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1、2021/6/41 你知道人类蛋白质组计你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了么关系？我国科学家承担了什么任务？什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域中的一项之后，生命科学乃至自然科学领域中的一项重大的科学命题。重大的科学命题。20012001年，国际人类蛋白质年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：一项是有中国科动两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行的学家牵头执行的“人类肝脏蛋白
2、质组计划人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类人类血浆蛋白质组计划血浆蛋白质组计划”。2021/6/42 “ “人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有有1616个国家和地区的个国家和地区的8080多个实验室报名参加。多个实验室报名参加。它的科学它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质
3、目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为为重大肝病预防重大肝病预防、诊断诊断、治疗和新药研发的突破治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础提供重要的科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持质工程的有力推动和理论支持。2021/6/43蛋蛋白白质质工工程程就就是是在在对对蛋蛋白白质质的的化化学学、晶晶体体学学、动动力力学学等等结结构构与与功功能能认认识识的的基基础础上上，对对蛋蛋白白质质人工改造与合成的产品。人工改造与合成的产品。“后后基基因因组组时时代代”将将是是“蛋蛋白白质质组组学学时时代代”，即即从从对对基基因因信信息息的的研研究
4、究转转向向对对蛋蛋白白质质信信息息的的研研究究，包包括括研研究究蛋蛋白白质质结结构构、功功能能与与应应用用及及蛋蛋白白质质相相互关系和作用。互关系和作用。2021/6/44一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要例如：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位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）
5、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二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（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2021/6/45二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 对天然蛋白质进行改造，对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分子你认为应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的进行操作，还是通过对基因的操作来实现？操作来实现？1、目标：、目标： 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋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。白质的结构进行分子设计。2021/6/46蛋白质的一级结构蛋白质
6、的一级结构 2021/6/47蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 2021/6/48胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构2021/6/49血红蛋白质的四级结构血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子血红蛋白分子就是由二个由就是由二个由141个氨基酸残个氨基酸残基组成的基组成的亚基亚基和二个由和二个由146个个氨基酸残基组氨基酸残基组成的成的亚基按特亚基按特定的接触和排定的接触和排列组成的一个列组成的一个球状蛋白质分球状蛋白质分子，每个亚基子，每个亚基中各有一个含中各有一个含亚铁离子的血亚铁离子的血红素辅基。红素辅基。 2021/6/410逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链复制复制
7、复制复制折叠折叠等等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能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2021/6/4112、蛋白质工程的原理：基因改造、蛋白质工程的原理：基因改造3、基本途径：、基本途径：从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发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）2021/6/4124、概念：、概念： 蛋白质工程是指蛋白质工程是指以蛋白质
8、分子的结构规律及以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，的蛋白质，以满足人类的生生产和生活的需求以满足人类的生生产和生活的需求。 蛋白质工程是在基因工程的基础蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程。2021/6/413蛋白质工程的内容主要有两方面：蛋白质工程的内容主要有两方面：根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质的蛋白质而氨基酸排序由基因
9、决定，所以还需要而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造改造相相应应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自所需要的自然界原本然界原本不存在的基因片段不存在的基因片段，用于蛋白质工程。，用于蛋白质工程。2021/6/414三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着它是随着分子生物学分子生物学、晶体学晶体学以及以及计算机技术计算机技术的发展而诞生的，与的发展而诞生的，与基因组学基因组学、蛋白质组学蛋白质组学、生物信息学生物信息学的发展等因素有关的发展等因素有关2 2、
10、现状：成功的例子不多，、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。 2021/6/415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： 丙氨酸丙氨酸色氨酸色氨酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨甲硫氨酸酸苯丙氨酸苯丙氨酸（1 1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序）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。有多少种？列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？（2 2）确定目的基因的碱基序列后，怎
11、样才能合）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（成或改造目的基因（DNADNA）？）？2021/6/416（1 1）mRNAmRNA序列为：序列为： GCU GCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C） 脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列： CGA CGA（或（或G G或或T T或或C C）ACCTTTACCTTT（或（或C C）TACAAATACAAA（或（或G G）（2 2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人）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类的需
12、要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。中获取。2021/6/417 异想天开异想天开 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？的蛋白质食品呢？ 理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。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。主要原因
13、是蛋白质的高级结构自然不存在的蛋白质。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。来什么危害也是人们所担心的。 2021/6/418蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？ 蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生
14、物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。了手段。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，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
15、业有活性，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常常会有酸、碱或有机溶剂存在，生产中每一步的反应体系中常常会有酸、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
16、活性丧失等。起的活性丧失等。2021/6/419你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。工
17、业、轻工业以及医药工业中。 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。成为蛋白质工程的一部分。 2021/6/420部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
