蛋白质工程上课.pptx

蛋白质工程第1页/共24页重点难点教学重难点1、为什么要开展蛋白质工程的研究。蛋白质工程的原理。2、蛋白质工程的原理。第2页/共24页何谓蛋白质工程？1983年美国科学家Ulmer首先提出蛋白质工程，它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。自此以后，蛋白质工程迅速发展，已成为生物工程的重要组成部分。第3页/共24页一、蛋白质工程的概念和原理基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状。基因工程的实质：在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。基因工程第4页/共24页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，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这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体系中常常会有酸、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。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。天然蛋白质的不足第5页/共24页通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。其中基因工程是关键技术。因此蛋白质工程又被称为第二代基因工程。蛋白质工程的概念第6页/共24页基础:以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系作为基础。手段:基因修饰或基因合成：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术二、蛋白质工程的基本原理第7页/共24页目的:对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需要。由于基因决定蛋白质，因此，要对蛋白质的结构进行改造，最终还必须通过基因来完成。第8页/共24页通过基因工程来改造蛋白质第9页/共24页预期功能DNA合成分子设计蛋白质三维结构氨基酸序列多肽链基因DNAmRNA生物功能转录翻译折叠蛋白质工程流程图中心法则蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。而蛋白质工程的过程却与之相反。第10页/共24页蛋白质工程的主要步骤蛋白质工程的主要步骤从生物体中分离纯化目的蛋白；测定其氨基酸序列；借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。第11页/共24页GACGCCGACCTGCGGGCCCTG蛋白质的定点诱变过程示意图转录GAC翻译天门冬氨酸正常蛋白质GCC转录翻译丙氨酸突变蛋白质第12页/共24页应用之一：工业生产改造酶的结构，提高酶的热稳定性 例如：酵母菌的丙糖磷酸异构酶上有两个天门冬酰胺，在分别转变为苏氨酸和异亮氨酸后，酶的热稳定性提高50%。此外，在蛋白质分子中引入二硫键也可以显著提高蛋白质的热稳定性。蛋白质工程的应用第13页/共24页应用之二：医药生产改造天然抗体，使之对肿瘤细胞具有特异性识别和杀伤力实例2：改造一种纤维蛋白溶解酶原激活因子（tPA），可以在临床上用于溶解血栓块，医治心肌梗死等疾病。实例1：制造鼠人嵌合抗体，对人体的不良反应减少。蛋白质工程的应用第14页/共24页 科学家对鼠源杂交瘤抗体进行改造，生产出效果更好的鼠人嵌合抗体，用于癌症治疗。下图表示形成鼠人嵌合抗体的过程。可变区恒定区可变区恒定区鼠抗体人抗体鼠人嵌合抗体鼠人嵌合抗体的最大优点是减少了人体的不良反应第15页/共24页应用之三：疾病与病毒检测制造蛋白质芯片用于检测某些病毒实例：利用SARS病人和SARS疑似病人的诊断，还可用来观察某人感染SARS病毒之后体内特异性抗体的动态变化，帮组监测病情的发展。蛋白质工程的应用第16页/共24页蛋白质工程的示意图预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质的结构推测应有的氨基酸序列目的基因从动物体内获取类似蛋白的核酸片段（基因）载体重组DNA分子转基因动物获得预期蛋白质受精卵PCR技术第17页/共24页课堂小结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18页/共24页基因表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链天然蛋白质的合成途径：形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能蛋白质工程的途径：预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列酸第19页/共24页2009（广东）39.（10分）（1）饲料加工过程温度较高，要求植酸酶具有较好的高温稳定性。利用蛋白质工程技术对其进行改造时，首先必须了解植酸酶的 ，然后改变植酸酶的 ，从而得到新的植酸酶。（2）培育转植酸梅基因的大豆，可提高其作为饲料原料磷的利用率。将植酸酶基因导入大豆细胞常用的方法是 。请简述获得转基因植株的完整过程。空间结构氨基酸的序列农杆菌转化法第20页/共24页（3）为了提高猪对饲料中磷的利用率，科学家将带有植酸酶基因的重组质粒通过 转入猪的受精卵中。该受精卵培养至一定时期可通过 方法，从而一次得到多个转基因猪个体。（4）若这些转基因因动、植物进入生态环境中，对生态环境有何影响？显微注射法胚胎分割移植第21页/共24页2 2.蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（）A.A.氨基酸结构氨基酸结构B.B.蛋白质空间结构蛋白质空间结构C.C.肽链结构肽链结构 D.D.基因结构基因结构D3.3.科学家将科学家将 干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第1717位位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高-干扰素的抗病性活性，并且提高干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为了储存稳定性，该生物技术为（）A.A.基因工程基因工程B.B.蛋白质工程蛋白质工程C.C.基因突变基因突变D.D.细胞工程细胞工程B第22页/共24页第23页/共24页感谢您的观看！第24页/共24页