《蛋白质工程ZHY》PPT课件.ppt
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1、1.41.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起一、蛋白质工程的崛起的缘由一、蛋白质工程的崛起的缘由1 1、基因工程产物、基因工程产物 基因工程在原则上只能生产基因工程在原则上只能生产自然界自然界已存在的已存在的蛋白质。蛋白质。这些这些天然蛋白质天然蛋白质是生物在长期进化过程是生物在长期进化过程中形成的中形成的,它们的结构和功能符合特定物它们的结构和功能符合特定物种生存的需要种生存的需要,却却不一定完全符合人类生不一定完全符合人类生产和生活的需要。产和生活的需要。实例实例1 1: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
2、分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸半胱氨酸变成丝氨酸,那么,那么在在7070的条件下,可以保存半年的条件下,可以保存半年。2 2、蛋白质工程实例:、蛋白质工程实例:实例实例2 2:玉米中赖氨酸的含量比较低:玉米中赖氨酸的含量比较低如果对赖氨酸合成过程中的两个关键酶进行如果对赖氨酸合成过程中的两个关键酶进行改造改造,可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高酸分别提高5 5倍和倍和2 2倍。倍。原因:赖氨酸合成过程中两个关键酶原因:赖氨酸合成过程中两个关键酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的的活性,受细胞内赖氨酸浓度的影响。当赖活性
3、,受细胞内赖氨酸浓度的影响。当赖氨酸浓度达到一定量时,就会抑制这两种氨酸浓度达到一定量时,就会抑制这两种酶的活性。酶的活性。实例实例3:3:工业用酶工业用酶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,只有极少数可以应用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,于工业生产,绝大多数酶都不能应用于工业生产绝大多数酶都不能应用于工业生产,这,这些酶虽然在自然状态下有活性,但在工业生产中没有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活
4、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体系中常常会有酸、碱或有机溶剂存在,反应温度较酸、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高,在这种条件下,大多数酶会很快变性失活。提高。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。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,一般来说,提高蛋白质的稳定性提高蛋白质的稳定性包括:延长酶的半衰包括: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。御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。3 3、蛋白质工程产
5、物:、蛋白质工程产物:是自然界原本是自然界原本不存在不存在的新的蛋白质。的新的蛋白质。旁栏思考题旁栏思考题 你知道人类蛋白质组计划吗?它与蛋白质工程有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?什么关系?我国科学家承担了什么任务?人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后,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。生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。20012001年,国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后,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:一该组织正式提出启动了两项重大
6、国际合作行动:一项是由项是由中国科学家中国科学家牵头执行的牵头执行的“人类肝脏蛋白质组人类肝脏蛋白质组计划计划”;另一项是以美国科学家牵头执行的;另一项是以美国科学家牵头执行的“人类人类血浆蛋白质组计划血浆蛋白质组计划”,由此拉开了人类蛋白质组计,由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组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,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,目前有划,总部设在北京,目前有
7、1616个国家和地区的个国家和地区的8080多多个实验室报名参加。它的科学个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝目标是揭示并确认肝脏的蛋白质,脏的蛋白质,为重大肝病预防、诊断、治疗和新药为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。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人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程是对蛋白质工程的有力推动和理论支持的有力推动和理论支持。思考:思考:对天然蛋白质进行改造,你认为应该直接对蛋对天然蛋白质进行改造,你认为应该直接对蛋白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现?白质分子进行操作,还是通过对基因的操作来实现?应该应
8、该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造,主对天然蛋白质改造,主要原因如下:要原因如下:(1 1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因即对蛋白质进行了改造,而且造了基因即对蛋白质进行了改造,而且可以遗传下可以遗传下去去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。造过的蛋白质分子还是无法遗传的。(2 2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易容易操作,难度要小得多操作,难度要小得多。二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的
9、基本原理1 1、蛋白质工程的目标、蛋白质工程的目标 根据人们对根据人们对蛋白质功能蛋白质功能的特定需求,的特定需求,对蛋白质的对蛋白质的结构结构进行分子设计。进行分子设计。2 2、天然蛋白质的合成过程、天然蛋白质的合成过程DNADNA(基因)(基因)转录转录mRNAmRNA翻译翻译蛋白质蛋白质基因基因表达(转录和翻译)表达(转录和翻译)形成氨基酸序列的多肽形成氨基酸序列的多肽链链形成具有高级结构的蛋白质形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能行使生物功能、蛋白质工程的基本途径、蛋白质工程的基本途径预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的
10、氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列(基因)(基因)讨论:讨论:某多肽链的一段氨基酸序列是:某多肽链的一段氨基酸序列是: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(1 1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列?请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。首先应该根据密码子首先应该根据密码子推出推出mRNAmRNA序列序列,每种氨基酸都每种氨基酸都有对应的密码子,只要查一下遗传密码子表,就可有对应的密码子,只要查一下遗传密码子表,就可以将上述氨基酸序列的编码序列查出来。但是由于以将上述氨基酸序
11、列的编码序列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个密码子编码,因此其碱基排列组合起来就比较复杂码,因此其碱基排列组合起来就比较复杂.再根据碱基互补配对规律再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列推出脱氧核苷酸序列。4 4、蛋白质工程的概念、蛋白质工程的概念 是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础,的关系作为基础,通过基因修饰或基因合成,通过基因修饰或基因合成,对对现有蛋白质进行改造,或制造一种现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质新的蛋白质,以满足人类的生产和生活的需求。以满足人类的
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