1-4蛋白质工程的崛起
- 格式：ppt
- 大小：730.00 KB
- 文档页数：26
下载文档原格式
合集下载
1.4蛋白质工程的崛起
例，解答本题应突破以下几点：
①首先设计蛋白质氨基酸序列。
②找到对应的脱氧核苷酸序列。
③根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成
或进行基因改造。
（1）每种氨基酸都有对应的三联密码子，只要查一 下遗传密码子表，就可以将上述氨基酸序列的编码序 列查出来。但是由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸 是由多个三联密码子编码，因此其碱基排列组合起来 就比较复杂，至少可以排列出16种，根据学过的排列 组合知识排列一下。首先应该根据三联密码子推出 mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G） AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱 氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C） TACAAA（或G）。
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 （104位的天冬酰胺）
问题1：
蛋白质功能 不能满足需求
解决：改变蛋白质
的结构
-----半胱氨酸----干扰素 体外很难保存
？如何改造 ------丝氨酸------干扰素（改） 体外可以保存半年
问题2：如何对天然蛋白质的结构进行改造？ (你认为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？能否说出你的理 由？)
一、蛋白质工程崛起的缘由
阅读P26第二自然段思考：
科学家在干扰素的保存和玉米的赖氨酸 的产量上面临什么样的问题？如何解决 这些问题？
例如：
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存 玉米中赖氨酸含量比较低 改造
干扰素（丝氨酸）天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸）
改造
何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有
生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带
1.4蛋白质工程的崛起
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列 说法不正确的是
A．是生物在长期进化过程中形成的
D
B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要
C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种
D．一定完全符合人类生产和生活的需要
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 Ｄ
Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构
Ｄ
基因定点诱变技术的示意图
4、蛋白质工程的概念
基础: 蛋白质的结构和功能
途径: 基因修饰或基因合成 目标: 改造或制造新的蛋白质，满足人类 的生产或生活的需要 蛋白质工程的实质： 是对编码蛋白质的基因进行改造
活动2：对照密码表，至少写出三种决定
“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。
改造
• P28 思考与探索
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。
• 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。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。
旁栏思考题
1、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？ （了解）
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”。
1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版-选修3)
基因工程的实质： 基因工程的实质
基因 将一种生物的 转移到 另一种生物体内， 另一种生物体内，后者产生它本不 蛋白质 能产的 ，进而表现 出 。 新的性状
基因工程的局限性： 基因工程的局限性：
基因工程在原则上只能生产 自然界已存在的蛋白质。 自然界已存在的蛋白质。 这些蛋白质的结构和功能 结构和功能符合 这些蛋白质的结构和功能符合 特定物种生存的需要 生存的需要， 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。 人类生产和生活的需要 全符合人类生产和生活的需要。
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， 的结构，设计相应的基因，导入合 适的细菌中， 适的细菌中，让细菌生产人类所需 要的蛋白质食品呢？ 要的蛋白质食品呢？ 理论上是可行的， 理论上是可行的，但目前还没 有真正成功的例子。 有真正成功的例子。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的进展：
o
• 玉米中赖氨酸的含量比较低。 玉米中赖氨酸的含量比较低。
赖氨酸的合成机理： 赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶 二氢吡啶二羧酸合成酶
负反馈调节
前体物质
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 位的苏氨酸） 位的苏氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺） 位的天冬酰胺
赖氨酸
改造
天冬氨酸激酶 异亮氨酸） （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 异亮氨酸） （异亮氨酸）
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。
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 基因） （基因）
二、蛋白质工程的基本原理
1、基因工程的基本原理
高中生物 专题1 基因工程 1
专题1 基因工程 1。
5 蛋白质工程的崛起一、选择题1．蛋白质工程的实质是(）A．改造蛋白质B．改造mRNAC．改造基因D．改变氨基酸解析：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功能的特殊要求，对蛋白质的结构进行分子设计，由于基因决定蛋白质,因此要对蛋白质结构进行设计改造，必须从基因入手。
