第三节蛋白质工程.ppt
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1、第三节蛋白质工程现在学习的是第1页,共37页蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程的应用、基因工程的应用(1 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内,使后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,进而表现出新的性状。者产生本不能产生的蛋白质,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 2)基因工程的不足:)基因工程的不足:现在学习的是第2页,共37页蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程的应用、基因工程的应用2 2、天然蛋白质的不足、天然蛋
2、白质的不足 天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的,它们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的需要,却不一定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。完全符合人类生产和生活的需要。现在学习的是第3页,共37页蛋白质工程崛起的缘由蛋白质工程崛起的缘由1 1、基因工程的应用、基因工程的应用2 2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足3 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要的蛋白质。生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。现在学习的是第4页,共37页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
3、: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v干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌在大肠杆菌中进行表达,产生的干扰素的抗病毒活性为中进行表达,产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg,只相当于天然产,只相当于天然产品的十分之一,虽然在大肠杆菌中合成的品的十分之一,虽然在大肠杆菌中合成的-干扰素量很多,但多数是干扰素量很多,但多数是以无活性的以无活性的二聚体二聚体形式存在。为什么会这样?如何改变这种状况?形式存在。为什么会这样?
4、如何改变这种状况?研究发现,研究发现,-干扰素蛋白质中有干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸个半胱氨酸(第(第17位、位、31位和位和141位),位),推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第员将第17位的半胱氨酸,通过基因定点突变改变成位的半胱氨酸,通过基因定点突变改变成丝氨酸丝氨酸,结果使大,结果使大肠杆菌中生产的肠杆菌中生产的-干扰素的抗病性活性提高到干扰素的抗病性活性提高到108 U/mg,并且比天然,并且比天然-干扰素的贮存稳定性高很多。干扰素的贮存稳定性高很多。现在学习的是第5页,共37页满足人类生产满足人类
5、生产和生活的需要和生活的需要又如:又如:玉米中赖氨酸含玉米中赖氨酸含量比较低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)玉米中赖氨酸含玉米中赖氨酸含量可提高数倍量可提高数倍改造改造改造改造现在学习的是第6页,共37页一、蛋白质工程的概念一、蛋白质工程的概念1.1.概念概念:蛋白质工程蛋白质工程是指通过物理化学与生物化学等技术了是指通过物理化学与生物化学等技术了解蛋白质的结构和功
6、能,并借助计算机辅助设计、基解蛋白质的结构和功能,并借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组因定点诱变和重组DNADNA技术改造基因,以定向改造天然技术改造基因,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。蛋白质,甚至创造自然界不存在的蛋白质的技术。基因工程基因工程是其中的是其中的关键技术关键技术,蛋白质工程是在基蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程。现在学习的是第7页,共37页基础基础:实质:实质:途径途径:目标目标:了解蛋白质的结构和功能的关系了解蛋白质的结构和功能的关系基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成改造或制造新
7、的蛋白质,满足人类的生产或改造或制造新的蛋白质,满足人类的生产或生活的需要生活的需要是对编码蛋白质的基因进行改造是对编码蛋白质的基因进行改造一、蛋白质工程的概念一、蛋白质工程的概念2.理理解解现在学习的是第8页,共37页转录转录DNADNAmRNAmRNA翻译翻译肽链肽链折叠等折叠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究究探探作作合合现在学习的是第9页,共37页逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白
8、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纳纳归归题题问问转录转录DNADNA复制复制转录转录DNADNA复制复制现在学习的是第10页,共37页思考:对天然蛋白质进行改造,你认为应思考: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?对基因的操作来实现?应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造,主要原因如下:造,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,而且改造过
