生物:1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版选修3).ppt
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1、 怎样让一种生物的性状在另一种生物中 表达? 在种内可以用常规的杂交育种的办法实现, 但要使有生殖隔离的种间生物实现基因交 流,就显得力不从心了,则应采用什么技术 ? 杂交育种 基因工程 思考 生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程 中产生的,它的结构和性能不能完全满足 人类生产生活的需要。 例如:干扰素是动物体内的一种蛋白质是一种抗 病毒抗肿瘤的药物,但在体外保存相当困难。于 是我们要对现有的蛋白质进行改造,制造出目前 从天然蛋白质中找不到的蛋白质。这样人们由开 始了新一轮的探索,蛋白质工程应运而生了。 你知道人类蛋白质组计 划吗?它与蛋白质工程有什 么关系?我国科学家承担了 什么任务? 人类
2、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 重大的科学命题。2001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 动两项重大国际合作行为:一项是有中国科 学家牵头执行的“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“人类血 浆蛋白质组计划”。 “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,总部设在北京,目前 有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。 它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质,为 重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破 提供重要的
3、科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白 质工程的有力推动和理论支持。 蛋白质工程就是在对蛋白质的化学、晶体学、 动力学等结构与功能认识的基础上,对蛋白质 人工改造与合成的产品。 “后基因组时代”将是“蛋白质组学时代”,即从 对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究, 包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白质相 互关系和作用。 一、蛋白质工程崛起的缘由 满足人类 生产和生 活的需要 例如: 改造 干扰素(半胱氨酸 ) 体外很难保存 干扰素(丝氨酸 ) 体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量比较低 天冬氨酸激酶 (352位的苏氨酸 ) 二氢吡啶二羧酸合成酶 (104位的天冬酰胺) 天冬氨酸激酶
4、(异亮氨酸) 二氢吡啶二羧酸合成酶 (异亮氨酸) 玉米中赖氨酸含量可提高数倍 改造 改造 二、蛋白质工程的基本原理 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,还是通过对基因的 操作来实现? 1、目标: 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。 通过对基因的操作来实现, 因为基因决定蛋白质的合成 。 2、蛋白质工程的原理:基因改造 3、基本途径: 从预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 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) .蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工 程有什么不同? 答:基因工程是遵循中心法则, DNAmRNA蛋白质
5、折叠产生功能, 基本上是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的: 确定蛋白质的功能蛋白质应有的高级结 构蛋白质应具备的折叠状态应有的氨 基酸序列应有的碱基排列,可以创造自 然界不存在的蛋白质 蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构 胰岛素的三级结构 血红蛋白质的四级结构 血红蛋白分子 就是由二个由 141个氨基酸残 基组成的亚基 和二个由146个 氨基酸残基组 成的亚基按特 定的接触和排 列组成的一个 球状蛋白质分 子,每个亚基 中各有一个含 亚铁离子的血 红素辅基。 讨论:某多肽链的一段氨基酸序列是: 丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨 酸苯丙氨酸 (1)怎样得出决定这一段肽链的脱氧核
6、苷酸序 列?请把相应的碱基序列写出来。有多少种? (2)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(DNA)? (1)mRNA序列为: GCU(或C或A或G)UGGAAA(或G)AUGUUU(或C ) 脱氧核苷酸序列: CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G ) (2)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 中获取。 蛋白质工程的概念 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。 前提: 了
7、解蛋白质的结构和功能 原理: 改造基因(基因修饰或基因合成) 目的: 定向改造或制造蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础 上,延伸出来的第二代基因工程。 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 的蛋白质 而氨基酸排序由基因决定,所以还需要改造相 应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自 然界原本不存在的基因片段,用于蛋白质工程。 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? 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 然界已经存在
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