蛋白质崛起2011.ppt

一、蛋白质工程崛起的缘由 满足人类生产和生活的需要 例如： 改造 干扰素（半胱氨酸） 体外很难保存 干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺） 改造 改造 天冬氨酸激酶（异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸） 玉米中赖氨酸含量可提高数倍 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。 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。 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，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起的活性丧失等。 1、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？ 旁栏思考题 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。2001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：一项是由中国科学家牵头执行的“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“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。 “人类肝脏蛋白质组计划”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。 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。 阅读课本P26～P28，完成《三维设计》的填要点。 二、讨论：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。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，甚至是自然界不存在的蛋白质。 一、自学导引： 蛋白质工程流程图 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质三 维结构 预期蛋白 质功能 分子设计 DNA合成 原理： 1、天然蛋白质合成的过程是按照中 心法则进行 2、蛋白质工程的基本途径是：中心法则的逆推 蛋白质工程流程图 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质三 维结构 预期蛋白 质功能 分子设计 DNA合成 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 进行改造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的 需求。（第二代基因工程） 蛋白质工程的主要步骤通常包括： （1）从生物体中分离纯化目的蛋白； （2）测定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构; （4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响； （5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变； （6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。 蛋白质工程的内容主要有两方面： 一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质 二是确定蛋白质的化学组及空间结构与生物功能之间的关系， 在此基础上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生 理功能，设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质，而氨基 酸排序由基因决定，所以还需要改造控制蛋白质合成的相应 基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存 在的基因片段，用与蛋白质工程。 4、蛋白质工程与基因工程的比较 项目 蛋白质工程 基因工程 过程 实质 结果 联系 预期功能-设计结构-推测氨基 获取目的基因-构建载体-导酸序列-找到核苷酸序列 入受体细胞-目的基因检测与鉴定 改造基因 定向改造生物的遗传性状 生产自然界没有的蛋白质