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1、1.4 蛋白質(zhì)工程的崛起,,轉(zhuǎn)錄,,DNA,RNA,,翻譯,肽鏈,復(fù)制,復(fù)制,,折疊等,具有空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì),,表達(dá)生物特有的功能或性狀,天然蛋白質(zhì)的合成過(guò)程,遵循中心法則,并需經(jīng)過(guò)高級(jí)空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,蛋白質(zhì)工程崛起的緣由,滿足人類生產(chǎn)和生活的需要,例如:,,改造,玉米中賴氨酸含量比較低,天冬氨酸激酶(352位的蘇氨酸),二氫吡啶二羧酸合成酶(104位的天冬酰胺),天冬氨酸激酶(異亮氨酸),二氫吡啶二羧酸合成酶(異亮氨酸),玉米中賴
2、氨酸含量可提高數(shù)倍,,改造,,改造,蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì),甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。,,蛋白質(zhì)工程 以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ),通過(guò)基因修飾或基因合成,對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,或制造一種新的蛋白質(zhì),以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。,一、蛋白質(zhì)工程的崛起,二、蛋白質(zhì)工程的基本原理,1、目標(biāo): 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求,對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。,討論1:蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)
3、是什么?,討論2.對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造,你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作,還是通過(guò)對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)?,答:毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)該從對(duì)基因的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造,主要原因如下:(1)任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的,改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造,而且改造過(guò)的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造,即使改造成功,被改造過(guò)的蛋白質(zhì)分子還是無(wú)法遺傳的。(2)對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作,難度要小得多。,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白
4、質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),血紅蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu),血紅蛋白分子就是由二個(gè)由141個(gè)氨基酸殘基組成的α亞基和二個(gè)由146個(gè)氨基酸殘基組成的β亞基按特定的接觸和排列組成的一個(gè)球狀蛋白質(zhì)分子,每個(gè)亞基中各有一個(gè)含亞鐵離子的血紅素輔基。,2、蛋白質(zhì)工程的原理:基因改造,3、基本途徑:,從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā)設(shè)計(jì)預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測(cè)應(yīng)有的氨基酸序列找到相對(duì)應(yīng)的脫氧核苷酸序列(基
5、因),,,,人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后,生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。2001年,國(guó)際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。2003年,該組織正是提出啟動(dòng)兩項(xiàng)重大國(guó)際合作行為: 一項(xiàng)是由中國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”,它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì),為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)。另一項(xiàng)是以美國(guó)科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”。人類蛋
6、白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持。,討論3:你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎?它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系?我國(guó)科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)?,,異想天開,能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因,導(dǎo)入合適的細(xì)菌中,讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢?,理論上講可以,但目前還沒(méi)有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì),并非完全是人工設(shè)計(jì)出來(lái)而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高
7、級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,人類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少,很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì),而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來(lái)什么危害也是人們所擔(dān)心的。,討論4:蛋白質(zhì)工程操作思路與基因工程有什么不同?,基因工程遵循中心法則,從DNA→mRNA →蛋白質(zhì)→折疊產(chǎn)生功能,基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的:確定蛋白質(zhì)的功能→蛋白質(zhì)應(yīng)用的高級(jí)結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)→應(yīng)有的氨基酸序列→
8、應(yīng)有的堿基序列,可以創(chuàng)造出自然界不存在的蛋白質(zhì)。,三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景,討論4.研究蛋白質(zhì)工程,有成功的例子嗎?,有,科學(xué)家通過(guò)對(duì)胰島素的改造,已使其成為速效性藥品。,討論5.研究蛋白質(zhì)工程是一項(xiàng)難度很大的工程,目前成功的例子不多,為什么?,主要是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)揮功能必須依賴于正確的高級(jí)結(jié)構(gòu),這種高級(jí)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,而目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的了解還很不夠,要設(shè)計(jì)出更加符合人類需要的蛋白質(zhì)還需經(jīng)過(guò)艱辛的探索。,討論5.蛋白質(zhì)
9、工程的前景如何?,生物和材料科學(xué)家正積極探索將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件,具有體積小、耗電少和效率高的特點(diǎn),因此有極為廣闊的發(fā)展前景。,區(qū)別,聯(lián)系,基因的改造、合成,基因的剪切拼接、導(dǎo)入,獲得自然界未有的蛋白質(zhì),所得到的蛋白質(zhì)是自然界存在的,基因,蛋白質(zhì)工程獲得目的基因后,需要進(jìn)行基因工程的操作來(lái)獲得預(yù)期蛋白質(zhì),探究:你知道酶工程嗎?絕大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì),酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別?,酶工程就是指將酶
10、所具有的生物催化作用,借助工程學(xué)的手段,應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護(hù)等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說(shuō),酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說(shuō)的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑,而沒(méi)有經(jīng)過(guò)由酶的功能來(lái)設(shè)計(jì)酶的分子結(jié)構(gòu),然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來(lái)確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此,酶工程的重點(diǎn)在于對(duì)已存酶的合理充分利用,而蛋白質(zhì)工程的重點(diǎn)則在于對(duì)已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然
11、,隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展,其成果也會(huì)應(yīng)用到酶工程中,使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。,1 .關(guān)于生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì),下列說(shuō)法不正確的是( )A.是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的B.它們的結(jié)構(gòu)和功能符合特定物種生存的需要C.構(gòu)成天然蛋白質(zhì)的氨基酸目前發(fā)現(xiàn)的有20種D.一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要,練習(xí)檢測(cè),D,2.蛋白質(zhì)工程中直接需要進(jìn)行操作的對(duì)象是( ?。?A.氨基酸結(jié)構(gòu) B.蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)
12、 C.肽鏈結(jié)構(gòu) D.基因結(jié)構(gòu),D,3.下列關(guān)于蛋白質(zhì)工程的說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ?。〢.蛋白質(zhì)工程能定向改造蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),使之更加符合人類的需要B.蛋白質(zhì)工程是在分子水平上對(duì)蛋白質(zhì)分子直接進(jìn)行操作,定向改變分子的結(jié)構(gòu)C.蛋白質(zhì)工程能產(chǎn)生出自然界中不曾存在過(guò)的新型蛋白質(zhì)分子D.蛋白質(zhì)工程與基因工程密不可分,又被稱為第二代基因工程,B,4、蛋白質(zhì)工程的基本流程正確的是( )①蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)②DNA合成
13、 ③預(yù)期蛋白質(zhì)功能④根據(jù)氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列 A.①②③④ B.④②①③ C.③①④② D.③④①②,C,5、蛋白質(zhì)工程是在基因工程基礎(chǔ)上,延伸出來(lái)的第二代基因工程,其結(jié)果產(chǎn)生的蛋白質(zhì)是( )A.氨基酸種類增多 B.氨基酸種類減少C.仍為天然存在蛋白質(zhì) D.可合成天然不存在蛋
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