1.4《蛋白質(zhì)工程的崛起》課件(新人教版-選修3).

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1、? EDU.com 1.4 《蛋勺質(zhì)工程 的崛起》■ —、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展 nr r- 二 s 廠門質(zhì)工程崛起泊絳贅 竄考：如果想讓某一個生物的性狀 在另外一個生物的身上表達(dá)，常用 的方法有哪些？ ■ 基因工程的實質(zhì)： 將一種生物的 稱I到 另一種生物體內(nèi)，后者產(chǎn)生它本不 能產(chǎn)的 =1 蛋頤表現(xiàn)  試回顧總結(jié)基因工程的豐丙 植物方面

2、 提高植物的抗蟲、抗病、抗逆性 改良植物的品質(zhì) 動物方面 提高動物生長速度 改善畜產(chǎn)品的品質(zhì) 用轉(zhuǎn)基因動物生產(chǎn)藥物 用轉(zhuǎn)基因動物作器官移植的供體 研制藥物 因工程的局限性: 基因治療 基因工程在原則上只能生產(chǎn) 自然界已存在的蛋白質(zhì)。 這些蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能符合 特定物種生存的需要，卻不一定完 全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。宀 例如： ?干擾素是由動物體內(nèi)的效應(yīng)T細(xì)胞 產(chǎn)生的一種糖蛋白，幾乎能抵抗所 有病毒引起的感染。同時，在治療 癌癥方面也有十分可觀的療效。但 是，干擾素在體外保存相當(dāng)困難。 如果將其分子上的一個半胱氨 酸變成絲氨酸，在?70'C的條件下， 可

3、以保存半年。 ?玉米中賴氨酸的含量比較低。 賴氨酸的合成機(jī)理： 天冬氨酸激酶 二氫毗旋二竣酸合成酶爭反諛^節(jié) 前體物質(zhì) ＞賴 天冬氨酸激酶 （352位的蘇氨酸） 二氫毗噪二竣酸合成酶 （104位的天冬酰胺） 改造 天冬氨酸激酶 （異亮氨酸） 二氫毗陀二竣酸合成酶 （異亮氨酸） ?在已研究過的 酶中，只有 :wfIX/.com r - H » E ■ ■ ■ —4 r kll 少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，絕大多 數(shù)酶都不能應(yīng)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

4、很低。 這是因為工業(yè)生產(chǎn)中每一步的反應(yīng) 體系中常常會有酸、堿或有機(jī)溶劑 存在，反應(yīng)溫度較高，在這種條件 下，大多數(shù)酶會很快變性失活。 目前科學(xué)家嘗試： 對蛋白質(zhì)結(jié)：的改造，yjv 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，取得了一定的進(jìn) 展。 ?延長干擾素的體外保存時間 ?提高玉米中賴氨酸的含量 ?提高工業(yè)生產(chǎn)中蛋白質(zhì)類酶的穩(wěn)定性 這些在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中亟 待解決的難題均無法通過基因 完成。于是新一輪的探索拉開了序幕， 人們開始著眼于對現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造, 以及制造目前從天然蛋白質(zhì)中找不到 a 二、

5、1、基因工程的基本原理 的蛋白質(zhì)。就這樣，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運 而生，并迅速崛起。 中心法則告訴我們遺傳信息的流動方向如 瓠嘰\（基削如丑肽鏈如并具有空 間結(jié)構(gòu)的審白質(zhì)―表達(dá)生物特有的功能或性狀 費 蛋白質(zhì)的功能是由蛋白質(zhì)的塹堂決定的， 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由 DNA （基舉楚的。 3、蛋白質(zhì)工程流程 DXA合成 £犁因下 彊白 分子鮒 劌— 區(qū)白疚 —■廉期功昶 4訝 DNA茨 -山席構(gòu) —A件物功能 ?從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) ?設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) ?推測應(yīng)有的氨基酸序列 ?找到相應(yīng)的脫氧核昔酸序列（基因） 出 com 總結(jié)：蛋 蛋

6、白質(zhì)工程建指以蛋白質(zhì) 分子的 結(jié)構(gòu)及其與 的期齢為基礎(chǔ)，通過 或基因修飾,超®掙覇鬲 行 ,或制進(jìn)造種 以;新的蛋自蘇主活的需求。 異想天T 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì) 的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合 適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類 要的蛋白質(zhì)食品呢？ 理論上是可行的，但目前還沒 有真正成功的例子。 = 雷F 1 1、D 1、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展： (1)對胰島素的改造 III III 天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和 六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從 而延緩了其降血糖作用，也増加了抗原性，這 是胰島素B23-B28氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用

7、 蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚 合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素 已通過臨床實驗。 （2）對水蛭素的衣 Ill III 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑 制劑，它有多種變異體，由65或66個氨基酸殘 基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于 治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各 變異體結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要 變異體HV2的設(shè)計方案，將47位的Asn犬矢冬酰 胺）變成Lys （賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或* 第5位Thr （蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素 N端肽鏈的正確取向，從而提高抗凝血效率， 試管試驗活性提高4倍，在動物模型上檢驗抗血 栓形

8、成的效果，提高20倍。 （3）對生長激素的錢 生長激素通過對它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī) 體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合 ， 還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)胸的 ，引 發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使 人的重組生長激素只與生長激素受體結(jié)合，盡可能減 少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié) 合區(qū)有一部分重査，但并不完全相同，有可能通過改 造加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結(jié)合 需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結(jié)合則無 需鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基 酸側(cè)鏈，如鎗18和第21位His （組氨酸）和第17位Gki （谷氨酸）。實驗結(jié)果與預(yù)先

9、設(shè)想一致，但要開發(fā)作 為臨床用藥還有大量的工作要做。 （4）應(yīng)用于微電子方面 生物和材料科學(xué)家正積極探索 將蛋白質(zhì)工程應(yīng)用于微電子方面。 用蛋白質(zhì)工程方法制成的電子元件， 具有體積小、耗電少和效率高的特 點，因此有極為廣闊的發(fā)展前景。 ?? WDU.com 2、蛋白質(zhì)工程的現(xiàn)狀 子能學(xué)了要 例功齊聽 程要于大塞 工主賴對，質(zhì) 質(zhì)依前省 白多要目很蛋 蛋不需家解的 前因確趙計要 目是正多常H 的為的蛋出經(jīng) 現(xiàn)蛋高匸更過 狀白級映加艱 :質(zhì)結(jié)的符辛 功揮， 發(fā)構(gòu)Z >nF£H/.COfn 3、蛋白質(zhì)工程的前景: 蛋白質(zhì) 工程的須穿邱

10、h in 基因工程 蛋白質(zhì)工程 操作起點 目的基因 預(yù)期的蛋白質(zhì)功能 實質(zhì) 實現(xiàn)基因的異體 表達(dá) 定向改造或生產(chǎn)人 類所需要的蛋白質(zhì) 結(jié)果 生產(chǎn)自然界已存在 的蛋白質(zhì) 生產(chǎn)自然界沒有的 蛋白質(zhì) 基本流程 —+ 聯(lián)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延 伸出來的第二代基因工程。 DNA合成 欽招酸用列 分子設(shè)it . j觸 DNA 迪A襯 新J 甌白虜工穀 91" M結(jié)構(gòu) V—廉期功 —?4豹功能 1、 2、 3、 4、 從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列 =1 找到相應(yīng)的脫氧核昔酸序列 （基因） ° 、