蛋白質工程的崛起課件第1頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質工程的崛起第2頁，課件共35頁，創作于2023年2月

你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任務？

人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域中的一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟動兩項重大國際合作行為：一項是有中國科學家牽頭執行的“人類肝臟蛋白質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執行的“人類血漿蛋白質組計劃”。第3頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質工程是應怎樣的需求而崛起的？蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結果，為設計改造天然蛋白質提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變為中心的基因操作技術為蛋白質工程提供了手段。在已研究過的幾千種酶中，只有極少數可以應用于工業生產，絕大多數酶都不能應用于工業生產，這些酶雖然在自然狀態下有活性，但在工業生產中沒有活性或活性很低。這是因為工業生產中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數酶會很快變性失活。提高蛋白質的穩定性是工業生產中一個非常重要的課題。一般來說，提高蛋白質的穩定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱穩定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失等。第4頁，課件共35頁，創作于2023年2月干擾素是由效應T細胞產生的糖蛋白，可阻斷細胞分裂間期，抑制DNA復制，從而可用于治療疾病。但干擾素在體外很難保存。2010-1-105在已研究過的幾千種酶中，只有極少數可以應用于工業生產，絕大多數酶都不能應用于工業生產，這些酶雖然在自然狀態下有活性，但在工業生產中沒有活性或活性很低。科學家面臨新的問題第5頁，課件共35頁，創作于2023年2月玉米中賴氨酸的含量比較低2010-1-106第6頁，課件共35頁，創作于2023年2月例如：改造干擾素（半胱氨酸）體外很難保存干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年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）改造改造天冬氨酸激酶（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數倍2010-1-107第7頁，課件共35頁，創作于2023年2月概念:蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造或制造一種新的蛋白質，以滿足人類對生產和生活的需求。前提：原理：目的：了解蛋白質的結構和功能改造基因(基因修飾或基因合成)定向改造或制造蛋白質二、蛋白質工程的基本原理蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。第8頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質工程的內容主要有兩方面：①根據需要設計具有特定氨基酸序列和空間結構的蛋白質②而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造相應基因中脫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，用于蛋白質工程。第9頁，課件共35頁，創作于2023年2月應該從對基因的操作來實現對天然蛋白質改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。（2）對基因進行改造比對蛋白質直接改造要容易操作，難度要小得多。第10頁，課件共35頁，創作于2023年2月逆轉錄轉錄DNARNA翻譯肽鏈復制復制折疊等具有空間結構的蛋白質表達生物特有的功能或性狀天然蛋白質的合成過程遵循中心法則，并需經過高級空間結構的轉變第11頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質工程流程圖從預期的蛋白質功能出發設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相應的脫氧核苷酸序列第12頁，課件共35頁，創作于2023年2月

比較基因工程和蛋白質工程基因工程蛋白質工程相同點都要改造基因，都屬于分子水平產生新的基因型，無新基因基因（型）產生的蛋白質原有的新的聯系蛋白質工程以基因工程為基礎，是基因工程的應用和延伸2010-1-1013第13頁，課件共35頁，創作于2023年2月項目基因工程蛋白質工程操作起點操作核心過程目標結果聯系目的基因預期的蛋白質功能基因表達載體基因獲取目的基因→構建表達載體→導入受體細胞→目的基因的檢測與表達預期蛋白質功能→設計蛋白質結構→推測氨基酸序列→推測核苷酸序列→合成DNA→表達出蛋白質定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生物類型或生物產品定向改造或生產人類所需的蛋白質生產自然界中已有的蛋白質蛋白質工程是在基因工程的基礎上,延伸出來的第二代基因工程。因為對現有蛋白質的改造或制造新的蛋白質，必須通過基因的修飾或基因的合成。生產自然界沒有的蛋白質第14頁，課件共35頁，創作于2023年2月2010-1-1015第15頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質的結構蛋白質的一級結構

第16頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質的結構蛋白質的二級結構

第17頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質的結構胰島素的三級結構第18頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質的結構血紅蛋白質的四級結構