答案:C2．葡萄糖异构酶（GⅠ)在工业上应用广泛,为提高其热稳定性,科学家对GⅠ基因进行体外定点诱变,以脯氨酸（Prol38)替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达,结果最适反应温度提高10～12 ℃。
这属于生物工程中的（)A．基因工程B．蛋白质工程C．发酵工程D．酶工程解析：酶工程的重点在于对已存在的酶合理充分利用（如：加酶洗衣粉、嫩肉粉等)，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。
通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。
答案:B3．下列哪项不是蛋白质工程中的蛋白质分子设计(）A．对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换B．对不同来源的蛋白质分子进行拼接组装C．从氨基酸的排列顺序开始设计全新蛋白质D．设计控制蛋白质合成的基因中的核苷酸序列解析：蛋白质工程的重要方面是蛋白质的分子设计,它可以分为三类：一是对已知蛋白质进行少数氨基酸的替换,二是对不同来源的蛋白质进行拼接组装，三是设计制造自然界中全新的蛋白质。
D项中的内容是合成基因，属于基因工程.答案：D4．下列不属于蛋白质工程成果的是(）A．改造酶的结构，提高酶的热稳定性B．生产出鼠—人嵌合抗体C．将t。
PA分子中的天冬酰胺替换为谷氨酰胺D．蛋白酶洗衣粉容易洗掉奶渍、血渍解析:A、B、C三项所述都是对现存的蛋白质分子进行改造，属于蛋白质工程的成果。
而加酶洗衣粉属于酶制剂的应用，属于酶工程的成果.答案：D5．下列关于蛋白质工程应用的叙述错误的是（）A．蛋白质工程可以改造酶的结构,提高酶的热稳定性B．通过蛋白质工程可以改变蛋白质的活性C．利用蛋白质工程可以在大肠杆菌细胞中得到人的胰岛素D．蛋白质工程可以对胰岛素进行改造和修饰，合成速效型胰岛素制剂解析：蛋白质工程是依据人们设计的蛋白质分子结构来改造基因，进而控制合成或改变自然界中的蛋白质，而在大肠杆菌中生产人胰岛素利用基因工程技术便可达到。
生物：1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版选修3)
1、基因工程的优点和原理 、 2、基因工程的 、 工具酶 3、常用的运载体 4、获取目的基因 、 、 的方法 5、把目的基因导入受体细胞（动物 、把目的基因导入受体细胞（ 和植物） 和植物）的方法 6、 如何从个体水平上确定 、 目的基因已经表达 7、从分子水平上确定目的基因已经导入受体 、 细胞的方法名称及如何判断？ 细胞的方法名称及如何判断？ 8、从分子水平上确定目的基因已经转录成信 、 的方法名称及如何判断？ 使RNA的方法名称及如何判断？ 的方法名称及如何判断 9、从分子水平上确定目的基因已经翻译成蛋 、 白质的方法名称及如何判断？ 白质的方法名称及如何判断？
2、天然蛋白质的不足 、
Hale Waihona Puke 天然蛋白质是生物在长期进化过程中 形成的， 形成的，它们的结构和功能符合特定 物种生存的需要， 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。 人类生产和生活的需要。
3、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。 需要的蛋白质。
二、蛋白质工程的基本原理
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 关于生物体内存在的天然蛋白质， 不正确的是（ 不正确的是（ ） A．是生物在长期进化过程中形成的 ． B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 ． C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有 种 ．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 ．
D
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 ． Ａ．氨基酸结构 Ａ．氨基酸结构 C．肽链结构 ． B．蛋白质空间结构 ． D．基因结构 ．
Ｄ
）
• 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
2、天然蛋白质的不足 、
Hale Waihona Puke 天然蛋白质是生物在长期进化过程中 形成的， 形成的，它们的结构和功能符合特定 物种生存的需要， 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。 人类生产和生活的需要。
3、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。 需要的蛋白质。
二、蛋白质工程的基本原理
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 关于生物体内存在的天然蛋白质， 不正确的是（ 不正确的是（ ） A．是生物在长期进化过程中形成的 ． B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 ． C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有 种 ．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 ．
D
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是 ． Ａ．氨基酸结构 Ａ．氨基酸结构 C．肽链结构 ． B．蛋白质空间结构 ． D．基因结构 ．
Ｄ
）
• 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
1.4 蛋白质工程的崛起
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, 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. 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, 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. 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 经研究发现,二者受体结合区有一部分重叠, 相同,有可能通过改造加以区别. 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, 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, 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 His(组氨酸)和第17 18和第21位 17位 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 Glu(谷氨酸).实验结果与预先设想一致, ).实验结果与预先设想一致 为临床用药还有大量的工作要做. 为临床用药还有大量的工作要做.
