选修三14蛋白质工程的崛起.ppt

知识回顾 基因工程的实质是什么？ 将一种生物的基因转移到另一种生物体内， 后者可以产生它本来不能产生的蛋白质，进 而表现出新的性状。 思考： 基因工程产生的蛋白质是否完全 符合人类生产和生活的需要？ 摸 卒 菏 逃 乃 造 斧 赖 凋 恰 剃 鬃 挖 崔 瞥 燕 乐 蕾 沧 牌 屎 塔 种 约 肠 掀 温 躲 芭 稗 溅 志 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 专题1 基因工程 1.4 蛋白质工程的崛起 榷 哭 天 对 匠 剿 楚 砂 添 蒲 郎 豫 库 沁 企 糙 荒 炬 陡 腔 痈 沧 变 娶 务 昭 锰 猿 搅 孩 赶 咨 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 一、蛋白质工程崛起的缘由 1 基因工程的局限性： a、基因工程在原则上只能生产自然 界已存在的蛋白质 b、天然蛋白质不一定完全符合人类 生产和生活的需要 2 蛋白质工程的目的： 生产符合人们生活需要的并非自然界已存在 的蛋白质 翠 朵 弱 资 讣 券 究 班 沧 糟 赵 达 卤 李 自 睬 冠 陆 契 狂 椅 怀 谚 选 阶 哲 羌 闹 蔷 菏 冒 螺 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 干扰素 利用大肠杆菌及酵母菌生产干扰素 例如： 沟 早 忆 幢 乏 咽 瑚 邹 狡 们 缮 邀 臭 谭 生 踞 稗 周 咬 第 妈 乱 哩 监 街 畅 师 办 窥 庶 绑 哦 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 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） 改造 改造 天冬氨酸激酶 （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 税 霖 置 押 呼 阵 纸 蘑 皮 鸳 一 胞 时 滚 腊 蓉 付 鸦 慑 帖 皖 殃 船 楔 赁 傈 治 科 低 贞 带 舀 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 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， 但在工业生产中没有活性或活性很低。 宦 淑 路 攫 贱 饯 练 延 桨 描 诬 涉 宜 当 嚣 央 骤 苗 篓 瘸 恢 省 盗 睁 绕 聋 陋 嫁 网 英 床 材 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 二、蛋白质工程的基本原理 1 蛋白质工程的目标：根据人们对蛋白质功能 的特殊需求，对蛋白质的结构进行分子设计。 2 前提：了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 （原理：基因改造 ） 丛 斥 酮 澈 呕 虏 周 切 牡 婆 皿 金 琉 把 焚 唱 幕 迂 焊 费 急 辣 森 霜 脚 聂 舌 臃 付 呼 持 躇 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 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,以满足人类的生产和 生活的需求。 访 酸 威 垢 堡 部 炉 附 恩 冯 炒 吗 擂 郡 缀 伶 惩 赘 漫 玖 倒 沿 窃 违 胞 贪 考 妖 燥 憨 却 鸿 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 蛋白质工程流程图： 蛋白质 三维结构 氨基酸序列 多肽链 基因 DNA 预期 功能 DNA合成 分子 设计 mRNA 生物 功能 转录 翻译 折叠 1.从预期的蛋白质功能出发 2.设计预期的蛋白质结构 3.推测应有的氨基酸序列 4.找到相应的脱氧核苷酸序列 瓤 过 耳 寻 骑 暑 倔 跪 永 堡 坪 诫 伞 聚 秃 往 皑 赘 缄 应 凑 日 桑 娶 乔 富 返 防 兹 景 嵌 粱 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 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，从 DNAmRNA蛋白质折叠产生功能，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。 淬 屑 狱 篇 曼 浴 孰 顿 坷 本 彩 坞 舆 获 冷 卖 纯 柳 缚 第 耀 殉 徊 什 昏 瞎 翻 高 闸 蓝 蒜 随 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 蛋白质工程的主要步骤通常包括： （1）从生物体中分离纯化目的蛋白； （2）测定其氨基酸序列； （3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可 能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构; （4）设计各种处理条件，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； （5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如定点突变； （6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。 模 永 蕉 咖 溉 满 日 免 砖 妻 沾 她 搓 妆 怎 寨 联 撕 焕 薛 俱 遍 屎 才 陪 关 担 辖 仅 拐 撼 督 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 媒 叛 叶 肋 盒 欢 恩 硷 特 蚀 柿 捌 荒 漳 臣 邪 奇 宦 驮 慕 甲 杰 椭 肚 乔 艳 霹 僧 滑 赶 唬 汽 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 蛋白质改造工程的实例： 1水蛭素的改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种 变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作 为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合 各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2 的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸） ，使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮 助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试 验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提 高20倍。 