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1、1.4蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程崛起的缘由二、蛋白质工程的基本原理材料一: 研究发现由 166 个氨基酸组成的干扰素（如图 1 所示），其结构内部有3 个半胱氨酸（17，31，141 号）31 与 141 号的半胱氨酸（含巯基HS）形成了分子内的二硫键（SS）稳定空间结构。体外合成的大量干扰素，放置一段时间，干扰素分子容易通过游离的17 号形成分子间的二硫键，进而形成没有活性的干扰素，无法长期保存。 图 1: 干扰素的氨基酸组成 【问题探讨】：为了维持体外表达的大量干扰素活性，我们可以如何改造干扰素，减少聚合。 材料二：为了延长干扰素的药效，可以借助聚乙二醇。聚乙二醇(PEG)是一种线型的
2、高分子，溶于水和一部分有机溶剂，分子简式如右图。聚乙二醇可以和蛋白质的赖氨酸（K）的氨基（NH2）或与游离的半胱氨酸的巯基（HS）相连，当一个聚乙二醇和一分子的蛋白质结合，将挡住其他的结合位置，因此就很难再和其他的聚乙二醇结合，因此可以通过在干扰素上连接聚乙二醇(PEG) 分子形成大分子的复合体，以增大分子量。根据材料二，回答下面的问题1 材料一改良后的干扰素有2 个半胱氨酸（C）和 11 个赖氨酸（K），聚二乙醇将会与干扰素的半胱氨酸（C）还是与赖氨酸（K）结合？2干扰素与 PEG 有多少种不同的结合方式？【探讨活动】：如何产生大量活性高、药效长的干扰素？项目基因工程蛋白质工程操作对象操作核
3、心过程目标结果联系课堂反馈资料一、干扰素简介 干扰素是一类糖蛋白，它具有高度的种属特异性，故动物的干扰素对人无效，干扰素具有抗病毒、抑制细胞增殖、调节免疫及抗肿瘤作用。而3亿 ml 的人血白细胞才能提取到 1g这种蛋白质。研究发现干扰素可以在大肠杆菌表达，说一说如何利用基因工程的方法提高干扰素的产量，简单描述操作过程。二、蛋白质的改造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）
4、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，从而提高凝血效率，试管试验活性提高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，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
5、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。HSVTK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个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。
