蛋白质工程的崛起课件.ppt
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1、蛋白质工程的崛起课件现在学习的是第1页，共35页蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起现在学习的是第2页，共35页 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项组织宣告成立。之后，该组织正是提出启动两项重大国际合作行为：
2、一项是有中国科学家牵头执重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行的行的“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；另一项是以美国科学家牵头执行的美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划人类血浆蛋白质组计划”。现在学习的是第3页，共35页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能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
3、学的以定的分析结果，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。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，绝大多数酶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
4、下，大多数酶会很有酸、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。一快变性失活。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：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，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，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。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。现在学习的是第4页，共35页干扰素是由效应干扰素是由效应T细胞产生的糖蛋白，可阻断细细胞产生的糖蛋白，可阻断细胞分裂间期，抑制胞分裂间期
5、，抑制DNA复制，从而可用于治疗疾复制，从而可用于治疗疾病。但干扰素在体外很难保存。病。但干扰素在体外很难保存。2010-1-105在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应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，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。但在工业生产中没有活性或活性很低。科学家面临新的问题科学家面临新的问题现在学习的是第5页，共35页玉米中赖氨酸的含量比较低玉米中赖氨酸的含量比较低2010-1-106现在学习的是第6页，共35页例如：例
6、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）改造改造改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）天冬氨酸激酶（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶（异二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）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2010-1-107现在学习的是第7页，共35页概念概念:蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及
7、其蛋白质工程是指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，通过基因修饰或基因合与生物功能的关系作为基础，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，以满足人类对生产和生活的需求。以满足人类对生产和生活的需求。前提：前提：原理：原理：目的：目的：了解蛋白质的结构和功能了解蛋白质的结构和功能改造基因改造基因(基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成)定向改造或制造蛋白质定向改造或制造蛋白质二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理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
8、基因工程第二代基因工程。现在学习的是第8页，共35页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根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质蛋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，所以还需要改造相应改造相应基因基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存不存在的基因片段在的基因片段，用于蛋白质工程。，用于蛋白质工程。现在学习的是第9页，共35页应该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，主对天然蛋白质改造，主要原因如下：要原因如下：（1
9、 1）任何一种天然蛋白质都是由）任何一种天然蛋白质都是由基因基因编码的，改造了编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可改造过的蛋白质可以遗传下去以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造成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遗传的。功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。（2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操容易操作，难度要小得多作，难度要小得多。现在学习的是第10页，共35页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
10、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现在学习的是第11页，共35页蛋白质工程流程图1.1.从预期的蛋白质功能出发从预期的蛋白质功能出发2.2.设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构3.3.推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列4.4.找到相应的脱氧核苷酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列现在学习的是第12页，共35页 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
11、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2010-1-1013现在学习的是第13页，共35页项目项目基因工程基因工程蛋白质工程蛋白质工程操作起点操作起点操作核心操作核心过程过程目标目标结果结果联系联系目的基因目的基因预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能基因表达载体基因表达载体基因基因获取目的基因获取目的基因构建表达载体构建表达载体导入受体细胞导入受体细胞目的基因的检测与表达目的基因的检测与表达预期蛋白质功能预
12、期蛋白质功能设计蛋白质结构设计蛋白质结构推测氨基酸序列推测氨基酸序列推测核苷酸序列推测核苷酸序列合成合成DNA 表达出蛋白质表达出蛋白质定向改造生物的遗传特性，定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或获得人类所需的生物类型或生物产品生物产品定向改造或生产人类所需的定向改造或生产人类所需的蛋白质蛋白质生产自然界中已有的蛋生产自然界中已有的蛋白质白质蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。过基因的修饰
13、或基因的合成。生产自然界没有的蛋白生产自然界没有的蛋白质质现在学习的是第14页，共35页2010-1-1015现在学习的是第15页，共35页蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 现在学习的是第16页，共35页蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 现在学习的是第17页，共35页蛋白质的结构蛋白质的结构胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构现在学习的是第18页，共35页蛋白质的结构蛋白质的结构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个氨基个氨基酸残基组成的酸残基组成的亚基亚基和二个由和二个由146个氨基个氨基
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