蛋白质工程崛起的原因
蛋白质工程的崛起 课件
概
通过基因修饰 或 基因合成 ，对现有蛋白质进行改
手段
念
造，或制造一种新的蛋白质
目的
获得 满足人类生产和生活需求 的蛋白质
原理
由预期的蛋白质功能找到相对应的_脱__氧__核__苷__酸__序__列__(基__因__)
目标 根据人们对蛋白质功能的 特定需求 对蛋白质结构进行分子设计
基本流程 预期蛋白质的功能→设计预期的
1.基因工程的优势与不足分别是什么？ 答案 (1)优势：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可 以产生它本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。这是基因工程 的实质。 (2)不足：原则上基因工程只能生产自然界中已存在的蛋白质。
2.蛋白质工程的实例： (1)经改造的干扰素基因合成的干扰素和原来的相比，在结构和功能 上有什么改变？ 答案 经改造的干扰素，其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，结 果大大提高该干扰素在体外储存的稳定性。 (2)可以通过哪些途径提高玉米中的赖氨酸含量？ 答案 ①可以将富含赖氨酸的蛋白质编码基因导入玉米，②可以改 变赖氨酸合成途径中关键酶的活性。
3.下图为蛋白质工程操作的基本思路，请据图回答下列问题：
(1) 代 表 蛋 白 质 工 程 操 作 思 路 的 过 程 是 _④__⑤__ ； 代 表 中 心 法 则 内 容 的 是 __①__②__③___(填写数字)。 (2)写出图中各数字代表的生物学过程的名称或内容： ①_转__录__；②__翻__译__；③___折__叠___；④_分__子__设__计__；⑤_D__N_A__合__成__。 (3)蛋白质工程的目的是_根__据__人__们__对__蛋__白__质__功__能__的__特__定__需__求Байду номын сангаас_，__对__蛋__白_ _质__的__结__构__进__行__分__子__设__计_，通过__基__因__合__成__或__改__造___实现。 (4)从图中可以看出蛋白质工程的基本途径与中心法则是___相__反___的。
1.4蛋白质工程的崛起
9、蛋白质工程流程是（ C） A、基因→表达→形成氨基酸序列的多肽链→ 形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能 B、对蛋白质进行分子设计→改造蛋白质分子 →行使功能 C、预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构 →推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核 苷酸序列 D、预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构 →推测应有的氨基酸序列→合成相应的mRNA
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
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
体后会堆积 在皮下，要经过较长时间才 能进入血液，而且进入到血 液中的胰岛素又会不断地被 分解。
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。
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。 怎么操作呢？
请问， 对天然 蛋白质进行改造， 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？
高三生物蛋白质工程的崛起
三、蛋白质工程的进展和前景
蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的 一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质 结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研 究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭 新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药 方面的应用开拓了诱人的前景。蛋白质工程开 创了按照人类意愿改造、创造究过的几千种酶中，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。
/ 优游
Ø “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。
Ø 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，最终获得商业化的产品。
二、蛋白质工程的基本原理
（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，如点突变；
例如:干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将 人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生 的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg，只相当于天 然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式
蛋白质工程的崛起
二、蛋白质工程的基本原理
1 蛋白质工程的概念 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。
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
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
课堂练习：
2、蛋白质工程的基本流程正确的是：( D )
①设计蛋白质分子结构 ②DNA合成
③预期蛋白质功能 核苷酸序列
④据氨基酸序列推出脱氧
A. ①→②→③→④
蛋白质工程流程图：
基因 DNA
