1、1.4蛋白質工程的崛起,1.蛋白質工程崛起的緣由,2.蛋白質工程的基本原理,3.蛋白質工程的進展和前景,學 習 目 標,1.基因工程的應用 （1）基因工程的實質：,將一種生物的基因轉移到另一種生物體內，使后者產生本不能產生的蛋白質，進而表現(xiàn)出新的性狀。,原則上只能生產自然界已存在的蛋白質。,（2）基因工程的不足：,一、蛋白質工程崛起的緣由,天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構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和生活的需要。,3.蛋白質工程的目的,生產符合人類生產和生活的需要的蛋白質。,2.天然蛋白質的不足：,閱讀P26第二自然段思考： 科學家在干擾素的保存和玉

2、米的賴氨酸的產量上面臨什么樣的問題？如何解決這些問題？,天然蛋白質,體外保存困難,改變分子結構： 半胱氨酸 絲氨酸,保存半年,基因工程只能生產自然界已存在的蛋白質,產量提高,賴氨酸濃度,合成時需： 天冬氨酸激酶；二氫吡啶二羧酸合成酶,二、蛋白質工程的基本原理,1.蛋白質工程的目標：,根據(jù)人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行分子設計。,思考：對天然蛋白質進行改造，你認為應直接對蛋白質分子進行操作還是通過對基因的操作來實現(xiàn)呢？,蛋白質的一級結構,蛋白質的二級結構,蛋白質的三級結構,血紅蛋白分子就是由二個由141個氨基酸殘基組成的亞基和二個由146個氨基酸殘基組成的亞基按特定的接觸和排列組

3、成的一個球狀蛋白質分子，每個亞基中各有一個含亞鐵離子的血紅素輔基。,蛋白質的四級結構,答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質改造，主要原因如下： （1）任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，基因決定蛋白質，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。 （2）對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。,改造現(xiàn)有蛋白質的方法：,（1）通過改變蛋白質肽鏈中的個別氨基酸或一段氨基酸序列 （2）改變肽鏈中的個別氨基酸時，通常采用定點誘變的技術,-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、蛋白質工程的基本原理,如何生產出一種全新的蛋白質呢?,轉錄,DNA,RNA,翻譯,肽鏈,折疊等,具有空間結構的蛋白質,表達生物特有的功能或性狀,天然蛋白質的合成過程,遵循中心法則，并需經過高級空間結構的轉變,途徑:,預期的蛋白質功能,設計預期的蛋白質結構,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）,蛋白質 三維結構,氨基酸序 列多肽鏈,基因 DNA,預期功能,分子設計,mRNA,生物功能,轉錄,翻譯,折疊,圖1-29蛋白質工程流程圖,指以蛋白質分子的結構規(guī)律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因

5、修飾或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生生產和生活的需求。,蛋白質工程的概念,三、蛋白質工程的進展和前景,1、進展P28： 對胰島素的改造，使其成為速效型藥品。,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氨基酸殘基結構所致。利用蛋白質工程技術改變這些殘基，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。,2、前景誘人： 探索將蛋白質工程應用于微電子方面。,3、難度很大： 主要是目前科學家對大多數(shù)蛋白質的高級結構的了解還很不夠。,用蛋白質工程制造的

6、電子元件具有體積小、 耗電少和效率高的特點。,目的基因,預期的蛋白質功能,基因表達載體,合成基因,獲取目的基因 構建表達載體 導入受體細胞 目的基因的檢測與表達,預期蛋白質功能 設計蛋白質結構 推測氨基酸序列 推測核苷酸序列 合成DNA 表達蛋白質,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品,定向改造或生產人類所需的蛋白質,生產自然界已有蛋白質,蛋白質工程是在基因工程的基礎上,延伸出來的第二代基因工程。,自然界沒有的蛋白質,一、蛋白質工程崛起的緣由： 基因工程原則上只能生產自然界已存在的蛋白質。 二、蛋白質工程的基本原理： 預期蛋白質功能設計預期蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列。 蛋白質工程