蛋白质工程的崛起精选PPT.ppt

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1、关于蛋白质工程的崛起第1页，讲稿共20张，创作于星期三 你知道人类蛋白质组计划你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任系？我国科学家承担了什么任务？务？人类蛋白质组计划是继人类基因组计划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中的一项之后，生命科学乃至自然科学领域中的一项重大的科学命题。重大的科学命题。20012001年，国际人类蛋白质组年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵项重大国际合作行为：一项是有中国科学

2、家牵头执行的头执行的“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是；另一项是以美国科学家牵头执行的以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计人类血浆蛋白质组计划划”。第2页，讲稿共20张，创作于星期三 “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，由我国贺福初院士类组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牵头，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，目前有协作计划，总部设在北京，目前有1616个国家和地区个国家和地区的的8080多个实验室报名参加。它的科学多个实验室

3、报名参加。它的科学目标是揭示目标是揭示并确认肝脏的蛋白质并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防为重大肝病预防、诊断诊断、治治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础疗和新药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是对蛋白质工人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持程的有力推动和理论支持。第3页，讲稿共20张，创作于星期三蛋蛋白白质质工工程程就就是是在在对对蛋蛋白白质质的的化化学学、晶晶体体学学、动动力力学学等等结结构构与与功功能能认认识识的的基基础础上上，对对蛋蛋白白质质人人工工改造与合成的产品。改造与合成的产品。“后后基基因因组组时时代代”将将是是“蛋蛋白白质

4、质组组学学时时代代”，即即从从对对基基因因信信息息的的研研究究转转向向对对蛋蛋白白质质信信息息的的研研究究，包包括括研研究究蛋蛋白白质质结结构构、功功能能与与应应用用及及蛋蛋白白质质相相互互关关系系和作用。和作用。第4页，讲稿共20张，创作于星期三一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由满足人类满足人类生产和生生产和生活的需要活的需要例如：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

5、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5页，讲稿共20张，创作于星期三二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 对天然蛋白质进行改造，你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操作，还是通过对基因的操作来实现？实现？1、目标：、目标：根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白质的根据人们对蛋白质功能的特定需

6、求，对蛋白质的结构进行分子设计。结构进行分子设计。第6页，讲稿共20张，创作于星期三蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 第7页，讲稿共20张，创作于星期三蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 第8页，讲稿共20张，创作于星期三胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构第9页，讲稿共20张，创作于星期三血红蛋白质的四级结构血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子就是血红蛋白分子就是由二个由由二个由141个氨个氨基酸残基组成的基酸残基组成的亚基和二个由亚基和二个由146个氨基酸残基个氨基酸残基组成的组成的亚基按亚基按特定的接触和排特定的接触和排列组成的一个球列组成的一个球状蛋白质分子，状蛋白质分子，每个亚基中各有每个亚

7、基中各有一个含亚铁离子一个含亚铁离子的血红素辅基。的血红素辅基。第10页，讲稿共20张，创作于星期三逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链复制复制复制复制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，讲稿共20张，创作于星期三2、蛋白质工程的原理：基因改造、蛋白质工程的原理：基因改造3、基本途径：、基本途径：从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构

8、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（基因）找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）第12页，讲稿共20张，创作于星期三4、概念：、概念：蛋白质工程是指蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生生产和生活的需求以满足人类的生生产和生活的需求。蛋白质工程是在基因工程的基础蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程

9、。第13页，讲稿共20张，创作于星期三蛋白质工程的内容主要有两方面：蛋白质工程的内容主要有两方面：根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质白质而氨基酸排序由基因决定，所以还需要而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造改造相应相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原所需要的自然界原本本不存在的基因片段不存在的基因片段，用于蛋白质工程。，用于蛋白质工程。第14页，讲稿共20张，创作于星期三三、蛋白质工程的进展和前景三、蛋白质工程的进展和前景1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，蛋白质工程的诞生是有其理论

10、与技术条件的，它是随着它是随着分子生物学分子生物学、晶体学晶体学以及以及计算机技术计算机技术的发展而诞生的，与的发展而诞生的，与基因组学基因组学、蛋白质组学蛋白质组学、生物信息学生物信息学的发展等因素有关的发展等因素有关2 2、现状：成功的例子不多，、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。第15页，讲稿共20张，创作于星期三讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：讨论：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

11、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。有多少种？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？（2 2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成）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（或改造目的基因（DNADNA）？）？第16页，讲稿共20张，创作于星期三（1 1）mRNAmRNA序列为：序列为：GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）脱氧核苷酸序列：脱氧核苷酸序列：CGACGA（或（或

12、G G或或T T或或C C）ACCTTTACCTTT（或（或C C）TACAAATACAAA（或（或G G）（2 2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类）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从基因库中的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。获取。第17页，讲稿共20张，创作于星期三 异想天开异想天开 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？食品呢？理论上讲可以，但目前还没有真正成功的

13、例子。一些理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担

14、心的。且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。第18页，讲稿共20张，创作于星期三蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手

15、段。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。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：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，抵御由于重要半衰期，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。氨基酸氧化引起的活性丧失等。第19页，讲稿共20张，创作于星期三感感谢谢大大家家观观看看第20页，讲稿共20张，创作于星期三