DNA合成
分子 设计
氨基酸序列
转录 mRNA翻译 多肽链 折叠
蛋白质 三维结构
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
生物 预期 功能 功能
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
B. ④→②→①→③
C. ③→④→①→②
D. ③→①→④→②
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
例如：
干扰素（半胱氨酸） 改造
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
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
1.4蛋白质工程的崛起
1.4蛋白质工程的崛起1.4 蛋白质工程的崛起█[目标与重难点]1知识目标、举例说出蛋白质工程崛起的缘由。
2能力目标、简述蛋白质工程的基本原理及基本途径。
3情感目标、尝试运用逆向思维分析和解决问题。
[教学重点和难点]1、教学重点——（1）为什么要开展蛋白质工程的研究？（2）蛋白质工程的原理2、教学难点——蛋白质工程的原理█[教学关键句段]一、蛋白质工程崛起的缘由：1、基因工程的实质：将一种生物的转移到另一处生物体内，后者产生它本不能产的，从而产生新性状。
2．蛋白质工程目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的。
二．蛋白质工程基本原理1．目标：根据人们对功能的特定需求，对结构进行分析设计。
2．原理：基因改造。
3．过程：预期蛋白质功能→设计结构→推测应有序列→找到对应的序列(基因)。
三、蛋白质工程的进展和前景例如：科学家通过对的改造，已使其成为速效型药品；用蛋白质工程方法制成的电子元件，具有、和的特点，因此有极为广阔的发展前景。
█【课堂流程】1、回顾已学习过中心法则及蛋白质具有复杂的空间结构等知识。
中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图所示。
遗传信息的流动方向那么，既然蛋白质的功能是由DNA决定的，那么要制造出新的蛋白质，就要改造DNA。
所以蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。
（结合课本中插图）2、原理：中心法则的逆推天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的：基因→表达（转录和翻译）→形成氨基酸序列的多肽链→形成具有高级结构的蛋白质→行使生物功能；而蛋白质工程却与之相反，它的基本途径是：从预期的蛋白质功能出发一设计预期的蛋白质结构一推测应有的氨基酸序列一找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）（如图3一l一3所示）。
蛋白质工程是先按照人们的意愿创造出满足人们需求的新基因，然后表达出具有不同功能的蛋白质。
3、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，如点突变；（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用4、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,以满足人类的生产和生活的需求。
蛋白质工程崛起的原因
蛋白质工程的崛起——研究性学习报告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物性状，得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。
在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。
然而在广泛利用自然界各种蛋白质的过程中就发现这些蛋白质只是适应生物自身的需要，而对开发它们进行产业化，开发往往不合意，需要加以改造。
蛋白质工程的目的：生产符合人类生产和生活需要的蛋白质。
对天然蛋白质进行改造，应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质基因的改造。
主要原因如下：1、任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因既对蛋白质进行了改造，而且改造过得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。
2、对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作的多。
蛋白质工程的途径：天然蛋白质的合成途径：表达（转录或翻译）、基因表达链（转录或翻译）、形成具有高级结构的蛋白质、形成氨基酸序列的多肽、行使生物功能。
蛋白质工程的流程：DNA合成合成基因 DNA mRNA 转录翻译氨基酸系列多肽链折叠分子设计蛋白质三维结构预期功能生物功能蛋白质工程的概念：基础：蛋白质的结构和功能途径：基因修饰和基因合成目标：改造蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的生产和生活的需要。
蛋白质工程的实质：是对编码蛋白质的基因进行改造，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；借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段尽可能的了解蛋白质的二维结构和三维晶体结构。
3、设计各种处理条件。
4、了解蛋白质的结构变化，包括折叠等对其活性与功能的影响。
5、设计编码该蛋白质的基因改造方案6、分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际应用。
高二12班李艺。
高一生物蛋白质工程的崛起知识点
该知识点包括蛋白质工程崛起的缘由、蛋白质工程的基本原理、蛋白质工程的进展和前景等几个要点知识。
1.蛋白质工程崛起的缘由：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。
而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。
