蛋白质工程及其在食品工业中的应用.

3、蛋白质工程产物

是自然界原本不存在的新的蛋白质。
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。
实例2:工业用酶
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。
中心法则：遗传信息由 DNA mRNA 蛋 白质的流动途径。
DNA
复制
补充和完善之处： A ： RNA 作为遗传物质能自 我复 制 ， 并 作 为 mRNA 指导 PRO的合成。 B：RNA能以逆转录的方 式将遗传信息传递给DNA 分子。
转录 逆转录
RNA
蛋白质 翻译
复制
３、蛋白质工程的基本途径
“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。
蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将 不复存在。可是，生物体内存在的天然蛋白质，有 的往往不尽人意，需要进行改造。由于蛋白质是由 许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质 有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨 基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体 密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个 碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一 个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种 蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得 更符合人类的需要。

生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过程 称为转录。根据mRNA链上的遗传信息合成 蛋白质的过程，被称为翻译和表达。1958 年Crick将生物遗传信息的这种传递方式称 为中心法则。
复制：是亲代双链 DNA 按碱基配对原则，准确 形成两个相同核苷酸序列的子代DNA分子的过程。 两条DNA链都可作为复制的模板。 转录：是以一条DNA链为模板，将DNA链上储存 的遗传信息按碱基配对原则准确转换成互补的 mRNA的过程。 翻译：是以mRNA为模板，将mRNA上的遗传信息 转换成蛋白质的氨基酸序列的过程。 中心法则：遗传信息由DNA 蛋白质的流动途径。 mRNA
二、蛋白质工程的基本原理
1、蛋白质工程的目标
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。 2、天然蛋白质的合成过程
DNA（基因）
转录
mRNA
翻译
蛋白质
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
中心法则 （central dogma）
Байду номын сангаас
由神经细胞膜蛋白构成的离子通道，负责神经冲动的 形成和传导。
血红蛋白具有结合和释放氧的能力，是血液中氧、二 氧化碳和氢离子的携带者。 另外，人体的毛发和指甲属于角蛋白，而血栓是由血 纤蛋白单体聚合而成的。
蛋白质的生物学功能
1.催化功能：酶 2.调节功能：激素 3.结构功能：皮、毛、骨、牙、细胞骨架 4.运输功能：血红蛋白 5.免疫功能：免疫球蛋白 6.运动功能：鞭毛、肌肉蛋白 7.储藏功能：酪蛋白 8.生物膜功能：及神经传导等
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。
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。 （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。
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）
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。
第六章
蛋白质工程及其在食品 工业中的应用
概述
蛋白质是对生命至关重要的一类生物 大分子物质，各种生命功能、生命现象、 生命活动都和蛋白质有关。在生命有机 体催化、运动、结构、识别和调节等许 多方面，起着关键的作用。
酶.几乎全都是蛋白质。 肌肉收缩、精子移动、细胞分裂过程中的染色体移动 . 高等生物的有序生长和分化过程。 抗体蛋白能识别和结合特异性的外源物质，使人体具 备抵抗各种细菌、真菌和病毒的能力。
一、蛋白质工程的崛起的缘由
1、基因工程产物 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,却不一定完全符合人类 生产和生活的需要。
实例1：玉米中赖氨酸的含量比较低
原因：赖氨酸合成过程中两个关键酶— —天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶 的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响。当 赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两 种酶的活性。 如果对赖氨酸合成过程中的两个关键酶 进行改造,可以使玉米叶片和种子中的游离 赖氨酸分别提高5倍和2倍。