蛋白质工程的崛起.ppt

（异亮氨酸）
一、蛋白质工程崛起的缘由
胰岛素注射到人体后会堆积 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。
如果把胰岛素B链由B28脯氨酸-B29赖氨酸改 为B28赖氨酸-B29脯氨酸就可以避免胰岛素分 子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。
一、蛋白质工程崛起的缘由
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。
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
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）
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。
➢蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸 出来的第二代基因工程，是包含多学科 的综合科技工程领域
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？
（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。
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。
一、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程的实质：将一 种生物的基因转移到另一 种生物体内，使后者产生 本不能产生的蛋白质，进 而表现出新的形状。
一、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程生产出的蛋白质都能在自然界中 找到吗？
基因工程在原则上只能生产自然界已存 在的蛋白质。
它们的结构和功能符合特定物种生存的 需要，就一定符合人类生产和生活的需 要吗？
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？
（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）AUGUUU（或C） 脱氧核苷酸序列： CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）
改造蛋白质？ 就我跟你说， 它长的比我 都复杂，那 不扯呢吗？
做事要找根， 咱们还是从 基因着手！
蛋 白 质 的 一 级 结 构
蛋白质的二级结构
三 级 结 构
血红蛋白质的四级结构
•还是在基因上着手好
天然蛋白质的合成过程
复制
DNA
转录 逆转录
复制
RNA 翻译
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
肽链
折叠 等
表达生物特有 的功能或性状
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。
要想克服这些不足，得 到自然界没有的蛋白质，怎 么 办呢？
改造蛋白质的结构
➢蛋白质工程就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 质改造或制造一种新的蛋白质，满足人 类的生产或生活需要。
不一定
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） 改造 干扰素（丝氨酸）
体外很难保存
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
改造
（352位的苏氨酸）
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
“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。
➢ 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。
➢ “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。
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”。