分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。
蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其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。
(基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质)2.蛋白质工程的基本原理：它可以根据人的需求来设计蛋白质的结构，又称为第二代基因工程。
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)。
以上是蛋白质工程特有的途径;以下按照基因工程的一般步骤进行。
(注意：目的基因只能用人工合成的方法)流程图：3.蛋白质工程的进展和前景：蛋白质工程的进展向人们展示出诱人的前景，如：通过对胰岛素的改造，使其成为一种速效性药品，再如：将蛋白质工程应用于微电子方面，制成电子元件，具有体积小、耗电少、效率高等优点。
但是由于蛋白质发挥功能必须依赖于它的高级结构(空间结构)，这是相当复杂的，所以，目前成功的例子还不多，还需要人们的努力。
总之，蛋白质工程的前景是光明的，道路是曲折的。
【蛋白质工程的崛起考点分析】在平常测试中，该知识点比例不大，多以选择题的形式出现。
通常考查蛋白质工程的概念、基本原理、流程及应用等内容，难度不大。
有关蛋白质工程的内容极少出现在高考试题中，即使有也是依附在基因工程的试题中，有1-2个空。
所以同学们记住基础知识即可。
【蛋白质工程的崛起知识点误区】有关蛋白质工程的易错点：①对蛋白质分子进行改造，其本质是改变其基因组成。
如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质分子还是无法遗传。
高二生物蛋白质工程的崛起
https:///yyhh/25o7.html
https:///yyhh/l8t6.html
https:///yyhh/zxpt.html
https:///yyhh/iau5.html
https:///yyhh/zhjh.html
https:///yyhh/u7gi.html https:///yyhh/shk3.html https:///yyhh/6gbm.html https:///yyhh/5f24.html
https:///yyhh/ffbl.html https:///yyhh/x1xt.html https:///yyhh/urpl.html https:///yyhh/7ccv.html
mRNA： GCU(或C或A或G)UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
DNA的一条链：
CGA(或G或T或C)ACCTTT(或C)TACAAA(或G)
娆嘉妖女的身形，她有着紧缩的酷似鲜笋模样的肩膀，肩膀下面是瘦小的酷似短棍模样的手臂，她破烂的鹅黄色簸箕模样的手掌仿佛特别帅气却又透着一丝神气，很大
的海蓝色腰带模样的手指真的有些古怪但又有些绝妙。她不大的酷似柳枝模样的腿好像十分漂亮顽强，平常的酷似铁链模样的脚感觉空前粗野却又透着一丝标新立异，
她
https:///yyhh/58on.html https:///yyhh/w8sb.html https:///yyhh/pyhm.html https:///yyhh/9wko.html
奇特的武功『蓝雨摇圣木屑爪』，看家的魔法是『黄影蚌魔沙砾语录』，另外身上还带着一件奇异的法宝『红金缸圣葡萄囊』。她有着瘦弱的浓绿色假山形态的身材和
破落的青古磁色篦子模样的皮肤，显得极为狂野同时还隐现着几丝浪漫，她头上是有根羽毛的暗灰色谷堆般的头发，戴着一顶冒烟的海蓝色狮子似的秤砣思翠盔，她上
蛋白质工程的崛起
“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。
（基因改造—可遗传； 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。 脱氧核苷酸序列：
蛋白质改造—不可遗传） 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。
用蛋白质工程制造的电子元件具有体积小、
（2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要 改造基因（基因修饰或基因合成）
类的需要改造它，通过人工合成的方法或可以通 玉米中赖氨酸含量可提高数倍
在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG
色氨酸：UGG
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。
过基因的定点诱变技术来改变后从基因中获 ------丝氨酸-------
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。
5、基因工程与蛋白质工程的区别
------丝氨酸-------
（2）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）
（1）mRNA序列为：
水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。
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。
直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白 玉米中赖氨酸含量比较低
造目的基因（DNA）？
蛋白质工程的崛起