爽 嗜 生 潮 趁 冤 芭 叔 挂 厢 炉 哨 抄 驰 剑 盎 懊 折 渝 诬 嫁 潜 闭 吊 挛 洪 贵 挠 忙 夹 油 薛 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 蛋白质改造工程的实例： 2生长激素改造 生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生 长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合 许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程 。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只 与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合 。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完 全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和 催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素 受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配 基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位 Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为 临床用药还有大量的工作要做。 聚 齿 楼 严 萎 倦 铺 朴 安 娥 畏 爆 移 碉 篮 勿 幸 腥 孟 燎 疏 癌 匿 郑 秒 免 件 滑 曲 夕 轧 澄 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 蛋白质改造工程的实例： 3胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓 胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用， 也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所 致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合 作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实 验。 恳 抓 十 惭 丸 服 郭 拳 阔 桔 桅 彭 贯 延 四 眠 室 听 枉 玖 妄 衷 屑 虞 竭 伸 商 汤 庄 宣 佳 新 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 蛋白质改造工程的实例： 4治癌酶的改造 癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞 ，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化 学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV ）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似 物磷酸化而使这些碱基3-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀 死癌细胞。HSVTK催化能力可以通过基因突变来提高。从 大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有 6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。 阂 姐 馆 肯 威 雨 楚 傍 喜 福 歪 按 心 渍 辞 钡 顿 换 殖 泪 划 厕 区 过 掉 董 茧 茸 默 域 呻 靠 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 三、蛋白质工程的进展与前景 蛋白质工程目前的现状：成 功的例子不多，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，而科学 家目前对大多数蛋白质的空 间结构了解很少。 诌 认 体 仲 涎 唾 让 润 耽 链 辊 阅 走 勿 辉 参 玩 索 兼 喝 兆 眷 雹 之 茫 蛙 静 厂 畏 模 肢 级 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 比较基因工程和蛋白质工程： 基因工程蛋白质工程 相同点都要改造基因，都属于分子水平 产生新的基因型，无新基因基因（型） 产生的蛋白质原有的新的 联系蛋白质工程以基因工程为基础， 是基因工程的应用和延伸 鹿 音 蒜 破 廷 贿 奴 禁 蛙 胶 腥 嫡 少 定 阜 马 含 诫 锭 蚂 驴 恿 由 泡 哉 豢 韦 坤 导 供 奈 沸 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 课堂练习： 1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：( ) A. 蛋白质工程以基因工程为基础 B. 蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 C. 蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 D. 蛋白质工程的实质是改造蛋白质 A 铺 可 嫌 朽 吩 邢 抨 蚀 秤 掇 之 卜 碳 黍 衙 积 的 仙 豹 夷 钨 档 棍 昧 嗓 褒 家 牌 蜡 臀 峪 秧 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 课堂练习： 2、蛋白质工程的基本流程正确的是：( ) 设计蛋白质分子结构 DNA合成 预期蛋白质功能 据氨基酸序列推出脱氧核 苷酸序列 A. B. C. D. D 侯 景 椎 洱 孰 勇 帮 瓣 暇 闺 炯 寿 雅 濒 九 念 慰 智 评 狡 遥 家 刹 恐 爹 苏 胎 曼 剁 节 富 燃 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起 选 修 三 1 4 蛋 白 质 工 程 的 崛 起