蛋白质工程的崛起讲课课件.ppt

蛋白质工程的崛起讲课第1页，此课件共28页哦活动活动1:阅读阅读P26.回答回答:为什么要进行蛋白质工程为什么要进行蛋白质工程?一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由这些蛋白质只是适应生物自身的这些蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人类生需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要产和生活需要，所以需要加以改，所以需要加以改造。造。第2页，此课件共28页哦一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的应用、基因工程的应用（1）基因工程的实质：）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。进而表现出新的性状。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。（2）基因工程的不足：）基因工程的不足：第3页，此课件共28页哦 天然蛋白质是生物在长期进化过程中形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，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。的需要。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。要的蛋白质。第4页，此课件共28页哦 1 1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什、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？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生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。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。年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。20032003年，年，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是一项是由中国科学家牵头由中国科学家牵头执行的执行的“人类肝脏蛋白人类肝脏蛋白质组计划质组计划”；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“人类血浆蛋白质组计划人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。白质组计划的帷幕。四、知识拓展第5页，此课件共28页哦满足人类生产满足人类生产和生活的需要和生活的需要例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造改造改造第6页，此课件共28页哦二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋蛋白质的结构进行分子设计白质的结构进行分子设计。1、目标：、目标：2、原理：、原理：第7页，此课件共28页哦思考：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分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？子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？应该应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，对天然蛋白质改造，主要原因如下：主要原因如下：（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，而且改造过的蛋改造过的蛋白质可以遗传下去白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即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使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。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。第8页，此课件共28页哦二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，对根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的结构进行分子设计蛋白质的结构进行分子设计。1、目标：、目标：2、原理：、原理：改造基因改造基因（基因修饰或基因合成）（基因修饰或基因合成）第9页，此课件共28页哦逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白质复制复制复制复制天然蛋白质的合成天然蛋白质的合成遵循中心法则遵循中心法则第10页，此课件共28页哦转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠折叠等等具有空间结构具有空间结构的蛋白质的蛋白质表达生物特有的表达生物特有的功能或性状功能或性状天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变第11页，此课件共28页哦.途径途径: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）第12页，此课件共28页哦预期预期功能功能DNADNA合成合成分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠图图图图1-29蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图第13页，此课件共28页哦4、基础：、基础：蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能第14页，此课件共28页哦蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念v蛋白质工程是指以蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系系作为基础，通过作为基础，通过基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成，对，对现有现有蛋白质进蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和以满足人类的生产和生活的需求。生活的需求。实质实质:是对编码蛋白质的基因进行是对编码蛋白质的基因进行改造改造第15页，此课件共28页哦比较基因工程和蛋白质工程比较基因工程和蛋白质工程基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程相同点相同点都要改造基因，都属于分子水平都要改造基因，都属于分子水平产生新的产生新的基因型，无新基因基因型，无新基因基因（型）基因（型）产生的蛋白质产生的蛋白质原有的原有的新的新的联系联系蛋白质工程以基因工程为基础，蛋白质工程以基因工程为基础，是基因工程的应用和延伸是基因工程的应用和延伸第16页，此课件共28页哦五、蛋白质工程的进展和前景1.1.进展进展速效型药品速效型药品 2.2.前景前景制作电子元件制作电子元件3.3.现状现状 蛋白质工程目前成功的例子不多蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。还需经过艰辛的探索。应用于微电子方面应用于微电子方面具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点的特点体积小体积小效率高效率高第17页，此课件共28页哦讨论：讨论：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。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-丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 赖赖氨酸：氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC 第18页，此课件共28页哦GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）mRNAmRNA序列序列 脱氧核苷酸脱氧核苷酸序列序列GCT(GCT(或或C C或或A A或或G)TGGAAA(G)TGGAAA(或或G)ATGTTT(G)ATGTTT(或或C)C)CGA(CGA(或或G G或或T T或或C)ACCTTTC)ACCTTT（或（或C)TACAAA(C)TACAAA(或或G)G)2.2.确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（改造目的基因（DNADNA）？）？确定目的基因的碱基序列后，就可以根据确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或可人类的需要改造它，通过人工合成的方法或可以通过基因的定点诱变技术来改变后从基因文以通过基因的定点诱变技术来改变后从基因文库中获取。库中获取。第19页，此课件共28页哦2.2.基因工程基因工程是遵循中心法则是遵循中心法则，从从DNAmRNADNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生折叠产生功能功能，基本上是，基本上是生产生产出出自然界已有的蛋白质自然界已有的蛋白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：蛋白质工程是按照以下思路进行的：1 1、确定蛋白质的功能、确定蛋白质的功能 2 2、蛋白质应有的高级结构、蛋白质应有的高级结构 3 3、蛋白质应具备的折叠状态、蛋白质应具备的折叠状态 4 4、应有的氨基酸序列、应有的氨基酸序列 5 5、应有的碱基排列，、应有的碱基排列，可以可以创造自然界创造自然界不存在不存在的蛋白质的蛋白质。思考与探究思考与探究 第20页，此课件共28页哦3.3.酶工程酶工程就是指将酶所具有的生物催化作就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。学技术。概括地说，酶工程是由概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和酶制剂的生产和应用应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中两方面组成的。酶工程的应用主要集中于于食品工业、轻工业以及医药工业食品工业、轻工业以及医药工业中。中。第21页，此课件共28页哦 通常所说的通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。第22页，此课件共28页哦1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（正确的是（）A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测练习检测D第23页，此课件共28页哦2蛋白质工程中蛋白质工程中直接直接需要进行操作的对象是需要进行操作的对象是 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 v3下列关于蛋白质工程的说法下列关于蛋白质工程的说法错误错误的是（）的是（）vA蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更更加加符合人类的需要符合人类的需要vB蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行行操操作，定向改变分子的结构作，定向改变分子的结构vC蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过的的新新型型蛋蛋白质分子白质分子vD蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为为第第二二代代基基因工程因工程第24页，此课件共28页哦v4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）vA A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础vB B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸vC C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造vD D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 第25页，此课件共28页哦v5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（）v蛋蛋白白质质分分子子结结构构设设计计DNA合合成成预预期期蛋蛋白白质质功能功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列vA B v C D第26页，此课件共28页哦v6 6、蛋蛋白白质质工工程程是是在在基基因因工工程程基基础础上上，延延伸伸出出来来的的第第二二代代基基因因工工程程，其其结结果果产产生生的的蛋蛋白白质质是是（）vA氨基酸种类增多氨基酸种类增多 vB氨基酸种类减少氨基酸种类减少vC仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 vD可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质第27页，此课件共28页哦7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（确的是（）A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品药品B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面应用于微电子方面C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用力推广应用D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多功的例子不多C第28页，此课件共28页哦