《1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起（31頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,蛋白質(zhì)工程的崛起,蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。,思考：如果想讓某一個(gè)生物的性狀在另外一個(gè)生物的身上表達(dá)，常用的方法有哪些？,1,、在種內(nèi)可以用什么方法？,雜交育種,2,、在種間可以用什么方法？,基因工程育種,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,基因工程在原則上只能生產(chǎn)自然界已存,在的蛋白質(zhì)，這些天然蛋白質(zhì)是生物在,長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的，它們的結(jié)構(gòu)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(chǎn)和生活的需要。,一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,基因工程在原則上只
2、能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)。,這些蛋白質(zhì)的,結(jié)構(gòu)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(chǎn)和生活,的需要。,基因工程的局限性：,二、蛋白質(zhì)工程的概念,蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其與生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò)基因修飾或基因合成，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造或制造一種新的蛋白質(zhì)，以滿足人類對(duì)生產(chǎn)和生活的需求。,前提,：,原理,：,目的：,了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能,改造基因（基因修飾或基因合成）,定向改造或制造蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)的功能是,DNA,決定的，那么要制,造出新的蛋白質(zhì)，就要改造,DNA,，所以蛋,白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。,2,、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)：,根據(jù)人們對(duì)
3、蛋白質(zhì),功能,的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的,分子結(jié)構(gòu),進(jìn)行,分子設(shè)計(jì),。,對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì),蛋白質(zhì)分子,進(jìn)行操作，還是通過(guò)對(duì),基因,的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？為什么？,需要通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。,三、蛋白質(zhì)工程的基本原理,基因,DNA,氨基酸序列,多肽鏈,蛋白質(zhì),三維結(jié)構(gòu),預(yù)期功能,生物功能,mRNA,轉(zhuǎn)錄,翻譯,折疊,DNA,合成,分子設(shè)計(jì),3,、蛋白質(zhì)工程流程,從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā),設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列,找到相應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）,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(cè)定,其氨基酸,序列,；,（,3
4、,）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(shè)計(jì),各種,處理?xiàng)l件,，,了解,蛋白質(zhì)的,結(jié)構(gòu)變化,，包括折疊與去折疊等,對(duì)其活性與功能的影響,；,（,5,）,設(shè)計(jì),編碼該蛋白的,基因改造方案,，如定點(diǎn)突變；,（,6,）,分離、純化新蛋白,，,功能檢測(cè),后投入實(shí)際使用。,討論：,1,、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？,請(qǐng)把相應(yīng)的堿基序列寫出來(lái)。,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,-,丙氨酸：,GCU,、,GCC,、,GCA,、,GCG,色氨酸：,UGG,賴氨酸：,A
5、AA,、,AAG,甲硫氨酸：,AUG,苯丙氨酸：,UUU,、,UUC,每種氨基酸都有對(duì)應(yīng)的三聯(lián)密碼子,只要查一下遺傳密碼子表,就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來(lái)。但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基酸是由多個(gè)三聯(lián)密碼子編碼,因此其堿基排列組合起來(lái)就比較復(fù)雜,至少可以排列出,16,種。同學(xué)們可以根據(jù)學(xué)過(guò)的排列組合知識(shí)自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出,mRNA,序列為,GCU,（或,C,或,A,或,G,）,UGGAAA,（或,G,）,AUGUUU,（或,C,），再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：,CGA,（或,G,或,T,或,C,）,ACCTTT,（或,C,）,TACAAA,（或
6、,G,）。,基因定點(diǎn)誘變技術(shù)的常用方法是,PCR,法。,突變點(diǎn)：,人工合成的引物上,手段：,PCR,技術(shù)（定點(diǎn)突變?cè)噭┖校?目的：,獲得定點(diǎn)突變的基因,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,）？,可以通過(guò)人工合成的方法獲取或基因的定點(diǎn)誘變技術(shù)來(lái)改變。,基因會(huì)發(fā)生突變，突變可以自發(fā)，也可以誘發(fā)，這是每個(gè)稍有生物學(xué)知識(shí)的人都知道的常識(shí)。但在加拿大生物化學(xué)家,M,史密斯（,1932,2000,）發(fā)明定點(diǎn)突變法之前，突變株的產(chǎn)生必須經(jīng)由自然界或用化學(xué)等方法誘使基因體突變。這類方法屬于隨機(jī)突變，突變株必須在生物性狀上有所改變，才能確定有突變發(fā)生，但除非用分子生物方法或遺
7、傳方法找到此突變處，否則無(wú)法確定突變位置。也就是說(shuō)，這種突變是盲目的。而史密斯發(fā)明的定點(diǎn)突變法卻是有目的的，該法可經(jīng)由設(shè)計(jì)好的寡核苷酸，在任何一個(gè)基因片段上進(jìn)行隨意或設(shè)計(jì)好的突變，也就是說(shuō)，這種突變是預(yù)先設(shè)定好的，所以也有人將該法稱為“反遺傳法”。,有意思的是這一給生命科學(xué)研究及應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)革命性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡時(shí)閑聊出來(lái)的?，F(xiàn)在，幾乎每個(gè)生物實(shí)驗(yàn)室都會(huì)用定點(diǎn)突變法來(lái)研究基因或蛋白質(zhì)的功能。,蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì),對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造,總結(jié)：蛋白質(zhì)工程的概念,蛋白質(zhì)工程,是指以蛋白質(zhì)分子的,_,及其與,_,的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過(guò),_,或,_,，對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行,_,，或制
