蛋白质工程的崛起整合ppt课件

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1、1蛋白质工程的崛起2胰岛素改造胰岛素改造31.基因工程的实质是什么？基因工程的实质是什么？2.基因工程的不足是什么？基因工程的不足是什么？3.天然蛋白质的不足是什么？天然蛋白质的不足是什么？4.蛋白质工程的目的是什么？蛋白质工程的目的是什么？任务：阅读教材第任务：阅读教材第2626页第二段页第二段时间：时间：3 3分钟分钟问题：问题：4一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程的应用、基因工程的应用（1 1）基因工程的实质：）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

2、现出新的性状。的蛋白质，进而表现出新的性状。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。（2 2）基因工程的不足：）基因工程的不足：5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。活的需要。2 2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足3 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蛋白质。生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。6满足人类生产和生活满足人类生产和生活

3、的需要的需要例如：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（352352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（104104位的天位的天冬酰胺）冬酰胺）天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造改造改造71.蛋白质工程的目标是什么？蛋白质工程的目标是什么？2.蛋白质工程的原理

4、？思考蛋白质工程的原理？思考26页第二个问号页第二个问号3.蛋白质工程的基本途径是什么？蛋白质工程的基本途径是什么？4.总结出什么是蛋白质工程？总结出什么是蛋白质工程？任务：阅读教材第任务：阅读教材第2626页第三段页第三段时间：时间：3 3分钟分钟问题：问题：8二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 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。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。1 1、目标、目标：2 2、原理：、原理：9思考：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思考：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

5、，还是通过对基因的操作来实现？作，还是通过对基因的操作来实现？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：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 1）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）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去。如果对蛋白白质进行了改造，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，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。的。（2 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）对基因

6、进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。得多。10二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 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。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。1 1、目标：、目标：2 2、原理、原理：改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）11逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白质复制复制复制复制天然蛋白质的合成天然蛋白质的合成遵循中心法则遵循中心法则转录转录DNADNA复制复制转录转录DNADNA复制复制12转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠等折叠等具有空

7、间结构的蛋具有空间结构的蛋白质白质表达生物特有的功能表达生物特有的功能或性状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13.途径途径:预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列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）找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）14蛋白质蛋白质三维结构三维结构氨基酸序氨基酸序列多肽链列多肽链基因基因DNADNA预期功预期功能能DNADNA合成合成分子设分子设计计mRNA生物功能生物功能转录转录翻译翻译折叠折叠15（1 1）从生

8、物体中分离纯化目的蛋白；）从生物体中分离纯化目的蛋白；（2 2）测定其氨基酸序列；）测定其氨基酸序列；（3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构维晶体结构;（4 4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；能的影响；（5 5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变；）设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变；（6 6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。）分离

9、、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。16蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念v蛋白质工程是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，蛋白质工程是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，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白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。质，以满足人类的生产和生活的需求。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，延伸出延伸出来的第二代基因工程。来的第二代基因工程。17 讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙

10、氨酸-色氨酸色氨酸-赖氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA、GCG GCG 色氨酸：色氨酸：UGG UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAAAAA、AAG AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUUUUU、UUCUUC 讨论：讨论：1 1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱请把相应的碱基序列写出来。基序列写出来。18GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）mRNA

11、mRNA序列序列 脱氧核苷酸序脱氧核苷酸序列列GCT(GCT(或或C C或或A A或或G)TGGAAA(G)TGGAAA(或或G)ATGTTT(G)ATGTTT(或或C)C)CGA(CGA(或或G G或或T T或或C)ACCTTTC)ACCTTT（或（或C)TACAAA(C)TACAAA(或或G)G)19基因定点诱变技术的常用方法是基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。法。突变点：突变点：人工合成的引物上人工合成的引物上手段：手段：PCRPCR技术（定点突变试剂盒）技术（定点突变试剂盒）目的：目的：获得定点突变的基因获得定点突变的基因2、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合、确定目的基因的碱基

12、序列后，怎样才能合成或改造目的基因（成或改造目的基因（DNA）？）？可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。2021v1.1.进展进展生长激素改造生长激素改造水蛭素改造水蛭素改造胰岛素改造胰岛素改造治癌酶的改造治癌酶的改造22（二）蛋白质改造工程举例（二）蛋白质改造工程举例1水蛭素改造水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作

13、为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将的设计方案，将47位的位的Asn（天冬酰胺）变成（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子（赖氨酸），使其与分子内第内第4或第或第5位位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从端肽段的正确取向，从而提高抗凝血效率，试管试验活性提高了而提高抗凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高效果，提高20

14、倍。倍。232 2生长激素改造生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有其他激素受体的结合。

15、经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第如第1818和第和第2121位位HisHis（组氨酸）和第（组氨酸）和第1717位位GluGlu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。要开发作为临床用

16、药还有大量的工作要做。243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体，延缓胰岛素从注射部位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。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。254治癌酶的改造治癌酶的改造 癌症的基因治疗分二

17、个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3-OH缺乏缺乏,从而阻断从而阻断DNA的合成，的合成，杀死癌细胞。杀死癌细胞。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出

18、一种酶机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催个氨基酸被替换，催化能力化能力20倍以上。倍以上。262.2.前景前景制作电子元件制作电子元件3.3.现状现状蛋白质工程目前成功的例子不多蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的高级结构了解不够。原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。应用于微电子方面应用于微电子方面具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点的特点体积小体积小效率高效率高271 1、蛋白质工程崛起的缘由、蛋白质工程崛起的缘由2 2、蛋白质工程

19、的原理、蛋白质工程的原理：中心法则的逆推中心法则的逆推预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构找到相应的脱氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列3 3、蛋白质工程的进展和前景、蛋白质工程的进展和前景28 1 1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说 法不正确的是（法不正确的是（）A 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 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 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

20、目前发现的有2020种种D 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D2 2蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋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 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C C肽链结构肽链结构 D D基因结构基因结构 29v3 3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（）vA A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的需要vB B蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行

21、操作，定向改变分子的结构改变分子的结构vC C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vD D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30v4 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（)vA 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vB 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vC C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造vD D、蛋白质工程只能生产天然的蛋

22、白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 v5 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（）v蛋白质分子结构设计蛋白质分子结构设计DNADNA合成预期蛋白质功能根据氨基酸序列合成预期蛋白质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列推出脱氧核苷酸序列v A A B B v C C D D31v6 6、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，、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是（）其结果产生的蛋白质是（）vA A氨基酸种类增多氨基酸种类增多 vB B氨基酸种类减少氨基酸种类减少vC C仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 vD D可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质327 7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（）A A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品B B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C C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用D D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多C