關于蛋白質(zhì)工程的崛起PPT課件第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月想一想要想讓某一生物的性狀在另一生物中表達,在種內(nèi)可以進行什么辦法實現(xiàn)?要使有生殖隔離的種間生物實現(xiàn)基因交流應用什么方法?第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由

通過基因工程能夠大規(guī)模生產(chǎn)生物體內(nèi)微量存在的活性物質(zhì)，并借助轉(zhuǎn)基因而改變動植物性狀，得以在人類醫(yī)療保健中進行基因診斷和基因治療。然而在廣泛利用自然界各種蛋白質(zhì)的過程中就發(fā)現(xiàn)，這些蛋白質(zhì)只是適應生物自身的需要，而對它們進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)往往不合意，需要加以改造。1983年Ulmer首先提出蛋白質(zhì)工程，它是指按照特定的需要，對蛋白質(zhì)進行分子設計和改造的工程。自此以后，蛋白質(zhì)工程迅速發(fā)展，已成為生物工程的重要組成部分。

第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月滿足人類生產(chǎn)和生活的需要改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

例如:干擾素是一種抗病毒、抗腫瘤的藥物。將人的干擾素的cDNA在大腸桿菌中進行表達，產(chǎn)生的干擾素的抗病毒活性只相當于天然產(chǎn)品的十分之一，雖然在大腸桿菌中合成的β-干擾素量很多，但多數(shù)是以無活性的二聚體形式存在。為什么會這樣？如何改變這種狀況？研究發(fā)現(xiàn)，β-干擾素蛋白質(zhì)中有3個半胱氨酸（第17位、31位和141位），推測可能是有一個或幾個半胱氨酸形成了不正確的二硫鍵。研究人員將第17位的半胱氨酸，通過基因定點突變改變成絲氨酸，結(jié)果使大腸桿菌中生產(chǎn)的β-干擾素的抗病性活性顯著提高，并且比天然β-干擾素的貯存穩(wěn)定性高很多。第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月例如．胰島素改造天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，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驗。

第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

你知道人類基因組計劃嗎?它是指對人類基因組進行堿基對的測序。因為人類體細胞中有22對常染色體，每對染色體中的兩個DNA分子結(jié)構(gòu)基本相同，又由于X和Y這兩個性染色體中DNA分子結(jié)構(gòu)有較大差異，需要各自單獨測序；所以對人類基因組測序?qū)嶋H上是指對人類體細胞中一套常染色體（22個）和X、Y這兩個性染色體中共24個DNA分子的測序。第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月你知道國際人類蛋白質(zhì)組計劃嗎？

人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域中的一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟動兩項重大國際合作行為：一項是有中國科學家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”。第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月溫故知新蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其多樣性第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月①氨基酸種類不同，肽鏈結(jié)構(gòu)不同

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★-★-★-★-★-★-★-★-★-★◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎-◎蛋白質(zhì)多樣性原因②氨基酸數(shù)目成百上千，肽鏈結(jié)構(gòu)不同③氨基酸排列順序千變?nèi)f化，肽鏈結(jié)構(gòu)不同☆-☆-○-◎-

-▲-△-●-□-◎-○-★-■-

-★-◆-◆-□●-■-◎-○-☆-○-☆-□-◎-▲-★-◆-

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-◆-□-△④肽鏈空間結(jié)構(gòu)千差萬別，蛋白質(zhì)種類不同第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)的功能1、構(gòu)成細胞和生物體結(jié)構(gòu)的重要物質(zhì)2、絕大多數(shù)酶是蛋白質(zhì)，催化細胞內(nèi)的化學反應3、有些具有運輸載體功能4、信息傳遞作用，調(diào)節(jié)機體的生命活動5、免疫功能第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1.目標：根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設計。

對天然蛋白質(zhì)進行改造，你認為應該直接對蛋白質(zhì)分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)系舊知識：DNA轉(zhuǎn)錄RNA翻譯蛋白質(zhì)逆轉(zhuǎn)錄復制復制中心法則：第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月天然的蛋白質(zhì)合成過程按照中心法則進行：基因表達（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2.原理：中心法則的逆推3.基本途徑：從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4.概念：蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。

蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程流程圖基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預期蛋白質(zhì)功能分子設計DNA合成第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程的主要步驟通常包括：（1）從生物體中分離純化目的蛋白；（2）測定其氨基酸序列；（3）借助核磁共振和X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu);（4）設計各種處理條件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對其活性與功能的影響；（5）設計編碼該蛋白的基因改造方案，如點突變；（6）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實際使用。第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月討論某多肽鏈的一段氨基酸序列是:-丙氨酸-色氨酸-賴氨酸-甲硫氨酸－苯丙氨酸－討論１、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。２、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（ＤＮＡ）第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）mRNA序列為：

GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）脫氧核苷酸序列：

CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)工程與基因工程的區(qū)別是什么？（1）蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細結(jié)構(gòu)與功能之間的關系，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向的改造天然蛋白質(zhì)，甚至制造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程自誕生之日起，就與基因工程密不可分。（2）基因工程是通過基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當?shù)纳矬w內(nèi)，并在其中進行表達，它的產(chǎn)品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。（3）蛋白質(zhì)工程則更進一步，可以根據(jù)分子預先設計的方案，通過對天然蛋白質(zhì)的基因進行改造，來實現(xiàn)對它所編碼的蛋白質(zhì)進行改造。因此，它的產(chǎn)品已不是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過改造的，具有了人類所需要的優(yōu)點的蛋白質(zhì)。天然蛋白質(zhì)都是通過漫長的進化過程而形成的，而蛋白質(zhì)工程對天然蛋白質(zhì)的改造好比是在實驗室里加快了進化的過程。第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月比較：基因工程蛋白質(zhì)工程操作環(huán)境生物體外生物體外操作核心基因基因操作起點目的基因預期蛋白質(zhì)功能基本過程剪切→拼接→導入→表達確定蛋白質(zhì)功能→應有的高級結(jié)構(gòu)→應具備的折疊狀態(tài)→應有的堿基序列→改造的蛋白質(zhì)結(jié)果人類需要的基因產(chǎn)物人類需要的新基因，可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)說明：1、蛋白質(zhì)工程最終還是回到基因工程上來，因為蛋白質(zhì)的合成由基因控制，所以說蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎上延伸出來的第二代基因工程。2、基因工程中的目的基因一般為自然存在的基因，而蛋白質(zhì)工程中的基因不是自然存在的。第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景1、蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的，它是隨著分子生物學、晶體學以及計算機技術(shù)的發(fā)展而誕生的，與基因組學、蛋白質(zhì)組學、生物信息學的發(fā)展等因素有關。2、現(xiàn)狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質(zhì)發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)，而科學家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少。

第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？

酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學的手段，應用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。