《蛋白质工程的崛起(整合)ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蛋白质工程的崛起(整合)ppt课件（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 蛋白质工程的崛起 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进入血液 从而延缓了其降血糖作用 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 这种制剂的形成正是利用了蛋白质工程技术 1 基因工程的实质是什么 2 基因工程的不足是什么 3 天然蛋白质的不足是什么 4 蛋白质工程的目的是什么 任务 阅读教材第26页第二段时间 3分钟问题 一 蛋白质工程崛起的缘由 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
2、 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 2 基因工程的不足 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 2 天然蛋白质的不足 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 满足人类生产和生活的需要 例如 改造 玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶 352位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 104位的天冬酰胺 天冬氨酸激酶 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 改造 改造 1 蛋白质工程的目标是什么 2 蛋白质工程的原理 思考26页第二个问号3 蛋白质工程的基
3、本途径是什么 4 总结出什么是蛋白质工程 任务 阅读教材第26页第三段时间 3分钟问题 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 1 目标 2 原理 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 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 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的 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 二 蛋白质工程的基本
4、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 1 目标 2 原理 改造基因 基因修饰或基因合成 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 复制 天然蛋白质的合成遵循中心法则 转录 DNA 复制 转录 DNA 复制 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
5、 图1 29蛋白质工程流程图 蛋白质工程的主要步骤通常包括 1 从生物体中分离纯化目的蛋白 2 测定其氨基酸序列 3 借助核磁共振和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维晶体结构 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能的影响 5 设计编码该蛋白的基因改造方案 如定点突变 6 分离 纯化新蛋白 功能检测后投入实际使用 蛋白质工程的概念 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质 以满足人类的生产和生活的需求 讨论 某多肽链的一段氨基酸序列是 丙氨酸 色氨
6、酸 赖氨酸 甲硫氨酸 苯丙氨酸 丙氨酸 GCU GCC GCA GCG色氨酸 UGG赖氨酸 AAA AAG甲硫氨酸 AUG苯丙氨酸 UUU UUC 讨论 1 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列 请把相应的碱基序列写出来 GCU 或C或A或G UGGAAA 或G AUGUUU 或C mRNA序列 脱氧核苷酸序列 基因定点诱变技术的常用方法是PCR法 突变点 人工合成的引物上 手段 PCR技术 定点突变试剂盒 目的 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 三 蛋白质工程的进展和前景 1 进展 生
7、长激素改造 水蛭素改造 胰岛素改造 治癌酶的改造 二 蛋白质改造工程举例1 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65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47位的Asn 天冬酰胺 变成Lys 赖氨酸 使其与分子内第4或第5位Thr 苏氨酸 间形成氢键来帮助水蛭素N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4倍 在动物模型上检验抗血栓形成的效果 提高20倍 2 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
8、 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 如第18和第21位His 组氨酸 和第17位Glu 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 3 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
9、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 4 治癌酶的改造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 可以提高化学治疗的剂量 疱疹病毒 HSV 胸腺嘧啶激酶 TK 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3 OH缺乏 从而阻断DNA的合成 杀死癌细胞 HSV TK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一种酶 在酶活性部位附近有6个氨基酸被替
10、换 催化能力20倍以上 2 前景 制作电子元件 3 现状 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 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 具有 耗电少和的特点 体积小 效率高 1 蛋白质工程崛起的缘由 2 蛋白质工程的原理 中心法则的逆推 预期的蛋白质功能出发 推测应有的氨基酸序列 设计预期的蛋白质结构 找到相应的脱氧核苷酸序列 3 蛋白质工程的进展和前景 1 关于生物体内存在的天然蛋白质 下列说法不正确的是 A 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C 构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种D 一定完全符
11、合人类生产和生活的需要 D 2 蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 氨基酸结构B 蛋白质空间结构C 肽链结构D 基因结构 3 下列关于蛋白质工程的说法错误的是 A 蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构 使之更加符合人类的需要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 定向改变分子的结构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 4 以下关于蛋白质工程的说法正确的是 A 蛋白质工程以基因工程为基础B 蛋白质工程就是酶工程的延伸C 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 5 蛋白质工程的基本流程正确的是 蛋白质分子结构设计 DNA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A B C D 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 其结果产生的蛋白质是 A 氨基酸种类增多B 氨基酸种类减少C 仍为天然存在蛋白质D 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 下列说法不正确的是 A 科学家通过对胰岛素的改造 已使其成为速效药品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C 蛋白质工程技术已经非常成熟 目前正被大力推广应用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 C