专题1 基因工程 专题1
----------------后基因工程 后基因工程
一,蛋白质工程崛起的缘由
通过基因工程能够大规模生产生物体内微 量存在的活性物质,并借助转基因而改变动植 量存在的活性物质, 物性状, 物性状,得以在人类医疗保健中进行基因诊断 和基因治疗. 和基因治疗.然而在广泛利用自然界各种蛋白 质的过程中就发现, 质的过程中就发现,这些蛋白质只是适应生物 自身的需要, 自身的需要,而对它们进行产业化开发往往不 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 合意,需要加以改造.1983年Ulmer首先提出 蛋白质工程,它是指按照特定的需要, 蛋白质工程,它是指按照特定的需要,对蛋白 质进行分子设计和改造的工程.自此以后, 质进行分子设计和改造的工程.自此以后,蛋 白质工程迅速发展, 白质工程迅速发展,已成为生物工程的重要组 成部分. 成部分.
人教版教学课件[名校联盟]山东省沂水一中高二生物《14 蛋白质工程的崛起》课件(选修三)
天冬氨酸激酶 3．实例：______________和二氢吡啶二羧酸合 赖氨酸浓度 成酶的活性受细胞内___________的影响，当赖 氨酸浓度达到一定量时会抑制这两种酶的活性， 改变两种酶的特性后,玉米游离赖氨酸含量提高。
思考感悟
对天然蛋白质进行改造，是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？
的蛋白质。
比较基因工程和蛋白质工程
比较项目 操作对象 操作水平 基因工程 基因 DNA分子水平 蛋白质工程 基因 DNA分子水平 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→蛋白质应有的氨基 酸序列→应有的碱基序 列→合成DNA→表达出 蛋白质
获取目的基因→构 建基因表达载体→ 基本过程 将目的基因导入受 体细胞→目的基因 的检测与鉴定
种制剂的形成正是利用的蛋白质工程技术，也就
是本节我们将要探讨的内容。
基础自主梳理
一、蛋白质工程的崛起
基因 1．基因工程的实质：将一种生物的______转移 到另一种生物体内，后者产生它本不能产生的
蛋白质 ________，从而产生新性状。
2．蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要
蛋白质 的、并非自然界已存在的_______。
比较 项目
基因工程
蛋白质工程
定向改造生物的遗 传特性，以获得人 实质 类需要的生物类型 或生物产品
定向改造或生产人类 所需蛋白质
生产人类需要的基 可以生产自然界没有 结果 因产物(自然界已有 的、不存在的新蛋白 的蛋白质) 质
联系 蛋白质工程是以基因工程为基础的
例2 (2011年泰安市高二检测)科学家对鼠源杂交
物”，它可自动瞄准和攻击体内的靶组织或靶细胞
(如癌细胞)。此技术是( )
蛋白质工程
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。
你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质， 酶工程与蛋白质工程有什么区别？
• 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借 助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊 断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地 说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组 成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻 工业以及医药工业中。 • 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而 没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然 后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列 等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的 合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对 已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白 质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中， 使酶工程成为蛋白质工程的一部分。
不存在的蛋白质。
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存
改造
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
满足人类 生产和生 活的需要
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
玉米中赖氨酸含量可提高数倍 天冬氨酸激酶（异亮氨酸）
改造
改造
二 作简单经济
操作复杂， 周期长
修饰过程破 坏酶分子
适应所有酶，稳 定性高，可重复 利用和连续生产 稳定性好，载量 高，催化效率高 简单、经济
适用于特殊反应 体系和酶类
载量较低， 易失活 成本高 工作量大
适合的酶类 还不普遍
交联酶晶 体 微环境改良 稳定剂
反应介质
1）改造酶分子 酶的稳定性从本质上讲是氨基酸组成和各种作 用力综合的结果。 蛋白质工程：用DNA水平上设计酶分子 化学修饰：通过化学试剂特异性修饰酶分子的 某个氨基酸，从而稳定蛋白质的构象，提高耐 热性或其它稳定性。
人教版高中生物选修3专题1第节蛋白质工程的崛起(共40张PPT)
讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸 序列？ 请把相应的碱基序列写出来。
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
分子设计
蛋白质结构的分析
测定三级结构计 算机图像
酶的纯化生化 特性
蛋白质化学
1.2 基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性 改变称为基因的定性诱变。利用这项技术 一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另 一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残 基在蛋白质结构及功能上的作用。一般而 言，含有单一或少数几个突变位点的基因 定向突变可选用下列几种策略。
1.4 蛋白质工程实施的必要条件
异亮氨酸
半胱氨酸
二、蛋白质工程崛起的缘由
思考：如果想让某一个生物的性状在另外一 个生物的身上表达，常用的方法有哪些？
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
