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1、知识目标： 1.举例说出蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的原理。 3.尝试运用逆向思维分析和解决问题。 1.1.你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有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？什么关系？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。自然科学领域一项重大的科学命题。20012001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动：织宣告成立。之后，该组织正式提出
2、启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的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；另一项是以美国科学家牵头执行的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，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。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
3、部设在北京，目前有1616个国家和个国家和地区的地区的8080多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的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供重要蛋白质，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。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。和理论支持。一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由 基因工程在原则上只能生产自然界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已存在的蛋白质，这些天
4、然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和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。蛋白质完全符合人类生产和生活的需要。蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产和生活工程就是为了生产出符合人类生产和生活需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋需要的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。白质。 2.2.对天然蛋白质进行改造，你认为应该直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，还是通过对基因的接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？操作来实现？ 毫无疑问应该从对基因的操作来实
5、现对天然蛋白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：质改造，主要原因如下： （1 1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改）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，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。被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。 （2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易）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。操作，难度要小得多。1.1.天然蛋
6、白质合成的过程：天然蛋白质合成的过程：二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理2.2.蛋白质工程的基本途径是：蛋白质工程的基本途径是：基因基因表达（转录和翻译）表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成氨基酸序列的多肽链形成具有高级结构的蛋白质形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能行使生物功能DNADNA合成合成分子分子设计设计转录转录翻译翻译折叠折叠 蛋白质工程蛋白质工程是指以蛋白质是指以蛋白质分子的结构规律及其与生物功分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的质进行改造
7、，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。生活的需求。 某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：丙氨酸丙氨酸色氨色氨酸酸赖氨酸赖氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸讨论：讨论： （1 1） 怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把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。相应的碱基序列写出来。 （2 2） 确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造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（目的基因（DNADNA）？）？ （1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸
8、序列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来就比较复杂，至少可以排列出16种，首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。 （2）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。 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，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，让细设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人
9、类所需要的蛋白质食品呢？菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 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。主要原因是蛋白质计出来而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
10、的蛋白质，而且一个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。崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。 2.2.蛋白质工程操作程序的基蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？本思路与基因工程有什么不同？ 基因工程是遵循中心法则，基因工程是遵循中心法则，从从DNAmRNADNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有功能，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有的高级结构蛋白质应蛋白质
11、应具备的折叠状态具备的折叠状态应有的氨基酸序应有的氨基酸序列列应有的碱基排列，可以创造自应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。然界不存在的蛋白质。 3.3.你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？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，借助工程学的手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面的一门科学技段，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产和应用两方面组成的。酶术。概括地说，酶工程
12、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工业、轻工业以及医药工业中。工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。-淀淀粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉，就粉酶、葡萄糖淀粉酶和葡萄糖异构酶这三个酶连续作用于淀粉，就可以代替蔗糖生产出高果糖浆；蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂可以代替蔗糖生产出高果糖浆；蛋白酶用于皮革脱毛胶以及洗涤剂工业；固定化酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些工业；固定化酶还可以治疗先天性缺酶病或是器官缺损引起的某些功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗衣粉、嫩肉粉功能的衰竭等。至于我们日常生活中所见到的加酶洗
13、衣粉、嫩肉粉等，就更是酶工程最直接的体现了。通常所说的酶工程是用工程菌等，就更是酶工程最直接的体现了。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来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的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，随着蛋白质工程的发展，其成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，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。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。
