1、1.4蛋白质工程的崛起,1.蛋白质工程崛起的缘由,2.蛋白质工程的基本原理,3.蛋白质工程的进展和前景,学 习 目 标,1.基因工程的应用（1）基因工程的实质：,将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。,原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,（2）基因工程的不足：,一、蛋白质工程崛起的缘由,天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。,3.蛋白质工程的目的,生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。,2.天然蛋白质的不足：,阅读P26第二自然段思考：科学家在干扰素的保存和玉米的
2、赖氨酸的产量上面临什么样的问题？如何解决这些问题？,天然蛋白质,体外保存困难,改变分子结构：半胱氨酸丝氨酸,保存半年,基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质,产量提高,赖氨酸浓度,合成时需：天冬氨酸激酶；二氢吡啶二羧酸合成酶,二、蛋白质工程的基本原理,1.蛋白质工程的目标：,根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计。,思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应直接对蛋白质分子进行操作还是通过对基因的操作来实现呢？,蛋白质的一级结构,蛋白质的二级结构,蛋白质的三级结构,血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的亚基和二个由146个氨基酸残基组成的亚基按特定的接触和排列组成的一个球
3、状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。,蛋白质的四级结构,答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主要原因如下：（1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因决定蛋白质，改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。（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。,改造现有蛋白质的方法：,（1）通过改变蛋白质肽链中的个别氨基酸或一段氨基酸序列（2）改变肽链中的个别氨基酸时，通常采用定点诱变的技术,-半胱氨酸-,体外很难保存,？如何改造,-丝氨酸-,体外可以保存半年,问题3、你能推测出干扰素基因改造前和改造后的该部分序列吗？（半胱
4、氨酸：UGU；丝氨酸：UCU）,干扰素,干扰素（改）,思考与讨论,二、蛋白质工程的基本原理,如何生产出一种全新的蛋白质呢?,转录,DNA,RNA,翻译,肽链,折叠等,具有空间结构的蛋白质,表达生物特有的功能或性状,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,途径:,预期的蛋白质功能,设计预期的蛋白质结构,推测应有的氨基酸序列,找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）,蛋白质三维结构,氨基酸序列多肽链,基因DNA,预期功能,分子设计,mRNA,生物功能,转录,翻译,折叠,图1-29蛋白质工程流程图,指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋
5、白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生生产和生活的需求。,蛋白质工程的概念,三、蛋白质工程的进展和前景,1、进展P28：对胰岛素的改造，使其成为速效型药品。,天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。,2、前景诱人：探索将蛋白质工程应用于微电子方面。,3、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的高级结构的了解还很不够。,用蛋白质工程制造的电子元件具有体积小、耗电少和效
6、率高的特点。,目的基因,预期的蛋白质功能,基因表达载体,合成基因,获取目的基因构建表达载体导入受体细胞目的基因的检测与表达,预期蛋白质功能设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测核苷酸序列合成DNA 表达蛋白质,定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品,定向改造或生产人类所需的蛋白质,生产自然界已有蛋白质,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。,自然界没有的蛋白质,一、蛋白质工程崛起的缘由：基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。二、蛋白质工程的基本原理：预期蛋白质功能设计预期蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列。蛋白质工程：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。三、蛋白质工程的进展和前景。,总结,
