3.4蛋白質工程的原理和應用學習目標1.了解蛋白質工程的概念及蛋白質工程崛起的緣由。2.簡述蛋白質工程的基本原理和過程,培養運用逆向思維分析和解決問題的能力。3.舉例說明蛋白質工程實際的應用。用細菌“畫”的畫思考：科學家是怎樣對蛋白質分子進行設計和改造的呢?

你見過用細菌畫畫嗎？右圖是用發出不同顏色熒光的細菌“畫"的美妙圖案。這些細菌能夠發出熒光，是因為在它們的體內導入了熒光蛋白的基因。最早被發現的熒光蛋白是綠色熒光蛋白，科學家通過改造它，獲得了黃色熒光蛋白等。這些熒光蛋白在細胞內生命活動的檢測、腫瘤的示蹤研究等領域有著重要應用。問題探討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，通過改造或合成基因，來改造現有蛋白質，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類生產和生活的需求。——第二代基因工程一、蛋白質工程概念二、蛋白質工程崛起的緣由基因工程與蛋白質工程的比較基因工程實質不足蛋白質工程天然蛋白質的不足目的將一種生物的

轉移到另一種生物體內，后者可以產生它本不能產生的

，進而表現出

。基因蛋白質新性狀在原則上只能生產自然界已存在的

。蛋白質即天然蛋白質天然蛋白質是生物在長期

過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種

的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。進化生存生產符合人類生產和生活的需要的

。蛋白質玉米中賴氨酸的含量較低，原因是賴氨酸合成過程中的兩種關鍵酶-----天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的活性，受細胞內賴氨酸濃度的影響較大。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）玉米中賴氨酸含量可提高數倍玉米中賴氨酸含量比較低天冬氨酸激酶（352位的蘇氨酸）改造改造天然蛋白質的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。天然蛋白質的不足：1、目標：根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行設計改造。2、原理：改造基因（基因修飾或基因合成）三、蛋白質工程的基本原理3、流程：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對應的脫氧核苷酸序列（基因）蛋白質（三維結構）預期功能生物功能翻譯折疊行使轉錄設計推測改造或合成mRNA目的基因通過改造或合成基因，定向改造現有蛋白質，或制造新的蛋白質。實質生產出自然界沒有的蛋白質。結果預期蛋白質功能→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到對應的脫氧核苷酸序列→合成新基因→獲得所需要的蛋白質天然蛋白質的合成途徑：基因

表達（轉錄和翻譯）

形成氨基酸序列的多肽鏈

形成具有高級結構的蛋白質

行使生物功能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(基因)蛋白質工程的途徑：（基因工程）蛋白質工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？理解鞏固利用蛋白質工程研發藥物。小鼠單克隆抗體會使人產生免疫反應，將小鼠抗體上結合抗原的區域“嫁接”到人的抗體上，其誘發免疫反應的強度會減低很多。1.醫藥工業方面四、蛋白質工程的應用2.其他工業方面改進酶的性能或開發新的工業酶如：枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質的作用，常被用于洗滌劑工業、絲綢工業等。3.農業方面改造某些參與調控光合作用的酶，提高植物光合作用的效率，增加糧食產量；利用蛋白質工程的思路設計優良微生物農藥，通過改造微生物蛋白質的結構，增強其防治病蟲害的效果。原因：蛋白質發揮功能必須依賴于正確的高級結構。這種高級結構很復雜，目前對其了解還很不夠，還需探索。血紅蛋白結構蛋白質工程—難度大1.蛋白質工程的概念