1、蛋白质是一切生命活动的体现者。蛋白质是一切生命活动的体现者。基因控制蛋白质的合成基因控制蛋白质的合成第三节第三节 蛋白质工程蛋白质工程1、基因工程的应用、基因工程的应用（1）基因工程的实质：将一种生物的）基因工程的实质：将一种生物的 转移到另转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的一种生物体内，使后者产生本不能产生的 ，进而表现出新的进而表现出新的 。（2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的在的 。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的们的结构和
2、功能结构和功能符合特定物种符合特定物种生存生存的需要，却不一定的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。完全符合人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的生产符合人类生产和生活的需要的 。思考：蛋白质工程崛起的缘由？思考：蛋白质工程崛起的缘由？基因基因蛋白质蛋白质性状性状蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质一、蛋白质工程的概念和原理一、蛋白质工程的概念和原理1、蛋白质工程、蛋白质工程的概念的概念 通过物理化学与生物化学等技术了解通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组
3、技术助设计、基因定点诱变和重组技术DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。n基因工程一般只能生产自然界中已存在的基因工程一般只能生产自然界中已存在的蛋白质，不一定满足人类的需要。蛋白质，不一定满足人类的需要。n如：如：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分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？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
4、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。n蛋白质工程一般是先创造出适合人类蛋白质工程一般是先创造出适合人类需求的新基因，然后表达
5、具有特定结需求的新基因，然后表达具有特定结构和功能的蛋白质。构和功能的蛋白质。n关键技术：基因工程关键技术：基因工程n蛋白质工程称为第二代基因工程蛋白质工程称为第二代基因工程n前提：了解蛋白质的结构和功能的关系前提：了解蛋白质的结构和功能的关系空间结构的测定：空间结构的测定：X射线晶体衍射法：三级结构射线晶体衍射法：三级结构 核磁共振核磁共振：了解其构想：了解其构想（一级结构的测定（氨基酸序列）一级结构的测定（氨基酸序列）2、蛋白质工程的基本原理、蛋白质工程的基本原理基本原理：基因改造（基因修饰和基因合成）基本原理：基因改造（基因修饰和基因合成）流程：流程：预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计出预
6、期的蛋白质结设计出预期的蛋白质结构构推测应用的氨基酸序列推测应用的氨基酸序列设计设计DNA的的脱氧核苷酸序列（基因改造）（基因工程）脱氧核苷酸序列（基因改造）（基因工程）蛋白质工程的流程图蛋白质工程的流程图基因基因DNA氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链蛋白质蛋白质三维结构三维结构预期功能预期功能生物功能生物功能mRNA转录转录翻译翻译折叠折叠DNA合成合成分子设计分子设计中心法则中心法则蛋白质工程蛋白质工程 某多肽链的一段氨基酸的序列是甲硫氨酸色氨酸苯丙氨酸色氨酸（部分氨基酸的密码子是：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙氨酸UUU/UUC)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基
7、序列写出来。TAC ACC AAA ACC TAC ACC AAA ACC 或或 TAC ACC AAG ACCTAC ACC AAG ACCATG TGG TTT TGG ATG TGG TTC TGGATG TGG TTT TGG ATG TGG TTC TGGn蛋白质的改造（对蛋白质改造部位的多少）蛋白质的改造（对蛋白质改造部位的多少）大改：设计并制造自然界中不存在的全新蛋大改：设计并制造自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间白质，使之具有特定的氨基酸序列、空间结构和预期功能结构和预期功能中改：在蛋白质分子中替代某一个肽段或一中改：在蛋白质分子中替代某一个肽段或一个特
8、定的结构域个特定的结构域小改：通过基因工程中的定点诱变技术，有小改：通过基因工程中的定点诱变技术，有目的改造蛋白质分子中某活性部位的目的改造蛋白质分子中某活性部位的1个或个或几个氨基酸殘基，以改善蛋白质的性质和几个氨基酸殘基，以改善蛋白质的性质和功能功能nPCR技术是基因定点诱变的常用方法技术是基因定点诱变的常用方法 利用人工合成带有突变点的诱变引物，通利用人工合成带有突变点的诱变引物，通过过PCR扩增而获得定点突变的基因，再通扩增而获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法，将突变基因导入受体过基因工程的方法，将突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译合成所需的蛋白质。细胞，经过转录和翻译合成所需
9、的蛋白质。异亮氨酸异亮氨酸半胱氨酸半胱氨酸胰岛素改造胰岛素改造天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚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，利用蛋白质了其降血糖作用，也增加了抗原性，利用蛋白质工程技术将胰岛素工程技术将胰岛素B链由链由B28脯氨酸脯氨酸-B29赖氨酸赖氨酸改为改为B28赖氨酸赖氨酸-B29脯氨酸，则可降低其聚合作脯氨酸，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用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。临床实验。非定点诱变：非定点诱变：
10、n对蛋白质的空间结构不完全了解时，采用对蛋白质的空间结构不完全了解时，采用非定点诱变改造蛋白质，非定点诱变改造蛋白质，不具有目的性和不具有目的性和针对性针对性，可产生，可产生意想不到的结果意想不到的结果二、蛋白质工程的应用二、蛋白质工程的应用1、改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性、改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定性n提高酶的稳定性方法：提高酶的稳定性方法：改变氨基酸（如酵母菌的丙糖磷酸异构酶）改变氨基酸（如酵母菌的丙糖磷酸异构酶）天门冬酰胺天门冬酰胺转变为转变为苏氨酸苏氨酸天门冬酰胺天门冬酰胺转变为转变为异亮氨酸异亮氨酸 稳定性提高稳定性提高50%引入二硫键引入二硫键2、制药领域制药领