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，后者产生它本不能产的蛋白质，进 而表现出新的性状。
1.3 蛋白质工程的研究内容及应用
蛋白质是所有生命过程的存在形式，它以高度的特异性直 接推动数千种化学反应的进行，并以关键的结构元件组成所 有生物体的细胞和组织。 蛋白质工程技术改造或创建新型工程蛋白，还能拓展功能 蛋白在工业、农业、医学等领域的应用范围其经济和社会效 益不可估量。 （1）通过改变酶的Km和Vm等动力学参数，提高其生化反应 的催化效率。 （2）通过提高酶与底物的亲和性，减少生物转化工程中副 产物的形成。 （3）通过增强功能蛋白对蛋白酶的抗降解性能，简化其分 离纯化工序并提高收率。
mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
分子设计
蛋白质结构的分析
测定三级结构计 算机图像
酶的纯化生化 特性
蛋白质化学
1.2 基因的体外定向突变
在DNA水平上产生多肽编码顺序的特异性 改变称为基因的定性诱变。利用这项技术 一方面可对某些蛋白质进行定位改造，另 一方面还可以确定多肽链中某个氨基酸残 基在蛋白质结构及功能上的作用。一般而 言，含有单一或少数几个突变位点的基因 定向突变可选用下列几种策略。
1.4 蛋白质工程实施的必要条件
异亮氨酸
半胱氨酸
二、蛋白质工程崛起的缘由
思考：如果想让某一个生物的性状在另外一 个生物的身上表达，常用的方法有哪些？
1、在种内可以用什么方法？ 杂交育种
2、在种间可以用什么方法？
基因工程育种
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，后者产生它本不能产的蛋白质，进 而表现出新的性状。
1.3 蛋白质工程的研究内容及应用
蛋白质是所有生命过程的存在形式，它以高度的特异性直 接推动数千种化学反应的进行，并以关键的结构元件组成所 有生物体的细胞和组织。 蛋白质工程技术改造或创建新型工程蛋白，还能拓展功能 蛋白在工业、农业、医学等领域的应用范围其经济和社会效 益不可估量。 （1）通过改变酶的Km和Vm等动力学参数，提高其生化反应 的催化效率。 （2）通过提高酶与底物的亲和性，减少生物转化工程中副 产物的形成。 （3）通过增强功能蛋白对蛋白酶的抗降解性能，简化其分 离纯化工序并提高收率。
1.3、1.4基因工程的应用蛋白质工程的崛起
1．(2010年黄冈模拟)科学家已能运用基因工程技术，让羊合成并由乳腺分泌抗体，相关叙述中正确的是()①该技术将导致定向变异②DNA连接酶把目的基因与载体黏性末端的碱基对连接起来③蛋白质中的氨基酸序列可为合成目的基因提供资料④受精卵是理想的受体A．①②③④B．①③④C．②③④D．①②④【答案】 B2．如下图是将人的生长激素基因导入细菌B细胞内制造“工程菌”的示意图。
已知细菌B细胞内不含质粒A，也不含质粒A上的基因。
判断下列说法正确的是()A．将重组质粒导入细菌B常用的方法是显微注射法B．将完成导入过程后的细菌涂布在含有氨苄青霉素的培养基上，能生长的只是导入了重组质粒的细菌C．将完成导入过程后的细菌涂布在含有四环素的培养基上，能生长的就是导入了质粒A的细菌D．目的基因成功表达的标志是受体细胞能在含有氨苄青霉素的培养基上生长【答案】 C3．基因污染是指在天然物种的DNA中嵌入了人工重组基因，这些外来基因可随被污染生物的繁殖、传播而发生扩散。
下列叙述错误的是()A．基因工程间接导致了基因污染B．基因工程破坏了生物原有的基因组成C．基因工程是通过染色体的重组发生基因交换，从而获得了生物的新性状D．人类在发展基因工程作物时，没有充分考虑生物和环境之间的相互影响【答案】 C4．蛋白质工程与基因工程相比，其突出特点是()A．基因工程原则上能生产任何蛋白质B．蛋白质工程能对现有的蛋白质进行改造，或制造出一种新的蛋白质C．蛋白质工程可以不通过转录和翻译来实现D．蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第三代基因工程【答案】 B5．(2010年南京模拟)下列关于蛋白质工程的说法，正确的是()A．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作B．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子C．对蛋白质的改造是通过直接改造相应的mRNA来实现的D．蛋白质工程的流程和天然蛋白质合成的过程是相同的【解析】蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
论：生物产生的天然蛋白质是在长 期进化过程中产生的，它的结构和功 能符合特定物种生存的需要，却不一 定能完全满足人类生产生活的需要。
一、蛋白质工程崛起的缘由
干扰素（半胱氨酸） 改造
体外很难保存 玉米中赖氨酸含量比较低
满足人类 生产和生 活的需要
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
（2）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。
蛋白质工程基本途径
DNA合成
分子设计
基因 DNA
转录
mRNA翻译
氨基酸序列 多肽链
折叠
蛋白质 三维结构
天然蛋白质合成途径？ 中心法则
生物 预期 功能 功能
2、蛋白质工程的原理：基因改造
（基因修饰或基因合成） 3、基本途径：
从预期的蛋白质功能出发
• 3.枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特 性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特 尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后， 虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。 用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除 去血渍、奶渍等蛋白质污渍。 • （1）改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是 蛋白质工程 。 • （2）改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因 1 个碱基对发生变化。 与原来相比，至少有 • （3）利用生物技术改造蛋白质，是提高了蛋白质的 • 稳定 性，埃斯特尔所作的工作是对已知蛋白质 进行 少数氨基酸的替换 。
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。
基因工程与蛋白质工程的比较 基 因 工 程 实质 蛋 白 质 工 程
基本 过程
通过改造基因，以定 将目的基因从供体 生物转移到受体生物， 向改造天然蛋白质， 并在受体生物中表达 甚至创造自然界不存 在的蛋白质 获取目的基因→构建 确定蛋白质功能→应 基因表达载体→导入 有的高级结构→应具 受体细胞→目的基因 备的折叠状态→应有 氨基酸序列→应有的 的检测与鉴定 碱基序列 生产出自然界已有 的蛋白质 创造出自然界不存在 的蛋白质
三、蛋白质工程的进展和前景