8、造一種,_,，以滿足生產(chǎn)和生活的需求。,結(jié)構(gòu)規(guī)律,生物功能,基因修飾,基因合成,改造,新的蛋白質(zhì),（二）蛋白質(zhì)改造工程舉例,1,水蛭素改造,水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由,65,或,66,個(gè)氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體,HV2,的設(shè)計(jì)方案，將,47,位的,Asn,（天冬酰胺）變成,Lys,（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第,4,或第,5,位,Thr,（蘇氨酸）間形成氫鍵來(lái)幫助水蛭素,N,端肽段的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高了,4,倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)
9、抗血栓形成的效果，提高,20,倍。,蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹了幾個(gè)例子。蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)制造新的蛋白質(zhì)外，其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的一種強(qiáng)有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并論。,三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,蛋白質(zhì)工程匯集了當(dāng)代分子生物學(xué)等學(xué)科的一些前沿領(lǐng)域的最新成就，它把核酸與蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來(lái)研究。蛋白質(zhì)工程將蛋白質(zhì)與酶的研究推進(jìn)到嶄新的時(shí)代，為蛋白質(zhì)和酶在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥方面的應(yīng)用開拓了誘人的前景。蛋白質(zhì)工程開創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期。,1,、
10、,蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對(duì)象是（）,氨基酸結(jié)構(gòu),B,蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu),C,肽鏈結(jié)構(gòu),D,基因結(jié)構(gòu),練習(xí)：,2,、,下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）,A,蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，使之更加符合人類的需要,B,蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作，定向改變分子的結(jié)構(gòu),C,蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子,D,蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程,3,以下關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法正確的是（）,A,、,蛋白質(zhì)工程以基因工程為基礎(chǔ),B,、,蛋白質(zhì)工程就是酶工程的延伸,C,、,蛋白質(zhì)工程就是用蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,D,、,蛋白質(zhì)工程只能生
11、產(chǎn)天然的蛋白質(zhì),4,蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是（）,蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),DNA,合成預(yù)期蛋白質(zhì)功能根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列,A,B,C,D,5,蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的第二代基因工程，其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是（）,A,氨基酸種類增多,B,氨基酸種類減少,C,仍為天然存在蛋白質(zhì),D,可合成天然不存在蛋白質(zhì),1,、你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？,旁欄思考題,人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，生命科學(xué)乃至自然領(lǐng)域一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。,2001,年，國(guó)際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。,2003,年，該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國(guó)際
12、合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭的“人類血將蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。,“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國(guó)際上第一個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國(guó)賀福初院士牽頭，這是中國(guó)科學(xué)家第一次領(lǐng)銜重大國(guó)際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在北京。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。,隨后，相繼啟動(dòng)了由德國(guó)、瑞士、英國(guó)、加拿大和日本等國(guó)牽頭的各類蛋白質(zhì)組計(jì)劃。人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持。,2,、對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)
13、行操作，還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)？,答：毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下,（,1,）、任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造。即使改造成功，被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的。,（,2,）、對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接進(jìn)行改造要容易操作，難度要小得多。,異想天開,能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？,理論講可以，但目前還沒(méi)有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來(lái)而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。,蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系：,項(xiàng)目,基因工程,蛋白質(zhì)工程,操作起點(diǎn),實(shí)質(zhì),結(jié)果,基本流程,聯(lián)系,目的基因,預(yù)期的蛋白質(zhì)功能,實(shí)現(xiàn)基因的異體表達(dá),定向改造或生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì),生產(chǎn)自然界沒(méi)有的蛋白質(zhì),生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來(lái)的,第二代,基因工程。,再見(jiàn),
1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起
