蛋白质工程的崛起课件课件精选课件.ppt
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1、关于蛋白质工程的崛起课件第一页，本课件共有38页蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起第二页，本课件共有38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之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重大后，生命科学乃至自然科学领域中的一项重大的科学命题。的科学命题。20012001年，国际人类蛋白质组组年，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
2、有中国科学家项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行的牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”；另；另一项是以美国科学家牵头执行的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”。第三页，本课件共有38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。分子物功能的分析结果，
3、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。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，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每一步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，反应温度较高，在的反应体系中常常会有酸、碱或有机溶
4、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，提高蛋白质的稳定性包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，延长药用蛋白的保存期，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。抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。第四页，本课件共有38页2010-1-105干扰素是由效应干扰素是由效应T 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
5、制胞分裂间期，抑制DNADNA复制，从而可用于治疗复制，从而可用于治疗疾病。但干扰素在体外很难保存。疾病。但干扰素在体外很难保存。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业用于工业生产，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。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第五页，本课件共有38页2010-1-10山西省孝义市第二中学6玉米中赖氨酸的含量比较低玉米中赖氨酸的含量比较低第六页，本课件共有38
6、页2010-1-10山西省孝义市第二中学7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第七页，本课件共有38页概念概念:蛋白质工程是
7、指以蛋白质分子的结构规律及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
8、出来的上，延伸出来的第二代基因工程第二代基因工程。第八页，本课件共有38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，所以还需要改造改造相相应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所需要的自然界原本界原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。第九页，本课件共有38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，对天然蛋白质改造，主要原因如下：
9、主要原因如下：（1 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，改造编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质改造过的蛋白质可以遗传下去可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，即使改造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。成功，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。第十页，本课件共有38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
10、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页，本课件共有38页12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第十二页，本课件共有38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
11、基因，都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第十三页，本课件共有38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
12、能预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定向改造或生产人类所需的蛋白质需的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，必须通过基因的修饰或基因的合成。白质，必须通过基因的
13、修饰或基因的合成。生产自然界没有的蛋白生产自然界没有的蛋白质质第十四页，本课件共有38页2010-1-10山西省孝义市第二中学15第十五页，本课件共有38页蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 第十六页，本课件共有38页蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构 第十七页，本课件共有38页胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构第十八页，本课件共有38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个氨基个氨基酸残基组成的酸残基组成的亚基亚基按特定的接触和排按特定的接触和排列组成的一个球状列组成的一个
14、球状蛋白质分子，每个蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚基中各有一个含亚铁离子的血红素亚铁离子的血红素辅基。辅基。第十九页，本课件共有38页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
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