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1、蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起蛋白质工程的概念是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物是指以蛋白质分子的结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一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求活的需求。（第二代基因工程）（第二代基因工程）前提前提：原理原理：目的：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因（基因修饰或基因合成）改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质蛋白质工程崛起的缘由基因工程在原则
2、上只能生产自然界已存在的蛋白质，这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。合人类生产和生活的需要。在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业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，因为这些酶虽然在自然状态下有活性，但在工业生产，因为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。在工业生产中每一步的反生产中没有活性或活性很低。在工业生产中
3、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。提高蛋高，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。如：白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。如：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的延长酶的半衰期，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。保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是
4、自然界不存在的蛋白质。蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。举例举例蛋白质的改造蛋白质的改造干扰素在体外保存困难干扰素在体外保存困难玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸将分子中的一个半胱氨酸转变成丝氨酸第第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸位的天冬酰胺变成异亮氨酸第第352位的苏氨酸变成异亮氨酸位的苏氨酸变成异亮氨酸解除赖氨酸对酶活性的限制解除赖氨酸对酶活性的限制赖氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶蛋白质工程的基本原理蛋白质工程与基因工程的不同基因工程是遵循中心法则，从基因工程是遵循中心法则，从DNAmRNA蛋白质蛋白
5、质折叠产生功能，生产折叠产生功能，生产出自然界已有的蛋白质。出自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是：确定蛋白质的功能蛋白质工程是：确定蛋白质的功能蛋蛋白质应有的高级结构白质应有的高级结构蛋白质应具备的蛋白质应具备的折叠状态折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应有的应有的碱基排列，创造自然界不存在的蛋白质碱基排列，创造自然界不存在的蛋白质。蛋白质工程的进展与前景蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，蛋白质工程目前的现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于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，而科学家目前对大多数正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了
6、解很少。蛋白质的空间结构了解很少。进展：胰岛素速效型药品的生产进展：胰岛素速效型药品的生产前景：微电子方面、干扰素、高产赖氨酸前景：微电子方面、干扰素、高产赖氨酸玉米的设计等。玉米的设计等。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学的手段，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，酶工程是由酶制等方面的一门科学技术。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工
7、业、轻工业以及医药工业中。中于食品工业、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，然后由酶的分子过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，酶工结构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，程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，随着蛋白质工程的发展，其
8、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。使酶工程成为蛋白质工程的一部分。 旁栏思考题你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？我国科学家承担了什么任务？ 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一项重大的科学命题。然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是
9、由中国科学家牵头执行的动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白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“人类血浆蛋白质组计划人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官的是国际上第一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重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家个
10、国家和地区的和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。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质工程的有力推动和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。理论支持。旁栏思考题对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质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？分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？答：毫无疑问应该从对基因
11、的操作来实现对天然蛋白质改答：毫无疑问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：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）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。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）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。度要小得多。讨论：某多肽
12、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（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。有多少种？（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）？mRNA序列为：序列为：GCU（或（或C或或A或或G）UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C） 脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C）ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G） 16种种确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的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需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。获取。
