高二生物选修三蛋白质工程的崛起课件演示文稿
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第六页，共27页。
“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。
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。
第七页，共27页。
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 改造与合成的产品。
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。
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。
第二十二页，共27页。
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。
第八页，共27页。
一、蛋白质工程崛起的缘由
例如：
满足人类 生产和生 活的需要
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
改造
改造
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Leabharlann 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
第九页，共27页。
改造
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
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？
第十页，共27页。
通过对基因的操作来实现，因 为基因决定蛋白质的合成。
CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）
第十九页，共27页。
（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从基因库中获取。
第二十页，共27页。
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。
高二生物选修三蛋白质工程的 崛起课件演示文稿
第一页，共27页。
（优选）高二生物选修三蛋白 质工程的崛起课件
第二页，共27页。
专题1 基因工程 课题4 蛋白质工程的崛起
第三页，共27页。
思考
怎样让一种生物的性状在另一种生物中
表达？
杂交育种
在种内可以用常规的杂交育种的办法实现，但 要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就 显得力不从心了,则应采用什么技术？
第二十五页，共27页。
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。
基因工程
第四页，共27页。
生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中 产生的，它的结构和性能不能完全满足人类 生产生活的需要。
例如：干扰素是动物体内的一种蛋白质是一种抗病 毒抗肿瘤的药物，但在体外保存相当困难。于是我 们要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。
第五页，共27页。
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”。
第十四页，共27页。
蛋白质的结构
蛋白质的一级结构
第十五页，共27页。
蛋白质的结构
蛋白质的二级结构
第十六页，共27页。
蛋白质的结构
胰 岛 素 的 三 级 结 构
第十七页，共27页。
蛋白质的结构
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。
第十一页，共27页。
第十二页，共27页。
2、蛋白质工程的原理：基因改造
3、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）
第十三页，共27页。
.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有 什么不同？ 答：基因工程是遵循中心法则， DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本 上是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的： 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→应有的氨基酸序列 →应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的 蛋白质
血红蛋白质的四级结构
第十八页，共27页。
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—……
（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？
mRNA序列为：
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
脱氧核苷酸序列：
第二十三页，共27页。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的， 它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的 发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物 信息学的发展等因素有关
2、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。
第二十四页，共27页。
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。
第二十六页，共27页。
1.关于基因工程和蛋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
第二十七页，共27页。
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
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。
第二十一页，共27页。
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
“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。
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。
第七页，共27页。
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 改造与合成的产品。
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。
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。
第二十二页，共27页。
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。
第八页，共27页。
一、蛋白质工程崛起的缘由
例如：
满足人类 生产和生 活的需要
干扰素（半胱氨酸）
体外很难保存
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶
（352位的苏氨酸）
改造
改造
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Leabharlann 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
第九页，共27页。
改造
二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
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？
第十页，共27页。
通过对基因的操作来实现，因 为基因决定蛋白质的合成。
CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）
第十九页，共27页。
（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从基因库中获取。
第二十页，共27页。
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。
高二生物选修三蛋白质工程的 崛起课件演示文稿
第一页，共27页。
（优选）高二生物选修三蛋白 质工程的崛起课件
第二页，共27页。
专题1 基因工程 课题4 蛋白质工程的崛起
第三页，共27页。
思考
怎样让一种生物的性状在另一种生物中
表达？
杂交育种
在种内可以用常规的杂交育种的办法实现，但 要使有生殖隔离的种间生物实现基因交流，就 显得力不从心了,则应采用什么技术？
第二十五页，共27页。
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。
基因工程
第四页，共27页。
生物产生的天然蛋白质是在长期进化过程中 产生的，它的结构和性能不能完全满足人类 生产生活的需要。
例如：干扰素是动物体内的一种蛋白质是一种抗病 毒抗肿瘤的药物，但在体外保存相当困难。于是我 们要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。
第五页，共27页。
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”。
第十四页，共27页。
蛋白质的结构
蛋白质的一级结构
第十五页，共27页。
蛋白质的结构
蛋白质的二级结构
第十六页，共27页。
蛋白质的结构
胰 岛 素 的 三 级 结 构
第十七页，共27页。
蛋白质的结构
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。
第十一页，共27页。
第十二页，共27页。
2、蛋白质工程的原理：基因改造
3、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）
第十三页，共27页。
.蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有 什么不同？ 答：基因工程是遵循中心法则， DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本 上是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的： 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→应有的氨基酸序列 →应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的 蛋白质
血红蛋白质的四级结构
第十八页，共27页。
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—……
（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？
mRNA序列为：
GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
脱氧核苷酸序列：
第二十三页，共27页。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的， 它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的 发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物 信息学的发展等因素有关
2、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。
第二十四页，共27页。
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。
第二十六页，共27页。
1.关于基因工程和蛋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
第二十七页，共27页。
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
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。
第二十一页，共27页。
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