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1、1.41.4蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起太原市外国语学校太原市外国语学校赵成艺赵成艺一、蛋白质工程崛起的理由一、蛋白质工程崛起的理由l基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。基因工程只能生产自然界已存在的蛋白质。l天然蛋白质的结构和功能符合特定物种生天然蛋白质的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存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。活的需要。实例实例1 1：生产单体速效胰岛素：生产单体速效胰岛素 如果把胰岛素如果把胰岛素B B链由链由B28B28脯氨酸脯氨酸-B29-B29赖氨赖氨酸酸改为改为B28B28赖氨酸赖氨酸-B29-B29脯氨酸脯氨酸就可避免胰
2、岛素就可避免胰岛素分子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。分子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。 原因：胰岛素注射到人体原因：胰岛素注射到人体后会堆积在皮下，要经过较长后会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而且进入时间才能进入血液，而且进入到血液中的胰岛素又会不断地到血液中的胰岛素又会不断地被分解。被分解。实例实例2 2：干扰素的保存：干扰素的保存 天然的干扰素在体外保存相当困难。天然的干扰素在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个如果将其分子上的一个半胱氨酸半胱氨酸变成变成丝氨酸丝氨酸，那么在那么在7070的条件下，可以保存半年。的条件下，可以保存半年。实例实例3:3:工业用酶工业用酶
3、许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。才使之适应生产和使用需要的。 在已研究过的几千种酶中，只有极少数可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，以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于绝大多数酶都不能应用于工业生产工业生产，这是因为工业生产中每一步的反应，这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应酸、碱或有机溶剂存在，反应温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变温度较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失活。性失活。 玉米中赖氨酸含量比较低，原因是赖氨酸浓玉米中赖氨酸含量比较低
4、，原因是赖氨酸浓度达到一定时会抑制赖氨酸合成过程中的两个关度达到一定时会抑制赖氨酸合成过程中的两个关键酶键酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果将天冬氨活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果将天冬氨酸激酶的第酸激酶的第352352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶中氢吡啶二羧酸合成酶中104104位的天冬氨酰变成异位的天冬氨酰变成异亮氨酸，可使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含亮氨酸，可使玉米叶片和种子中游离的赖氨酸含量分别提高量分别提高5 5倍和倍和2 2倍。倍。实例实例4:4:提高提高玉米
5、赖氨酸含量玉米赖氨酸含量DNADNARNARNA蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译逆转录逆转录复制复制中心法则中心法则预期蛋白质功能预期蛋白质功能设计设计 推测应有的推测应有的 序列序列找到对应的找到对应的 序列。序列。根据人们对蛋白质根据人们对蛋白质 的特定需求，的特定需求，对蛋白质的对蛋白质的 进行分子设计。进行分子设计。二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理结构结构预期的蛋白质预期的蛋白质氨基酸氨基酸脱氧核苷酸脱氧核苷酸功能功能改造基因改造基因( (基因基因 或基因或基因 ) )。原理原理目的目的途径途径修饰修饰合成合成密码子表密码子表某多肽的一段氨基酸序列是：某多肽的一段氨基酸序列
6、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- -GCU(C/A/G)GCU(C/A/G)UGGAAA(G)AUGUUU(C)UGGAAA(G)AUGUUU(C)mRNAmRNADNADNACGA(G/T/C)CGA(G/T/C)ACCTTT(C)TACAAA(G)ACCTTT(C)TACAAA(G) 确定目的基因的碱基序列后，就可以根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。或从基因库中获取。三、蛋白质工程的概念三、蛋白质工程的概念 以蛋白质分子的以
7、蛋白质分子的结构规律结构规律及其与及其与生物功能生物功能的关系的关系作为基础，通过作为基础，通过基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行对现有蛋白质进行改造或制造改造或制造一种新的蛋白质，一种新的蛋白质，以满足人类对以满足人类对生产和生活的需求生产和生活的需求。蛋白质工程的实质：蛋白质工程的实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造是对编码蛋白质的基因进行改造四、蛋白质工程的进展和前景四、蛋白质工程的进展和前景进展进展胰岛素速效型药品胰岛素速效型药品 前景前景制作电子元件制作电子元件现状现状蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极其复杂的高级结构，目前科学家
8、对大多其复杂的高级结构，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了解还不够，要设数蛋白质的高级结构了解还不够，要设计出更加符合人类需求的蛋白质换需经计出更加符合人类需求的蛋白质换需经过艰辛的探索。过艰辛的探索。酶工程酶工程酶工程酶工程通常是用工程菌生产酶制剂，重点在于对已通常是用工程菌生产酶制剂，重点在于对已存酶的合理充分利用。存酶的合理充分利用。蛋白质工程蛋白质工程则在于对已存在的蛋白质分子的改造。则在于对已存在的蛋白质分子的改造。随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程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。中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，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术。由诊断和环境保护等方面的一门科学技术。由酶酶制剂的生产制剂的生产和和应用应用两方面组成的。两方面组成的。
