生物技术导论教案.docx

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1、生物技术导论教案 蛋白质工程 教学目的：1、理解蛋白质工程的概念、蛋白质的根底构造、根本原理；2、理解蛋白质的探讨方法； 3、理解蛋白质组学；4、通过适当组织探讨让同学们主动参与课堂，驾驭和理解一些根本的蛋白质工程运用。教学重点：1、蛋白质的高级构造；2、蛋白质组学；3、蛋白质的探讨方法；教学难点： 1、变更蛋白质构造的方法；2、蛋白质功能和构造设计。 讲解内容：主要内容简介本次课讲授生物技术导论（P154-167），包括 教学内容蛋白质的构造根底、蛋白质的探讨方法、蛋白质工程的运用实例、蛋白质组学； 其中重点讲授：蛋白质的探讨方法、蛋白质组学。具体内容 （一）蛋白质构造根底 1、蛋白质的构造

2、 （1）构造：蛋白质分子是由氨基酸首尾相连缩合而成的共价多肽链，但是自然蛋白质分子并不是走向随机的松散多肽链。每一种自然蛋白质都有自己特有的空间构造或称三维构造，这种三维构造通常被称为蛋白质的构象，即蛋白质的构造。（2）功能：各种生命功能、生命现象、生命活动都和蛋白质有关：a.蛋白质执行着酶的功能。 b.通过激素调整代谢作用。 c.产生相应的抗体。 d.构建各种生物膜。2、蛋白质工程概念：蛋白质工程就是以蛋白质的构造与功能为根底，利用基因工程的手段，依据人类自身的须要，定向地改造自然的蛋白质，甚至创建新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。 3、蛋白质的构造根底 （1） 蛋白质的一级

3、构造（primary structure) 定义：蛋白质的一级构造是指氨基酸按肯定的依次通过肽键相连而成的多肽链，也是蛋白质最根本的构造。 图1：蛋白质一级构造（2） 蛋白质二级构造（secondary structure） 定义： 二级构造是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的构造的构 象，是多肽链部分的空间构造（构象） 主要形式：-螺旋、-折叠、-转角等 多媒体展示蛋白质的二级构造 图二：蛋白质二级构造（3） 蛋白质三级构造（tertiary structure） 三级构造主要针对球状蛋白质，是指整条多肽链由二级构造元件构建成的总三维构造 。 图三：蛋白质三级构造（4）蛋白质四级

4、构造（quaternary structure） 四级构造是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特 定的空间构造。四级构造的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基。 图四：蛋白质的四级构造4、蛋白质分子间的互相作用 亚基间的聚合可以被解离，可以重新聚合；四级构造的蛋白质分子亚基间可以杂交；多肽与蛋白质分子间可以聚合。（二）蛋白质工程的探讨方法 1、蛋白质工程的探讨策略 反向生物学技术： 确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级构造蛋白质应具备的 折叠状态应有的氨基酸序列应有的碱基排列， 可以创建自然界不存在的蛋白质。 即依据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间构造。2、蛋白质全新设

5、计 （1）设计目的的选择 包括：构造设计和功能设计，目前主要侧重构造设计 构造设计一般从蛋白质的二级构造开场，模拟蛋白质构造的稳定性 功能设计主要进展自然蛋白质功能的模拟 2）蛋白质设计技术与方法 序列最简化法 ： 3）变更现有蛋白质的构造（主要） 根本步骤：（1）分别纯化目的蛋白。（2）分析目的蛋白质的一级构造。（3）分析目的蛋白质的三维构造以及构造与功能的关系。 （4）依据蛋白质的一级构造设计引物，克隆目的基因。（5）依据蛋白质的三维构造和构造与功能的关系以及蛋白质改造的目的设计改造方案。（6）对目的基因进展人工定点突变。（7）改造后的基因在宿主细胞中的表达。（8）分别纯化表达的蛋白质并分

6、析其功能，评价是否到达设计目的人工定点突变方法。（三）蛋白质工程技术的应用1、胰蛋白酶 2、金属硫蛋白 3、人白细胞介素-2 4、组织纤溶酶原激活因子 5、枯草杆菌蛋白酶。 （四）蛋白质组学（Proteomics） 1、人类蛋白质组安排概述： 2001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：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组安排”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组安排”，由此拉开 了人类蛋白质组安排的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组安排” 是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组安排，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的

7、重大国际科研协作安排，总部设在北京，目前有 16 个国家和地区的 80 多个试验室报名参与。它的科学目的是提醒并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的打破供应重要的科学根底。2、蛋白质组学的探讨内容包括： （1）蛋白质鉴定：可以利用一维电泳和二维电泳并结合 Western 等技术，利用蛋白质芯片和抗体芯片及免疫共沉淀等技术对蛋白质进展鉴定探讨。（2）翻译后修饰：许多 mRNA 表达产生的蛋白质要经验翻译后修饰如磷酸化，糖基化，酶原激活等。翻译后修饰是蛋白质调整功能的重要方式。（3）蛋白质功能确定：如分析酶活性和确定酶底物，细胞因子的生物分析，配基 -受体结合分析，基因表达产物

8、-蛋白质的功能分析。另外对蛋白质表达出来后在 细胞内的定位探讨也在肯定程度上有助于蛋白质功能的理解。荧光蛋白表达系统 就是探讨蛋白质在细胞内定位的一个很好的工具。（4）分子医学的开展。如找寻药物的靶分子。许多药物本身就是蛋白质，而许多药物的靶分子也是蛋白质。药物也可以干预蛋白质-蛋白质互相作用。4、蛋白质组学探讨技术（1）蛋白质组探讨中的样品制备。（2）蛋白质组探讨中的样品分别和分析双向凝胶电泳质谱技术、二维色谱相色谱毛细管电泳 (LC-CE) (2D-LC)、二维毛细管电泳 (2D-CE)。5、蛋白质组学开展趋势在根底探讨方面，蛋白质组探讨技术被应用到各种生命科学领域。在应用探讨方面，蛋白质

9、组学将成为找寻疾病分子标记和药物靶标最有效的方法之一。在技术开展方面，蛋白质组学的探讨方法将出现多种技术并存，各有优势和局限的特点（五）、探讨：1、蛋白质工程开展趋势。2、蛋白质组学探讨的探讨意义。3、互相沟通对于这节课的体会和认知。课堂小结：本章简要介绍了蛋白质的根底构造、根本原理，概括地描绘了蛋白质工程的技术。通过举例说明了利用蛋白质工程和基因工程技术对现有的蛋白质加以定向改造、设计。还概述了蛋白质组学探讨技术，盼望同学们在上过这节课后能对蛋白质工程有着一个初步理解和具体运用。复习思索题：1、简洁叙述蛋白质构造的根本组件。2、举例说明对现有蛋白质进展改造的主要方法及其运用。3、什么是蛋白质组学？作业：课后阅读的参考书：1.现代生命科学概论.黄诗笺主编.北京：高等教化出版社。2、现代生物技术导论.陈章良主编.北京：高等教化出版社。 3、现代生物技术导论，瞿礼嘉，顾红雅，胡苹，陈章良编著，高等教化出版社。 ：