11、域 例例1 1：鼠：鼠人嵌合抗体的形成人嵌合抗体的形成 鼠源杂交瘤抗体，对癌细胞有一定的杀伤能力，鼠源杂交瘤抗体，对癌细胞有一定的杀伤能力，但对人体的不良反应较多。因而但对人体的不良反应较多。因而在基因水平上在基因水平上对抗体进行重组，产生人恒定区和可变区嵌合对抗体进行重组，产生人恒定区和可变区嵌合体体,对人体的不良反应减少。对人体的不良反应减少。例例2 2 纤维蛋白溶解酶原激活因子（纤维蛋白溶解酶原激活因子（t-PAt-PA）保证血液流动畅通，但易与抑制剂形成复合物。保证血液流动畅通，但易与抑制剂形成复合物。天天门冬酰胺门冬酰胺转变为转变为谷氨酸谷氨酸在血液循环中停留的时间就会大大的延长。在
12、血液循环中停留的时间就会大大的延长。三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、前景诱人：如用此技术制成的、前景诱人：如用此技术制成的 ，具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点。的特点。2、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋、难度很大：主要是目前科学家对大多数蛋白质的白质的 的了解还很不够。的了解还很不够。电子元件电子元件体积小体积小效率高效率高高级结构高级结构项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作起点操作起点操作操作对象对象过程过程目标目标结果结果联系联系目的基因目的基因 预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能 基因基因基因基因获取目的基因获取目的基因构建表达载体构建表达载
13、体导入受体细胞导入受体细胞目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列推测核苷酸序列推测核苷酸序列合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质定向改造生物的遗传特定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生性，获得人类所需的生物类型或生物产品物类型或生物产品定向定向改造或生产改造或生产人类所人类所需的蛋白质需的蛋白质生产自然界中已有的蛋生产自然界中已有的蛋白质白质蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第延伸出来的第二代基因工程二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造。因为对现有蛋白质的改
14、造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。生产自然界没有的蛋生产自然界没有的蛋白质白质1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（不正确的是（）A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测练习检测D练习检测练习检测2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋
15、白质工程中直接需要进行操作的对象是（）（）氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 练习检测练习检测n3下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）nA蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要加符合人类的需要nB蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构操作，定向改变分子的结构nC蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子白质分子
16、nD蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程基因工程练习检测练习检测n4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）（）nA A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础nB B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸nC C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造造nD D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 练习检测练习检测5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（）蛋白质分子结
17、构设计蛋白质分子结构设计DNA合成合成 预期蛋白质功能预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A B C D练习检测练习检测n6 6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是（）是（）nA氨基酸种类增多氨基酸种类增多 nB氨基酸种类减少氨基酸种类减少nC仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 nD可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（不正确的是（）A科
18、学家通过对胰岛素的改造，已使其成为科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品速效药品B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面程应用于微电子方面C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用大力推广应用D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多成功的例子不多练习检测练习检测C8、下列不属于蛋白质工程成果的是（、下列不属于蛋白质工程成果的是（）A改造酶的结构，提高酶的热稳定性改造酶的结构，提高酶的热稳定性B生产出鼠生产出鼠人嵌合抗体人嵌合抗体C将将tPA分子中的天门冬酰胺替换为谷氨分子中的天门冬酰胺替换为谷氨酰胺酰胺D蛋白质酶洗衣粉容易洗掉或除奶渍、血渍蛋白质酶洗衣粉容易洗掉或除奶渍、血渍练习检测练习检测D
