1、1.41.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年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（352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）天冬氨酸激酶（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
2、酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？我国科学家承担了什么任务？旁栏思考题旁栏思考题 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一项重大的科学命题。学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行
3、的中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国；另一项是以美国科学家牵头执行的科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。质组计划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的蛋白质是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的个国家和地区的80多个多个实
4、验室报名参加。它的科学实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。支持。逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链复制复制复制复制折叠折叠等等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级
5、空间结构的转变遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质三蛋白质三维结构维结构预期蛋白预期蛋白质功能质功能分子设计分子设计DNA合成合成2.对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质对天然蛋白质进行改造，你认为应该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？分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改答：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：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，改造了基因）任何一种天然蛋白
6、质都是由基因编码的，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。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。蛋白质分子还是无法遗传的。（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难）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。度要小得多。旁栏思考题旁栏思考题 9、要学生做的事，教职员躬亲共做；要学生学的知识，教职员躬亲共学；要学生守的规则，教职员躬亲共守。2022-10-232022-10-23Sunday,October 23
7、,202210、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2022-10-232022-10-232022-10-2310/23/2022 12:17:33 PM11、只有让学生不把全部时间都用在学习上，而留下许多自由支配的时间，他才能顺利地学习（这）是教育过程的逻辑。2022-10-232022-10-232022-10-23Oct-2223-Oct-2212、要记住，你不仅是教课的教师，也是学生的教育者，生活的导师和道德的引路人。2022-10-232022-10-232022-10-23Sunday,October 23,2022 13、He who seize the right mome
8、nt,is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。2022-10-232022-10-232022-10-232022-10-2310/23/202214、谁要是自己还没有发展培养和教育好，他就不能发展培养和教育别人。2022年10月23日星期日2022-10-232022-10-232022-10-2315、一年之计，莫如树谷；十年之计，莫如树木；终身之计，莫如树人。2022年10月2022-10-232022-10-232022-10-2310/23/202216、教学的目的是培养学生自己学习，自己研究，用自己的头脑来想，用自己的眼睛看，用自己的手来做这种精神。2022-1
9、0-232022-10-2323 October 202217、儿童是中心，教育的措施便围绕他们而组织起来。2022-10-232022-10-232022-10-232022-10-23 You have to believe in yourself.Thats the secret of success.You have to believe in yourself.Thats the secret of success.人必须相信自己，这是成功的秘诀。蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质三蛋白质三维结构维结构预期蛋白预期蛋白质功能质功能分子
10、设计分子设计DNA合成合成蛋白质工程的概念：蛋白质工程的概念：是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关是指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，系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造一种新的蛋白质进行改造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的，以满足人类的生产和生活的需求需求。（第二代基因工程）蛋白质工程的内容主要有两方面：蛋白质工程的内容主要有两方面：一是一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质二是二是确定蛋白质的化学组及空间结构与生物功能之间的关系，确定蛋白
11、质的化学组及空间结构与生物功能之间的关系，在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生理功能，设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质，而氨基理功能，设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质，而氨基酸排序由基因决定，所以还需要酸排序由基因决定，所以还需要改造改造控制蛋白质合成的相应控制蛋白质合成的相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的自然界原本所需要的自然界原本不存不存在的基因片段在的基因片段，用于蛋白质工程。，用于蛋白质工程。能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，能不能根据人类需要的蛋白质的结构
12、，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？品呢？理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，何
13、行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。心的。蛋白质工程的进展与前景蛋白质工程的进展与前景 蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。蛋白质的空间结构了解很少。作业作业:蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同蛋白质
14、工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同?蛋白质工程与基因工程相比蛋白质工程与基因工程相比,合成的蛋白质有何特点合成的蛋白质有何特点?2.2.基因工程基因工程是遵循中心法则，是遵循中心法则，从从DNAmRNADNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生功能折叠产生功能，基本上是基本上是生产生产出出自然界已有的蛋白质自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级蛋白质应有的高级结构结构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应具备的折叠状态应有应有的氨基酸序列的氨基酸序列应有的碱基排列应有的碱基排列，可以可以创造自然界不存在的蛋白
15、质创造自然界不存在的蛋白质。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别？质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。工业、轻工业以及医药工业
16、中。通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。成为蛋白质工程的一部分。蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 胰岛素的三级结构胰岛素的三级结构血红蛋白质的四级结构血红蛋白质的四级结构 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的基组成的亚基亚基和二个由和二个由146个个氨基酸残基组氨基酸残基组成的成的亚基按特亚基按特定的接触和排定的接触和排列组成的一个列组成的一个球状蛋白质分球状蛋白质分子，每个亚基子，每个亚基中各有一个含中各有一个含亚铁离子的血亚铁离子的血红素辅基。红素辅基。返回
