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1、 你知道人類蛋白質(zhì)組計 劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什 么關系？我國科學家承擔了 什么任務？ 人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃 之后，生命科學乃至自然科學領域中的一項 重大的科學命題。 2001年，國際人類蛋白質(zhì) 組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟 動兩項重大國際合作行為：一項是有中國科 學家牽頭執(zhí)行的 “ 人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃 ” ； 另一項是以美國科學家牽頭執(zhí)行的 “ 人類血 漿蛋白質(zhì)組計劃 ” 。 “ 人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃 ” 是國際上第一 個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀 福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的 重大國際科研協(xié)作計劃，總部設在北京，目前 有 1
2、6個國家和地區(qū)的 80多個實驗室報名參加。 它的科學 目標是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì) ， 為 重大肝病預防 、 診斷 、 治療和新藥研發(fā)的突破 提供重要的科學基礎 。 人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白 質(zhì)工程的有力推動和理論支持 。 蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學 、 晶體學 、 動力學等結(jié)構與功能認識的基礎上 ， 對蛋白質(zhì) 人工改造與合成的產(chǎn)品 。 “ 后基因組時代 ” 將是 “ 蛋白質(zhì)組學時代 ” ， 即從對基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研 究 ， 包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構 、 功能與應用及蛋白 質(zhì)相互關系和作用 。 一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 滿足人類 生產(chǎn)和生 活的需要 例如：
3、 改造 干擾素（半胱氨酸） 體外很難保存 干擾素（絲氨酸） 體外可以保存半年 玉米中賴氨酸含量比較低 天冬氨酸激酶 （ 352位的蘇氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶 （ 104位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶 （異亮氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶 （異亮氨酸） 玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍 改造 改造 二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 對天然蛋白質(zhì)進行改造， 你認為應該直接對蛋白質(zhì)分子 進行操作，還是通過對基因的 操作來實現(xiàn)？ 1、目標： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋 白質(zhì)的結(jié)構進行分子設計。 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構 胰 島 素 的 三 級
4、結(jié) 構 血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構 血紅蛋白分子 就是由二個由 141個氨基酸殘 基組成的 亞基 和二個由 146個 氨基酸殘基組 成的 亞基按特 定的接觸和排 列組成的一個 球狀蛋白質(zhì)分 子，每個亞基 中各有一個含 亞鐵離子的血 紅素輔基。 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 DNA RNA 翻譯 肽鏈 復制 復制 折疊 等 具有空間結(jié) 構的蛋白質(zhì) 表達生物特有 的功能或性狀 天然蛋白質(zhì)的合成過程 遵循中心法則，并需經(jīng)過高級空間結(jié)構的轉(zhuǎn)變 2、蛋白質(zhì)工程的原理：基因改造 3、基本途徑： 從預期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設計預期的蛋白質(zhì)結(jié)構 推測應有的氨基酸序列 找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）
5、 4、概念： 蛋白質(zhì)工程是指 以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構規(guī)律 及其生物功能的關系作為基礎 ，通過基因修飾 或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造 一種新的蛋白質(zhì)， 以滿足人類的生生產(chǎn)和生活 的需求 。 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎 上，延伸出來的 第二代基因工程 。 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面： 根據(jù)需要設計具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構 的蛋白質(zhì) 而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造相 應基因中脫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，用于蛋白質(zhì)工程。 三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景 1、 蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術條件的， 它是隨著 分子生物
6、學 、 晶體學 以及 計算機技術 的發(fā)展而誕生的，與 基因組學 、 蛋白質(zhì)組學 、 生物信息學 的發(fā)展等因素有關 2、現(xiàn)狀：成功的例子不多， 主要是因為蛋白質(zhì) 發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構 ， 而科 學家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構了解很少 。 討論：某多肽鏈的一段氨基酸序列是： 丙氨酸 色氨酸 賴氨酸 甲硫氨 酸 苯丙氨酸 （ 1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序 列？請把相應的堿基序列寫出來。有多少種？ （ 2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合 成或改造目的基因（ DNA）？ （ 1） mRNA序列為： GCU（或 C或 A或 G） U
7、GGAAA（或 G） AUGUUU（或 C） 脫氧核苷酸序列： CGA（或 G或 T或 C） ACCTTT（或 C） TACAAA（或 G） （ 2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人 類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因 庫中獲取。 異想天開 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構，設計相應 的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要 的蛋白質(zhì)食品呢？ 理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。 一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自 然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設計出來而 自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構 非常復雜，人類對
8、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構和在生物體內(nèi)如 何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有 生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶 來什么危害也是人們所擔心的。 蛋白質(zhì)工程是應怎樣的需求而崛起的？ 蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎理論研究的需要。 而結(jié)構生物學對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構及其復雜的生 物功能的分析結(jié)果，為設計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。分子 遺傳學的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g為蛋白質(zhì)工程提供 了手段。 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應用于工業(yè)生產(chǎn)， 絕大多數(shù)酶都不能應用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下 有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因
9、為工業(yè) 生產(chǎn)中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在， 反應溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提 高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來 說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱 穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引 起的活性喪失等。 你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白 質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學 的手段，應用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方 面的一門科學技術。概括地說，酶工程是由酶制劑的生 產(chǎn)和應用兩方面組成的。酶工程的應用主要集中于食品 工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過 由酶的功能來設計酶的分子結(jié)構，然后由酶的分子結(jié)構 來確定相應基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重 點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點 則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當然，隨著蛋白 質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應用到酶工程中，使酶工程 成為蛋白質(zhì)工程的一部分。
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