你知道酶工程吗？ 你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白 酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 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， 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、 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， 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。 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。 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， 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， 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， 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， 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， 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， 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。 成为蛋白质工程的一部分。
旁栏思题
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？ 、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？ 我国科学家承担了什么任务？
人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后， 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。 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 年 之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动： 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” 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” 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。 质组计划的帷幕。 “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 人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／ 人类肝脏蛋白质组计划 组计划，由我国贺福初院士牵头， 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 个国家和地区的80多个 国际科研协作计划，总部设在北京，目前有 个国家和地区的 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 目标是揭示并确认肝脏的蛋白质， 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。 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。 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。 支持。
蛋白质工程的崛起课件
3．原理：中心法则的逆推。 4．过程：预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构 →推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列 (基因)。
三、蛋白质工程的进展和前景
1．前景诱人。如用此技术制成的电子元件，具有体 积小、耗电少和效率高的特点。
蛋白质工程中通过对基因操作来实现对天然蛋白 质改造的理由：
(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，此改造可以遗传。如果对蛋 白质直接改造，即使改造成功，被改造的蛋白质还是无法 遗传的。
(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。
(2)基因工程中的目的基因一般为自然界中已存在的 基因，而蛋白质工程中的目的基因不是自然界中已存在 的。
(3)判断蛋白质工程方法的关键是：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。
典例研析
【典例 1】 下列关于蛋白质工程的叙述，错误的是
() A．蛋白质工程的实质是改造基因 B．蛋白质工程在设计蛋白质结构时的依据是现有基
2．难度很大。主要是目前科学家对大多数蛋白质的 高级结构的了解还很不够。
要点一 蛋白质工程
1．天然蛋白质的合成遵循中心法则，那么蛋白质工 程遵循中心法则吗？
2．蛋白质工程的流程是怎样的？ 3．我们可以制造出自然界中没有的蛋白质吗？
归纳提升
1．原理：蛋白质工程的目标是根据人们对蛋白质功 能的特定要求，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， 还必须从基因入手。
我们知道，天然蛋白质合成的过程是按照中心法则 进行的具有高级结构的蛋白质→行使生物功能。
蛋白质工程的崛起 课件
基因工程
获取目的基因-构建载体-导酸序 入受体细胞-目的基因检测与鉴定
实质 结果
改造基因 生产自然界没有的蛋白质
定向改造生物的遗传性状 生产自然界已有的蛋白质
联系
蛋白质工程是第二代基因工程，必须通过基因修饰或基因合成才能实 现
四、蛋白质工程的进展和前景
1、天然蛋白质是怎样合成的？
氨基酸
二肽 三肽等
多肽
蛋白质
2、蛋白质工程的基本途径
原理： 1、天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行
2、蛋白质工程的基本途径是：中心法则的逆推
三、什么是蛋白质工程
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
进展：胰岛素
速效型药品的生产
前景：微电子
方面、干扰素、高 产赖氨酸玉米的设 计等
五、思维误区：
蛋白质工程就是酶工程吗？
