蛋白质工程崛起PPT课件.ppt

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1、关于蛋白质工程的崛起第一张，PPT共二十页，创作于2022年6月 你知道人类蛋白质组计你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了么关系？我国科学家承担了什么任务？什么任务？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，该组织正是提出启组组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：一项是有中国科动两项重大国际合作行为：一项是有中国

2、科学家牵头执行的学家牵头执行的“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“人类血浆人类血浆蛋白质组计划蛋白质组计划”。第二张，PPT共二十页，创作于2022年6月 “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，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协作计划，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，目前有总部设在北京，目前有1616个国家和地区的个国家和地区的8080多个实验多个实验室报

3、名参加。它的科学室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋目标是揭示并确认肝脏的蛋白质白质，为重大肝病预防为重大肝病预防、诊断诊断、治疗和新药研发的突治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础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程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的有力推动和理论支持。第三张，PPT共二十页，创作于2022年6月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

4、时代代”将将是是“蛋蛋白白质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。第四张，PPT共二十页，创作于2022年6月一、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（35

5、2352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五张，PPT共二十页，创作于2022年6月二、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行操作，还是通过对基因的操作来实现？作来实现？1、目标：、目标：根据人们对蛋白质功能的

6、特定需求，对蛋白质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。的结构进行分子设计。第六张，PPT共二十页，创作于2022年6月蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 第七张，PPT共二十页，创作于2022年6月蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 第八张，PPT共二十页，创作于2022年6月胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构第九张，PPT共二十页，创作于2022年6月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个氨基酸残个氨基酸残基组成的基组成的亚基亚基按特定的接触和按特定

7、的接触和排列组成的一个排列组成的一个球状蛋白质分子，球状蛋白质分子，每个亚基中各有每个亚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。第十张，PPT共二十页，创作于2022年6月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表达生物特有的功能或性状的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十一张，PPT共二十页，创作于2022年6月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、

8、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）第十二张，PPT共二十页，创作于2022年6月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生以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，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

9、。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。第十三张，PPT共二十页，创作于2022年6月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白根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质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所需要的自然界原本原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。不存在的基因片段，用于蛋白质工程。第十四张，PPT共二十页，创作于2

10、022年6月三、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。

11、第十五张，PPT共二十页，创作于2022年6月讨论：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）？）？第十六张，PPT共二十页，创作于2022年6月（1 1）mRNAmRNA序列为：序列为：GCUGCU（或（或C C

12、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。第十七张，PPT共二十页，创作于2022年6月 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，

13、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例子。一些报理论上讲可以，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存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蛋在的蛋白质，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，很白质的高级结构和在生物体内

14、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，而且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心的。一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。第十八张，PPT共二十页，创作于2022年6月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。

15、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。一般来说，提高蛋白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：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药质的稳定性包括：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，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。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。第十九张，PPT共二十页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第二十张，PPT共二十页，创作于2022年6月