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1、第三节第三节 蛋白质工蛋白质工程程学习目标学习目标1简述蛋白质工程的基本原理简述蛋白质工程的基本原理2举例说明蛋白质工程的应用和举例说明蛋白质工程的应用和发展发展3尝试运用逆向思维分析和解决尝试运用逆向思维分析和解决问题问题问题问题1：蛋白质工程崛起的缘由是：蛋白质工程崛起的缘由是什么？什么？问题问题2：请简述蛋白质工程是怎么：请简述蛋白质工程是怎么回事？回事？ 为什么说它是第二代基因为什么说它是第二代基因工程？工程？问题问题3：天然蛋白质合成的过程是：天然蛋白质合成的过程是怎样进行的？怎样进行的？问题问题4：蛋白质工程的基本流程是：蛋白质工程的基本流程是什么？什么？蛋白质工程的崛蛋白质工程的
2、崛起起1965年，我国科学工年，我国科学工作者首次人工合成了作者首次人工合成了结晶牛胰岛素结晶牛胰岛素19831983年，美国科学家提出蛋年，美国科学家提出蛋白质工程这一名词白质工程这一名词蛋白质工程的概念和蛋白质工程的概念和原理原理1什么是蛋白质工程？什么是蛋白质工程？2为什么要进行蛋白质工程的研究？为什么要进行蛋白质工程的研究？3实施蛋白质工程的前提条件是什么？实施蛋白质工程的前提条件是什么？科学家测定蛋白质结构时主要采用哪两种科学家测定蛋白质结构时主要采用哪两种方法？方法？4基因定点诱变技术是改变蛋白质结构基因定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。的核心技术之一。PCR技术是基因定
3、点诱技术是基因定点诱变技术常用的方法之一。其具体过程是怎变技术常用的方法之一。其具体过程是怎样的？样的？蛋白质工程是指通过蛋白质工程是指通过物理化学物理化学与与生物化学生物化学等技术了解等技术了解蛋白质的结蛋白质的结构和功能构和功能，并借助，并借助计算机辅助设计算机辅助设计计、基因定点诱变基因定点诱变和和重组重组DNA技技术术改造基因，以改造基因，以定向改造天然蛋定向改造天然蛋白质白质，甚至，甚至创造自然界不存在的创造自然界不存在的蛋白质蛋白质的技术。的技术。一、蛋白质工程的概念一、蛋白质工程的概念和原理和原理结构分结构分析析结构预结构预测与设测与设计计基基因因工工程程蛋白蛋白质纯质纯化化功能
4、分功能分析析一、蛋白质工程的概念一、蛋白质工程的概念和原理和原理不断不断完善完善实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质的结构和功能的关系。科学家测定蛋白质结构结构和功能的关系。科学家测定蛋白质结构是主要采用是主要采用X射线晶体衍射法和核磁共振法。射线晶体衍射法和核磁共振法。 基因定点诱变技术是改变蛋白质结基因定点诱变技术是改变蛋白质结构的核心技术之一。构的核心技术之一。PCR技术是基技术是基因定点诱变技术常用的方法之一。因定点诱变技术常用的方法之一。其具体过程是怎样的？其具体过程是怎样的？一般先人工合成带有突变位点的引一般先人工合成带有突变位点的引物，通过物
5、，通过PCR扩增而获得定点突变的扩增而获得定点突变的基因，再通过基因工程的方法，将基因，再通过基因工程的方法，将突变基因导入受体细胞，经过转录突变基因导入受体细胞，经过转录和翻译就可合成所需的蛋白质。和翻译就可合成所需的蛋白质。 蛋蛋白白质质的的定定点点诱诱变变过过程程【例例1】科学家将科学家将- -干扰素基因进行定点突变后导入大干扰素基因进行定点突变后导入大肠杆菌表达，使干扰素第肠杆菌表达，使干扰素第1717位的半胱氨酸改变成丝氨酸，位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高了结果大大提高了-干扰素的抗病活性及其储存稳定性，干扰素的抗病活性及其储存稳定性，该生物技术为该生物技术为 （ ） A基因