9、的造了基因即对蛋白质进行了改造,而且改造过的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造,蛋白质可以遗传下去。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即使改造成功,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容)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作,难度要小得多。易操作,难度要小得多。究究探探续续继继蛋白质工程的蛋白质工程的实质实质是对编码蛋白质的基因进行改造是对编码蛋白质的基因进行改造!现在学习的是第11页,共37页结构分析结构分析功能分析功能分析结构预测结构预测与设计与设计基因工程基因工程(关键技术关键技术关键技术关键技
10、术)蛋白质纯化蛋白质纯化不不断断完完善善蛋白质工程基本原理示意图蛋白质工程基本原理示意图二、蛋白质工程的原理二、蛋白质工程的原理现在学习的是第12页,共37页 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 1、目标:、目标:2 2、原理、原理:改造基因(基因修饰或基因合成)改造基因(基因修饰或基因合成)二、蛋白质工程的原理二、蛋白质工程的原理纳纳归归题题问问现在学习的是第13页,共37页.途径途径:预期的蛋白质功能出发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
11、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)纳纳归归题题问问现在学习的是第14页,共37页预期预期功能功能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现在学习的是第15页,共37页v蛋白质工程的主要步骤通常包括:蛋白质工程的主要步骤通常包括:(1)从生物体中)从生物体中分离纯化目的蛋白分离纯化目的蛋白;(2)测测定其定其氨基酸序列氨基酸序列;(3)借助)借助核磁共振核磁共振和和X射线晶体衍射线晶体衍射等手段,尽可能地射等手段,尽可能地了解蛋了解蛋 白质的二维结
12、构白质的二维结构(构象构象)和和三维晶体结构三维晶体结构(空间结构空间结构);(4)设计各种处理条件,)设计各种处理条件,了解蛋白质的结构变化,包括折叠与去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折叠等对其活性与功能的影响;(5)设计设计编码该蛋白的编码该蛋白的基因改造方案,如点突变基因改造方案,如点突变;(6)分离、纯化新蛋白,功能检测分离、纯化新蛋白,功能检测后投入实际使用。后投入实际使用。现在学习的是第16页,共37页实施蛋白质工程的前提条件实施蛋白质工程的前提条件实施蛋白质工程的前提条件实施蛋白质工程的前提条件1.了解蛋白质的结构和功能的关系资料资料1:蛋白质的分子
13、设计与改造蛋白质的分子设计与改造 蛋白质工程蛋白质工程首先首先是以蛋白质的结构为基础,通过蛋白质的一级是以蛋白质的结构为基础,通过蛋白质的一级结构、晶体结构和溶液构象的研究,积累了成千上万蛋白质一级结结构、晶体结构和溶液构象的研究,积累了成千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据资料,并编制成系统的数据库,得以从中找出构和高级结构的数据资料,并编制成系统的数据库,得以从中找出蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高级结构的关系、结构与功蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高级结构的关系、结构与功能的关系方面的规律。能的关系方面的规律。现在学习的是第17页,共37页实施蛋白质工程的前提条件实施蛋白质工程的
14、前提条件实施蛋白质工程的前提条件实施蛋白质工程的前提条件1.了解蛋白质的结构和功能的关系X射线衍射仪核磁共振仪器蛋白质结构现在学习的是第18页,共37页蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 现在学习的是第19页,共37页蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 现在学习的是第20页,共37页胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构现在学习的是第21页,共37页血红蛋白质的四级结构血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子就血红蛋白分子就是由二个由是由二个由141个氨个氨基酸残基组成的基酸残基组成的亚亚基和二个由基和二个由146个氨个氨基酸残基组成的基酸残基组成的亚基按特定的接触亚基按特定的接触和排列组成的一个和排列组成的
15、一个球状蛋白质分子,球状蛋白质分子,每个亚基中各有一每个亚基中各有一个含亚铁离子的血个含亚铁离子的血红素辅基。红素辅基。现在学习的是第22页,共37页实施蛋白质工程的关键2.用基因工程的方法改造蛋白质资料资料2:蛋白质作为生物大分子是生物化学和分子生物学的研究重点,大蛋白质作为生物大分子是生物化学和分子生物学的研究重点,大量蛋白质被分离纯化,测定了它们的结构、性质和生物学作用。分子量蛋白质被分离纯化,测定了它们的结构、性质和生物学作用。分子生物学有关基因组的研究,也可以用以推测出一些未知蛋白质的结构生物学有关基因组的研究,也可以用以推测出一些未知蛋白质的结构与功能。采用与功能。采用定位诱变定位
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- 关 键 词:
- 三节 蛋白质 工程
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