？）？第17页（1 1）mRNAmRNA序列为：序列为：GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列：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
10、）确定目标基因碱基序列后，就能够依据人类）确定目标基因碱基序列后，就能够依据人类需要改造它，经过人工合成方法或从基因库中获取。需要改造它，经过人工合成方法或从基因库中获取。第18页蛋白质工程概念蛋白质工程是指以蛋白质工程是指以蛋白质分子结构规律及蛋白质分子结构规律及其与生物功效关系作为基础其与生物功效关系作为基础，经过基因修，经过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一个新蛋白质，制造一个新蛋白质，以满足人类对生产和以满足人类对生产和生活需求。生活需求。前提前提：了解蛋白质结构和功效了解蛋白质结构和功效原理原理：改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因
11、（基因修饰或基因合成）目：定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质 蛋白质工程是在基因工程基础上，蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来延伸出来第二代基因工程第二代基因工程。第19页蛋白质工程内容主要有两方面：蛋白质工程内容主要有两方面：依据需要设计含有特定氨基酸序列和空间结构依据需要设计含有特定氨基酸序列和空间结构蛋白质蛋白质而氨基酸排序由基因决定，所以还需要而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造改造对对应应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要自然所需要自然界原本界原本不存在基因片段不存在基因片段，用于蛋白质工程。，用于蛋白质工程。第20页 异想天开异想天开 能
12、不能依据人类需要蛋白质结构，设计对应基因，能不能依据人类需要蛋白质结构，设计对应基因，导入适当细菌中，让细菌生产人类所需要蛋白质食品导入适当细菌中，让细菌生产人类所需要蛋白质食品呢？呢？理论上讲能够，但当前还没有真正成功例子。一理论上讲能够，但当前还没有真正成功例子。一些报道利用细菌生产人类需要蛋白质往往都是自然界些报道利用细菌生产人类需要蛋白质往往都是自然界已经存在蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不已经存在蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在蛋白质。主要原因是蛋白质高级结构非常复杂，存在蛋白质。主要原因是蛋白质高级结构非常复杂，人类对蛋白质高级结构和在生物体内怎样行使功效知人类对蛋
13、白质高级结构和在生物体内怎样行使功效知之甚少，极难设计出一个崭新而又含有生命功效作用之甚少，极难设计出一个崭新而又含有生命功效作用蛋白质，而且一个崭新蛋白质会带来什么危害也是人蛋白质，而且一个崭新蛋白质会带来什么危害也是人们所担心。们所担心。第21页三、蛋白质工程进展和前景三、蛋白质工程进展和前景1、蛋白质工程诞生是有其理论与技术条件，它蛋白质工程诞生是有其理论与技术条件，它是伴随是伴随分子生物学分子生物学、晶体学晶体学以及以及计算机技术计算机技术发发展而诞生，与展而诞生，与基因组学基因组学、蛋白质组学蛋白质组学、生物信生物信息学息学发展等原因相关发展等原因相关2 2、现实状况：成功例子不多，
14、、现实状况：成功例子不多，主要是因为蛋白主要是因为蛋白质发挥其功效需要依赖于正确空间结构质发挥其功效需要依赖于正确空间结构，而科而科学家当前对大多数蛋白质空间结构了解极少学家当前对大多数蛋白质空间结构了解极少。第22页你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区分？质，酶工程与蛋白质工程有什么区分？酶工程就是指将酶所含有生物催化作用，借助工程学伎酶工程就是指将酶所含有生物催化作用，借助工程学伎俩，应用于生产、生活、医疗诊疗和环境保护等方面一俩，应用于生产、生活、医疗诊疗和环境保护等方面一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂生产和应用门科学
15、技术。概括地说，酶工程是由酶制剂生产和应用两方面组成。酶工程应用主要集中于食品工业、轻工业两方面组成。酶工程应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。以及医药工业中。通常所说酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由通常所说酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶功效来设计酶分子结构，然后由酶分子结构来确定对酶功效来设计酶分子结构，然后由酶分子结构来确定对应基因碱基序列等步骤。所以，酶工程重点在于对已存应基因碱基序列等步骤。所以，酶工程重点在于对已存酶合理充分利用，而蛋白质工程重点则在于对已存在蛋酶合理充分利用，而蛋白质工程重点则在于对已存在蛋白质分子改造。当然，伴随蛋白质工程发展，其结果
16、也白质分子改造。当然，伴随蛋白质工程发展，其结果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程一部分。会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程一部分。第23页关于基因工程和蛋白质工程说法正确是（关于基因工程和蛋白质工程说法正确是（）A都是分子水平上操作都是分子水平上操作B基因工程基因工程就是改造基因分子结构就是改造基因分子结构C蛋白质工程就是改造蛋白质分子结构蛋白质工程就是改造蛋白质分子结构D基因工程能产生自然界根本不存在基因，基因工程能产生自然界根本不存在基因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在蛋白蛋白质工程能产生自然界根本不存在蛋白质质A第24页蛋白质工程基本流程正确是（蛋白质工程基本流程正确是
17、（）蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计 DNA合成合成 预期蛋白质功效预期蛋白质功效 据氨基酸序列推出脱氧据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列核苷酸序列A.B.C.D.C 第25页枯草杆菌产生蛋白酶含有催化分解蛋白质特征，枯草杆菌产生蛋白酶含有催化分解蛋白质特征，但极易被氧化而失效。但极易被氧化而失效。19851985年，美国埃斯特尔将年，美国埃斯特尔将枯草杆菌蛋白酶分子中第枯草杆菌蛋白酶分子中第222222位氨基酸替换后，即位氨基酸替换后，即使其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提升。使其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提升。用这种水解酶作为洗涤剂添加剂，能够有效地除用这种水解酶作为洗涤剂添加剂，能够有效地除去血渍、奶渍等蛋白质污渍。去血渍、奶渍等蛋白质污渍。（1 1）改造枯草杆菌蛋白酶生物技术是）改造枯草杆菌蛋白酶生物技术是 。（2 2）改造后枯草杆菌中控制合成蛋白酶基因与原）改造后枯草杆菌中控制合成蛋白酶基因与原来相比，最少有来相比，最少有 个碱基对发生改变。个碱基对发生改变。（3 3）利用生物技术改造蛋白质，是提升了蛋白质）利用生物技术改造蛋白质，是提升了蛋白质 性，埃斯特尔所作工作是对已知蛋白质进行性，埃斯特尔所作工作是对已知蛋白质进行 。蛋白质工程蛋白质工程1稳定稳定少数氨基酸替换少数氨基酸替换第26页