蛋白质工程的崛起讲课

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）？
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
蛋白质的结构和功能
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基因会发生突变，突变可以自发，也可以诱发，这是 每个稍有生物学知识的人都知道的常识。但在加拿大生物 化学家M·史密斯（1932－2000）发明定点突变法 之前，突
变株的产生必须经由自然界或用化学等方法诱使基因体突 变。这类方法属于 随机突变，突变株必须在生物性状上有 所改变，才能确定有突变发生，但除非用分子生物方法或 遗传方法找到此突变处，否则无法确定突变位置。也就是 说，这种突变是盲目的。而史密斯发明的定点突变法却是 有目的的，该法可经由设计好的寡核苷酸，在任何一个基 因片段上进行随意或设计好的突变 ，也就是说，这种突变 是预先设定好的，所以也有人将该法称为“反遗传法”。
? 延长干扰素的体外保存时间
? 提高玉米中赖氨酸的含量
? 提高工业生产中蛋白质类酶的稳定性
这些在科学研究和工业生产中亟 待解决的难题均无法通过基因工程来 完成。于是新一轮的探索拉开了序幕， 人们开始着眼于对现有蛋白质的改造， 以及制造目前从天然蛋白质中找不到 的蛋白质。就这样， 蛋白质工程 应运 而生，并迅速崛起。
1965年，生物科学界发生了一件 轰动全球的大事！ 人工合成了结晶牛胰岛素，这是第 一个在实验室中用人工方法合成的 蛋白质, 实现了世界上首次人工合成 蛋白质的壮举。
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复习回顾 1、蛋白质的基本结构单位？元素组成？ 2、蛋白质结构多样的原因？ 3、蛋白质有哪些功能？ 4、蛋白质如何合成？涉及哪些细胞器？
三维结构
折叠
图1-29蛋白质工程流程图
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生物 预期 功能 功能
途径:
预期的蛋白质功能
设计预期的蛋白质结构
推测应有的氨基酸序列
找到相对应的脱氧核苷酸序列 （基因）
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讨论： 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 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸： AUG 苯丙氨酸： UUU、UUC
蛋白质
天然蛋白质的合成遵循中心法则
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天然蛋白质的合成过程
转录
DNA
表达生物特有 的功能或性状
翻译
RNA
肽链
折叠 等
具有空间结 构的蛋白质
遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
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３.蛋白质工程流程 :
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分子
基因
DNA合成
设计
氨基酸序
蛋白质
DNA
转录
mRNA 翻译
列多肽链
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。
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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)
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一、蛋白质工程崛起的缘由 二、蛋白质工程的基本原理 三、蛋白质工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
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基因工程的实质：
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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。
这些蛋白质是生物在长期的进 化中形成的，他们的 结构和功能符 合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。
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例如：
?干扰素是由动物体内的效应 T细胞 产生的一种糖蛋白，几乎能抵抗所 有病毒引起的感染。同时，在治疗 癌症方面也有十分可观的疗效。但 是，干扰素在体外保存相当困难。
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 。
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试回顾总结基因工程的丰硕成果
植物方面
提高植物的抗虫、抗病、抗逆性 改良植物的品质
动物方面
提高动物生长速度 改善畜产品的品质 用转基因动物生产药物 用转基因动物作器官移植的供体
研制药物 基因治疗
（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。
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主要原因：①基因编码蛋白质， 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。 ②容易操作，难度要小得多。
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2、原理：
改造基因（基因修饰或基因合成）
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复制
转录
DNA
逆转录
复制 翻译
RNA
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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。
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思考： 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。
有意思的是这一给生命科学研究及应用领域带来革命 性突破的方法竟然是史密斯和其同事在喝咖啡时闲聊出来 的。现在，几乎每个生物实验室都会用定点突变法来研究 基因或蛋白质的功能。 精品PPT
异亮氨酸
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半胱氨酸
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。 蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造
如果将其分子上的一个 半胱氨 酸成变丝氨酸，在-70oC的条件下， 可以保存半年。
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?玉米中赖氨酸的含量比较低。
赖氨酸的合成机理：
天冬氨酸激酶
负反馈调节
二氢吡啶二羧酸合成酶
前体物质
赖氨酸
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
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天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）