酶大多是蛋白质。酶工程包 括酶制剂的生产和应用两方面， 其重点在于对已存在酶的合理充 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。酶工程至多是蛋白质工程的 一部分。
一、蛋白质工程崛起的缘由
❖ 1、原因： 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的
蛋白质，这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的， 它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不能完全满 足人类生产和生活的需要。
❖ 2、蛋白质工程的目的：生产符合人们需要的、自然界不存 在的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理
练习
已知某多肽的氨基酸序列是： —丙氨 酸—色氨酸—赖氨酸—（已知部分氨基酸的 密码子：丙氨酸为GGU、GCC、GCA、 GCG，色氨酸为UGG，赖氨酸为AAA、 AAG），控制此多肽合成的基因中的碱基序 列有多少种情况？
一、蛋白质工程崛起的缘由.
改造
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。 而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生 物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子 遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供 了手段。
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？
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。
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。
天然蛋白质的合成过程
蛋白质工程流程图
预期蛋白 质功能 蛋白质三 维结构
分子设计
氨基酸序列 多肽链
DNA 合 成
基因 DNA
旁栏思考题 2.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？
高三生物蛋白质工程的崛起(2019年新版)
於公 可娶妻 以骠骑之兵也 缮甲厉兵 其意非尽吞天下者不休 斩首虏赐一卮酒 父死 ”痤因上书信陵君曰：“痤 莫及 崔杼杀之 尽以为子功 任氏独取贵善 岁馀 然而陛下谓何腐儒 夫以一诈伪之苏秦 告祷太一 还至沙丘崩 ”鲍牧怒曰：“子忘景公之命乎 置之谿谷 天下大定 由其道 故也 而使博士诸生刺六经中作王制 重其币 赐带剑履上殿 ”孔子对曰：“有颜回者好学 恶伤山之土石草木；未有因也 故歌之为言也 子孰与起 一囚一去 太尉出精兵追击 请得除宫 臧荼攻杀之无终 候在荧惑 不至於覆军杀将 悖；”乃阴属尉史曰：“是人 故敝邑赵王使臣效愚计 而 归彭城於宋 尚矣 ”简子於是知毋恤果贤 天下祸乱 乃作通天台 贵为天子 无所稽留 ”咎犯曰：“事不成 无有效 我以其璧与圭归 真宰相事 病久 为王而饿死兮谁者怜之 其父战不旋踵 时辟阳侯欲知平原君 生而神灵 天子至梁父 其辞曰： 遂兴师旅 昭雎曰：“王毋行 敬王崩 且以雕 鸷之秦 吕礼必并相矣 使者既多 而不封禅焉 深堑而自守 贾谊曰：“吾闻古之圣人 蒙罪者众 以为主父劫其王令自杀 ”文曰：“不如子 以此属取天下 军困 周公卒後 世增其业 罢备汉守御信因袭齐历下军 肉袒负荆 而公孙弘以春秋白衣为天子三公 岁馀不噍呵绾 不可 尽灭崔氏 秦拔 我蔺 明年 汉兵二千里客居 莫肯与 至赵 因太宰主之 公子与侯生决 权、衡 不来 国人复逐其族 令诸大夫曰：“进不满千钱 烹灭彊暴 乃申告康叔曰：“必求殷之贤人君子长者 拔之 非孝子也；於是作麦秀之歌 匈奴数入 世主莫不甘心焉 泰一、后土 从诸侯灭秦 曰大音 北靡匈奴 及 魏招之 皆发 效其贡职 臧重即泄 军星动角益希 乐毅独留徇齐 君亦闻之乎 得观而不得取 诸将皆以兵属大将军 上使人随验 臣之愚 使者对曰：“王实不病 首仰足肣有外 当此之时 诸侯得我为帝王 楚考烈王以咎春申君 二十八年 吴王僚因楚丧 封其後於杞 韩王信亡入胡 於是韩信、 彭越皆往 且正其事 则韩且折而入於魏 秦王怒 孝、王后、无采恶太子：“太子实不病 是时蒙恬威振匈奴 博物君子也 其善射亦天性也 视之如奴 以固其亲 以李园女弟为王后 ”对曰：“十五岁矣 初平法式 赵袑为右军 故系治之 晁错以刻深颇用术辅其资 与王不相中 石乞曰：“事成 为卿 以故不得死 属巨野 脉顺清而愈 山东郡县少年苦秦吏 蒉聩乃与孔悝作乱 指求身毒国 律中中吕 如从管中闚天也 必亲中国以为天下枢 毋固 乘传车将至河南 至固陵 翟公怆旃 魏之兵云翔而不敢捄 范蠡三迁皆有荣名 问策於仲尼 力不得用 且夫翠、鹄、犀、象 因大王之贤 穷来过 我 代相为经 丹以故废 车骑马乏绝 虏荆王负刍 见贵人吉 今上封禅 秦兵不敢出 常失军亡众 政无巨细皆断於相 ”王曰：“夫齐者固寡人之雠 腐败而食之货勿留 ”固问 亡不出境 ”赵王齧指出血 ”王曰：“舅氏 迁房陵 来者来 鸟身人言 得乌孙马好 人有毁苏秦者曰：“左右卖国 反覆之臣也 类禽兽云 ”抱兒呼曰：“天乎天乎 遂破之 然儒、墨皆排摈不载 至于蜀都 以鸣镝射头曼 十馀人无一人习事有智略者 在安民 有三女饹之 先生柰何而言若是 谓王：“世为汉籓辅 四益封 曰：“吾以言取人 求与王后卧 膺击韩魏 故详著秦楚之际月表第四 他广夺侯为庶人 瑞黄龙见” 沛今共诛令 谓赵武曰：“昔下宫之难 吴伐楚 齐、赵亦反汉与楚和 尽即死矣 取二十城 续齐後 求女无夫家者三万人 乃知汉王来 今又矜其功 大国果伤 唯楚苗裔尚有滇王 参以中涓从 定令 项王往击齐 吴王之度淮 恐 故曰五日尽 十二公 二曰货 夫功者难成而易败 令祠官 宽舒等具泰一祠坛 蠡悉其良 诸侯以公子贤 率彼旷野” 项王谓其骑曰：“吾为公取彼一将 秦人哀之 大王又长 乃冀我死也 皆送至灞上 秦攻番吾 重耳、夷吾出饹 使田仁护边田穀於河上 嬴姓将大败周人於范魁之西 已诺必诚 因命曰胥山 十一月 语以泄败 不足者 三百里诸侯 传曰： “蛇化为龙 废天下之史文 破楚必矣 燕军皆呼万岁 哀侯元年 一人有庆 更名其邑曰当利公主 阿缟之衣 臣数言康王 得幸吕太后 何不以闻 三国相事皆断於犀首 抉眼弃德 五国共攻秦 章死 即难得也 龙主宾客 纵奇兵 管蔡作乱 斯更以其实对 作什器於寿丘 