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1、生物选修3,专题1 基因工程,1.4 蛋白质工程的崛起,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，后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。,复习回忆,有了基因工程，为什么还要诞生蛋白质工程呢？蛋白质工程崛起的理由是？,一、蛋白质工程的崛起的缘由,1、基因工程产物 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,这些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。,蛋白质工程的崛起,一、蛋白质工程崛起的缘由,1、基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。,2、天然蛋白质不一定完全符合人类生产和
2、生活的需要。,二、蛋白质工程的目的,生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质。,满足人类生产和生活的需要,2.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）,改造,改造,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,3:工业用酶,许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。,在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产中没有活性或活性很低。这是因为工业生产中每一步的反应体系中
3、常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。,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
4、）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。,ATTCAGATG TGCAGTACG TAAGTCTAC TCGTCATGC,DNA,a链 b链,mRNA AUUCAGAUG UGCAGUACG,Pro: ILe-Gln-甲硫AA-Cys-Ser-Thr,天然蛋白质的合成过程,基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能,二、蛋白质工程的基本原理,蛋白质工程的目标P26,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、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。,某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸-
5、色氨酸-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,mRNA： GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）,DNA的一条链： CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G),GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）,mRNA序列,脱氧核苷酸序列,（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）？,确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。,1、怎样得出决定
6、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。,某多肽链的一段氨基酸序列是-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-,讨论,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。,、蛋白质工程的基本途径,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）,三、蛋白质工程的基本原理：,基因改造,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,蛋白质工程的崛起,蛋白质工程的概念,蛋白质工程是指以蛋白质分子的结
7、构规律及其与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，以满足人类对生产和生活的需求。,三、蛋白质工程的进展和前景,1、科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。,2、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。,3、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。但随着科学技术的深入发展，它将会给人类带来更多的福音。,蛋白质工程的进展和前景,1、对胰岛素的改造，使其成为速效型药品,2、探索将蛋白质工程应用于微电子方面,前景诱人 但还需要经过艰辛探索 !,比较基因工程和蛋白质工程,目的基因,预期的蛋白质功能,基因表
8、达载体,基因,获取目的基因 构建表达载体 导入受体细胞 目的基因的检测与表达,预期蛋白质功能 设计蛋白质结构 推测氨基酸序列 推测核苷酸序列 合成DNA 表达出蛋白质,定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品,定向改造或生产人类所需的蛋白质,生产自然界中已有的蛋白质,蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。,生产自然界没有的蛋白质,提示：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，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。
9、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何行使功能知之甚少，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。,异想天开,蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？,？,答：基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。,2.基因工程是遵循中心法则， 从DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的： 确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列， 可以创造自然界不存在的蛋白质。,感谢您的关注！,