应用于电子方面
蛋白质工程 ——制造电子元件。 改造胰岛素 ——特效药品 优点：体积小、 耗电少、效率高。
三、蛋白质工程的进展和前景
蛋白质工程 ——难度大 原因：蛋白质发挥 功能必须依赖于正 确的高级结构。 这种高级结构很复 杂，目前对其了解 还很不够，还需探 索。
血红蛋白结构
非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如
何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有
生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带
来什么危害也是人们所担心的。
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α亚基和二个由 146个氨基酸残基 组成的β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。
基因工程干扰素
• 干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过 去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵” 程度自不用多说。
干扰素分子 结构
干扰素生产车间
在体外保存相当困难！如何解决？
解决方法：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。
结果
基因工程与蛋白质工程的联系：
（1）两者均从分子水平上进行操作。
（2）蛋白质工程被称为第二代基因工程。因为蛋 白质工程的本质是通过改造基因进而创造出自然 界不存在的蛋白质。
（3）基因工程中的目的基因一般为天然的基因， 蛋白质工程中的基因是经过修饰、改造的。
蛋白质工程的内容主要有两方面：
①根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构 的蛋白质 ②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
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
然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而 自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构
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）
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-……
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 色氨酸：UGG 苯丙氨酸：UUU、UUC
（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？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
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
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
改造
旁栏思考题
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？
1.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，该组织正式提出启动了 两项重大国际合作行动：一项是由中国科学 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”，由此拉开了人类蛋白质 组计划的帷幕。
二、蛋白质工程的基本原理
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。 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？
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：
（1）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 的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 遗传的。
定点诱变技术：是在体外特异性地取代、插入或缺失DNA序列中任何一个 特定碱基的技术 。
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）
造目的基因（DNA）？
1. mRNA序列
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
脱氧核苷酸 GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C) 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 或可白质工程的说法正确的 是（ A ） • A．都是分子水平上的操作 • B．基因工程就是改造基因的分子结构 • C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 • D．基因工程能产生自然界根本不存在的基 因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在 的蛋白质
• 2.蛋白质工程的基本流程正确的是（ C ） • ①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③ 预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧 核苷酸序列 • A.①→②→③→④ B.④→②→①→③ C.③→①→④→② D.③→④→①→②
2.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。 3.“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科学基础。
一、蛋白质工程崛起的缘由
干扰素（半胱氨酸） 改造
体外很难保存 玉米中赖氨酸含量比较低
满足人类 生产和生 活的需要
干扰素（丝氨酸）
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
（2）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。
蛋白质工程基本途径
DNA合成
分子设计
基因 DNA
转录
mRNA翻译
氨基酸序列 多肽链
折叠
蛋白质 三维结构
天然蛋白质合成途径？ 中心法则
生物 预期 功能 功能
2、蛋白质工程的原理：基因改造
（基因修饰或基因合成） 3、基本途径：
从预期的蛋白质功能出发