血紅蛋白分子就是由二個由141個氨基酸殘基組成的α亞基和二個由146個氨基酸殘基組成的β亞基按特定的接觸和排列組成的一個球狀蛋白質分子，每個亞基中各有一個含亞鐵離子的血紅素輔基。第19頁，課件共35頁，創作于2023年2月1、蛋白質工程的誕生是有其理論與技術條件的，它是隨著分子生物學、晶體學以及計算機技術的發展而誕生的，與基因組學、蛋白質組學、生物信息學的發展等因素有關2、現狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質發揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科學家目前對大多數蛋白質的空間結構了解很少。

三、蛋白質工程的進展與前景第20頁，課件共35頁，創作于2023年2月蛋白質工程舉例1．水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由65或66個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結構特點的基礎上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。2010-1-1021第21頁，課件共35頁，創作于2023年2月2．生長激素改造生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發育，然而它不僅可以結合生長激素受體，還可以結合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結合，盡可能減少與其他激素受體的結合。經研究發現，二者受體結合區有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區別。由于人的生長激素和催乳激素受體結合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結果與預先設想一致，但要開發作為臨床用藥還有大量的工作要做。2010-1-1022第22頁，課件共35頁，創作于2023年2月3．胰島素改造天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結構所致。利用蛋白質工程技術改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。

2010-1-1023第23頁，課件共35頁，創作于2023年2月生物和材料科學家正積極探索將蛋白質工程應用于微電子方面。用蛋白質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，因此有極為廣闊的發展前景蛋白質工程目前的現狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質發揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科學家目前對大多數蛋白質的空間結構了解很少。2010-1-1024第24頁，課件共35頁，創作于2023年2月

1.

蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是（）

A.氨基酸結構

B.蛋白質空間結構

C.肽鏈結構

D.基因結構練習：2010-1-1025第25頁，課件共35頁，創作于2023年2月

1.

蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是（）

A.氨基酸結構

B.蛋白質空間結構

C.肽鏈結構

D.基因結構練習：D2010-1-1026第26頁，課件共35頁，創作于2023年2月

2.下列關于蛋白質工程的說法錯誤的是（）

A.蛋白質工程能定向改造蛋白質分子的結構，使之更加符合人類的需要

B.蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構

C.蛋白質工程能產生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子

D.蛋白質工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程2010-1-1027第27頁，課件共35頁，創作于2023年2月

2.下列關于蛋白質工程的說法錯誤的是（）

A.蛋白質工程能定向改造蛋白質分子的結構，使之更加符合人類的需要

B.蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構

C.蛋白質工程能產生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子

D.蛋白質工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程B2010-1-1028第28頁，課件共35頁，創作于2023年2月

3.以下關于蛋白質工程的說法正確的是（）

A.蛋白質工程以基因工程為基礎

B.蛋白質工程就是酶工程的延伸

C.蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造

D.蛋白質工程只能生產天然的蛋白質2010-1-1029山西省孝義市第二中學第29頁，課件共35頁，創作于2023年2月

3.以下關于蛋白質工程的說法正確的是（

）

A.蛋白質工程以基因工程為基礎

B.蛋白質工程就是酶工程的延伸

C.蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造

D.蛋白質工程只能生產天然的蛋白質A2010-1-1030第30頁，課件共35頁，創作于2023年2月4.蛋白質工程的基本流程正確的是

（）①蛋白質分子結構設計②DNA合成③預期蛋白質功能④根據氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A.①②③④

B.④②①③C.③①④②

D.③④①②2010-1-1031第31頁，課件共35頁，創作于2023年2月4.蛋白質工程的基本流程正確的是

（）①蛋白質分子結構設計②DNA合成③預期蛋白質功能④根據氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A.①②③④

B.④②①③C.③①④②

D.③④①②C2010-1-1032第32頁，課件共35頁，創作于2023年2月

5.蛋白質工程是在基因工程基礎上，延伸出來的第二代基因工程，其結果產生的蛋白質是（）

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

D.可合成天然不存在蛋白質2010-1-1033第33頁，課件共35頁，創作于2023年2月

5.蛋白質工程是在基因工程基礎上，延伸出來的第二代基因工程，其結果產生的蛋白質是（）

A.