6、工程基因工程 B蛋白质工程蛋白质工程 C基因突变基因突变 D细胞工程细胞工程B蛋白质工程的应蛋白质工程的应用用1工业化生产中的酶促反应要求所使用的工业化生产中的酶促反应要求所使用的酶具有高度的稳定性和催化活性，特别是酶具有高度的稳定性和催化活性，特别是对高温的稳定性。利用蛋白质工程可以获对高温的稳定性。利用蛋白质工程可以获得这种耐高温酶吗？得这种耐高温酶吗？通过改造酶的结构，有通过改造酶的结构，有目的地提高酶的热稳定目的地提高酶的热稳定性性将天门冬酰胺和谷氨酰胺转变为将天门冬酰胺和谷氨酰胺转变为其他氨基酸其他氨基酸引入二引入二硫键硫键制药领域制药领域 鼠人嵌合鼠人嵌合抗体、抗体、改造的纤维蛋白
7、改造的纤维蛋白溶解酶原激活因子溶解酶原激活因子（tPA）恒定恒定区区可变可变区区蛋白质工程的应蛋白质工程的应用用2现有某多肽链的一段氨基酸序列是：现有某多肽链的一段氨基酸序列是：“丙氨酸丙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”请讨论、回答下列问题：请讨论、回答下列问题：（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸）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。序列？请把相应的碱基序列写出来。（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能）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（合成或改造目的基因（DNA）？）？（3）通过以上分析和讨论，你能说出什
8、么是）通过以上分析和讨论，你能说出什么是蛋白质工程吗？蛋白质工程吗？生生物物功功能能氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链基因基因DNAmRNA转转录录翻翻译译蛋白质蛋白质三维结构三维结构折折叠叠预预期期功功能能中心法中心法则则分子设计分子设计DNA合成合成蛋白质工蛋白质工程程蛋白质工程的应用蛋白质工程的应用3蛋白质工程与基因工程有什么区别蛋白质工程与基因工程有什么区别和联系？和联系？项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作环境操作环境操作对象操作对象目的基因目的基因基本过程基本过程结果结果联系联系生物体外生物体外生物体外生物体外基因基因基因基因一般为自然一般为自然存在的基因存在的基因一般为
9、自一般为自然不存在然不存在的基因的基因剪切、拼剪切、拼接、导入、接、导入、表达表达见教材见教材P30人类需要人类需要的基因产的基因产物物创造出适合人类需求创造出适合人类需求的新基因，然后使其的新基因，然后使其表达出具有特定结构表达出具有特定结构和功能的蛋白质和功能的蛋白质 蛋白质工程的关键技术是基因蛋白质工程的关键技术是基因工程，因为蛋白质的合成是由工程，因为蛋白质的合成是由基因控制的，所以说蛋白质工基因控制的，所以说蛋白质工程又被称为第二代基因工程。程又被称为第二代基因工程。蛋白质工程的应蛋白质工程的应用用4蛋白质工程的现状是怎样的？蛋白质工程的现状是怎样的？蛋白质工程使我们不仅能更充分地利蛋白质工程使我们不仅能更充分地利用自然界存在的基因和蛋白质，而且用自然界存在的基因和蛋白质，而且能在分子水平上对基因和蛋白质进行能在分子水平上对基因和蛋白质进行再设计和改造，进而创造出自然界不再设计和改造，进而创造出自然界不存在的基因和蛋白质。当然，蛋白质存在的基因和蛋白质。当然，蛋白质工程中还有许多理论和技术问题有待工程中还有许多理论和技术问题有待于研究和探索，但是可以相信，蛋白于研究和探索，但是可以相信，蛋白质工程的发展前景一定非常广阔。质工程的发展前景一定非常广阔。