• 3.枯草杆菌产生的蛋白酶具有催化分解蛋白质的特 性，但极易被氧化而失效。1985年，美国的埃斯特 尔将枯草杆菌蛋白酶分子中的第222位氨基酸替换后， 虽然其水解活性有所下降，但抗氧化能力大大提高。 用这种水解酶作为洗涤剂的添加剂，可以有效地除 去血渍、奶渍等蛋白质污渍。 • （1）改造枯草杆菌蛋白酶的生物技术是 蛋白质工程 。 • （2）改造后的枯草杆菌中的控制合成蛋白酶的基因 1 个碱基对发生变化。 与原来相比，至少有 • （3）利用生物技术改造蛋白质，是提高了蛋白质的 • 稳定 性，埃斯特尔所作的工作是对已知蛋白质 进行 少数氨基酸的替换 。
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。
基因工程与蛋白质工程的比较 基 因 工 程 实质 蛋 白 质 工 程
基本 过程
通过改造基因，以定 将目的基因从供体 生物转移到受体生物， 向改造天然蛋白质， 并在受体生物中表达 甚至创造自然界不存 在的蛋白质 获取目的基因→构建 确定蛋白质功能→应 基因表达载体→导入 有的高级结构→应具 受体细胞→目的基因 备的折叠状态→应有 氨基酸序列→应有的 的检测与鉴定 碱基序列 生产出自然界已有 的蛋白质 创造出自然界不存在 的蛋白质
三、蛋白质工程的进展和前景
应用于电子方面
蛋白质工程 ——制造电子元件。 改造胰岛素 ——特效药品 优点：体积小、 耗电少、效率高。
三、蛋白质工程的进展和前景
蛋白质工程 ——难度大 原因：蛋白质发挥 功能必须依赖于正 确的高级结构。 这种高级结构很复 杂，目前对其了解 还很不够，还需探 索。
血红蛋白结构
非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如
何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有
生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带
来什么危害也是人们所担心的。
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α亚基和二个由 146个氨基酸残基 组成的β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。
基因工程干扰素
• 干扰素治疗病毒感染简直是“万能灵药”！过 去从人血中提取，300L血才提取1mg！其“珍贵” 程度自不用多说。
干扰素分子 结构
干扰素生产车间
在体外保存相当困难！如何解决？
解决方法：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。
结果
基因工程与蛋白质工程的联系：
（1）两者均从分子水平上进行操作。
（2）蛋白质工程被称为第二代基因工程。因为蛋 白质工程的本质是通过改造基因进而创造出自然 界不存在的蛋白质。
（3）基因工程中的目的基因一般为天然的基因， 蛋白质工程中的基因是经过修饰、改造的。
蛋白质工程的内容主要有两方面：
①根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构 的蛋白质 ②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
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
然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而 自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构
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）
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-……
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 色氨酸：UGG 苯丙氨酸：UUU、UUC
（1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？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
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
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
改造
旁栏思考题
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？
1.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，该组织正式提出启动了 两项重大国际合作行动：一项是由中国科学 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”，由此拉开了人类蛋白质 组计划的帷幕。
二、蛋白质工程的基本原理
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。 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？
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：
（1）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 的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 遗传的。
定点诱变技术：是在体外特异性地取代、插入或缺失DNA序列中任何一个 特定碱基的技术 。
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）
造目的基因（DNA）？
1. mRNA序列
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
脱氧核苷酸 GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C) 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 或可白质工程的说法正确的 是（ A ） • A．都是分子水平上的操作 • B．基因工程就是改造基因的分子结构 • C．蛋白质工程就是改造蛋白质的分子结构 • D．基因工程能产生自然界根本不存在的基 因，蛋白质工程能产生自然界根本不存在 的蛋白质
• 2.蛋白质工程的基本流程正确的是（ C ） • ①蛋白质分子结构设计 ②DNA合成 ③ 预期蛋白质功能 ④据氨基酸序列推出脱氧 核苷酸序列 • A.①→②→③→④ B.④→②→①→③ C.③→①→④→② D.③→④→①→②
2.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。 3.“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科学基础。