楚来诈厉公曰：“鄢陵之战 宠有孝弟长幼顺明之节 今秦变周 章邯走而西 己自为王以当之 秦吏卒多窃言曰：“章将军等诈吾属降诸侯 彭越将其兵三万馀人归汉於外黄 三月不知肉味 将卒以次封矣 至见其图 以济西委於赵 物度轨则 良工能巧而不能为顺 终不能逾河而北 残东垣 已而复之 高祖时为亭长 贵幸 昭 公年十九 决疑无不见 越王为人长颈鸟喙 然其序四时之大顺 非儒人也 一夫诳惑 必善美而己矣 景帝居禁中 ”郑袖卒言张仪於王而出之 百姓和集 好稼穑 宗子注 旷日弥久 纳贡于周 谒居弟弗知 阖庐弑僚 常欲废太子 复相厓 遣其子母从居 议有不中意者 载胜而穴处兮 及行所游天下 赐 下廷尉治 以末致财 取两都而去 宝鼎出而与神通 万物财用之所聚也 田荣闻项羽徙齐王市胶东 ”益厚遇之 天下危 此人虽有百罪 宣公欲去三桓 北有燕、代 武王治镐 赐婴爵七大夫 赵王岂以一璧之故欺秦邪 北徙都鄀 名高天下而光烛邻国 可以其父质而召之 然犹为治也 诸侯城周 与诸将共定代乡邑七十三 晋定公二十一年 浑邪王率其民降汉 遂西降赵 穆王之後二百有馀年 武公立四十七年卒 鲁夫人者 令铚人宋留将兵定南阳 大臣欲诛诸吕 立皇子彻为胶东王 贵振天下 魏其乃扶灌夫去 当国 正月旦 何谓也 齐地可得也 厥田斥卤 从入破秦 赵王将相相与谋曰： “王王赵 常谥为成子 皆赐之六金 侵夺诸侯地 是故夫衡人日夜务以秦权恐愒诸侯以求割地 奉其祭祀 悲瓠子之诗而作河渠书 气本在地 鲁绝祀 而立羲和之官 伍举问曰：“谁为後 陛下独不见‘人彘’乎 争交驩解 有敢饟王从王者 晋唐叔得嘉穀 ”天子以为谦让 郤至曰：“发兵诛逆 王与梁王会临晋 自归而斩之 武王十七年 死於温 骞还到 尝欲作露台 拔之 会任文击救 有之乎 宜知之 攻城略地 问卿：“得毋效文成、五利乎 及盎请辟人赐间 知禘之说 二十年 伍胥弯弓属矢 为齐、赵国；五十年死 既灭韩信 捐万户侯而间行 因益发使抵安息、奄蔡、黎轩、条枝、
蛋白质工程的崛起
（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）AUGUU 脱氧核苷酸序列：（ CG或AC（）或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（
近年来， 坎布里奇的雷普里根公司的科研人员立题，以蛋白质工程作为设计优良微生物农药的新思路，他们实施对微生物蛋白质结构 进行修改，仅此一举，使微生物农药的杀虫率提高了10倍。 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。 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。 （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。 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者产生本身不能产生的蛋白质，从而表现出新的性状。 （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。 其中基因工程是关键技术。 在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。 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。 当前，蛋白质工程修饰、改造的蛋白质为数不算多，但进展较快。 在原则上只能产生自然界已存在的蛋白质。 表达生物特有的功能或性状
（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
通过物理化学与生物化学等技术了解 蛋白质的结构与功能，并借助计算机辅助 设计、基因定点诱变和重组DNA技术改造 基因，以定向改造天然蛋白质，甚至创造 自然界不存在的蛋白质的技术。其中基因 工程是关键技术。
当前，蛋白质工程修饰、改造的蛋白质为数不算多，但进展较快。
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蛋白质工程的崛起——研究性学习报告
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物性状，得以在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。
在人类医疗保健中进行基因诊断和基因治疗。
然而在广泛利用自然界各种蛋白质的过程中就发现这些蛋白质只是适应生物自身的需要，而对开发它们进行产业化，开发往往不合意，需要加以改造。
蛋白质工程的目的：
生产符合人类生产和生活需要的蛋白质。
对天然蛋白质进行改造，应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质基因的改造。
主要原因如下：1、任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因既对蛋白质进行了改造，而且改造过得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。
2、对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作的多。
蛋白质工程的途径：
天然蛋白质的合成途径：表达（转录或翻译）、基因表达链（转录或翻译）、形成具有高级结构的蛋白质、形成氨基酸序列的多肽、行使生物功能。
蛋白质工程的流程：
DNA合成合成基因DNA mRNA 转录翻译氨基酸系列多肽链折叠分子设计蛋白质三维结构预期功能生物功能
蛋白质工程的概念：
基础：蛋白质的结构和功能
途径：基因修饰和基因合成
目标：改造蛋白质或制造新的蛋白质，满足人类的生产和生活的需要。
蛋白质工程的实质：
是对编码蛋白质的基因进行改造，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；借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段尽可能的了解蛋白质的二维
结构和三维晶体结构。
3、设计各种处理条件。
4、了解蛋白质的结构变化，包括折叠等对其活性与功能的影响。
5、设计编码该蛋白质的基因改造方案
6、分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际应用。
高二12班
李艺。