蛋白质工程的崛起(讲课)要点
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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
2021/2/11
17
３.蛋白质工程流程 :
2021/2/11
18
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
三维结构
折叠
2021/2/11
图1-29蛋白质工程流程图
生物 预期 功能 功能
19
途径:
基因工程育种
2021/2/11
5
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,后者产生它本不能
产的 蛋白，质进而表现 出 新的性状 。
2021/2/11
6
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
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 法或可以通过基因的定点诱变技术来改变 后从基因文库中获取。
2021/2/11
22
基础:
蛋白质的结构和功能
2021/2/11
23
基因会发生突变,突变可以自发，也可以诱发，这是
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。
2021/2/11
9
❖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）
2021/2/11
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”。
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
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。
2021/2/11
21
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)
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）
2021/2/11
20
讨论:某ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
（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。
2021/2/11
13
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
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
10
❖ 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
改造过的蛋白质可以遗传下去。②容 易操作，难度要小得多。
2021/2/11
14
2、原理:
改造基因（基因修饰或基因合成）
2021/2/11
15
复制
DNA
转录 逆转录
复制
RNA 翻译
蛋白质
天然蛋白质的合成遵循中心法则
2021/2/11
16
天然蛋白质的合成过程
DNA 转录
表达生物特有 的功能或性状
RNA 翻译 肽链
的蛋白质。就这样，蛋白质工程应运
而生，并迅速崛起。
2021/2/11
11
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。
2021/2/11
12
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:
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。
2021/2/11
1
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？
基2因021/或2/11蛋白质的功能。
24
2021/2/11
2021/2/11
2
2021/2/11
3
一、蛋白质工程崛起的缘由 二、蛋白质工程的基本原理 三、蛋白质工程的进展和前景
2021/2/11
4
一、蛋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?
研制药物
基因治疗
2021/2/11
7
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。
2021/2/11
8
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。
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
2021/2/11
17
３.蛋白质工程流程 :
2021/2/11
18
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
三维结构
折叠
2021/2/11
图1-29蛋白质工程流程图
生物 预期 功能 功能
19
途径:
基因工程育种
2021/2/11
5
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,后者产生它本不能
产的 蛋白，质进而表现 出 新的性状 。
2021/2/11
6
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
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 法或可以通过基因的定点诱变技术来改变 后从基因文库中获取。
2021/2/11
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基础:
蛋白质的结构和功能
2021/2/11
23
基因会发生突变,突变可以自发，也可以诱发，这是
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。
2021/2/11
9
❖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）
2021/2/11
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”。
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
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。
2021/2/11
21
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)
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）
2021/2/11
20
讨论:某ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
（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。
2021/2/11
13
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
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶 （异亮氨酸）
10
❖ 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
改造过的蛋白质可以遗传下去。②容 易操作，难度要小得多。
2021/2/11
14
2、原理:
改造基因（基因修饰或基因合成）
2021/2/11
15
复制
DNA
转录 逆转录
复制
RNA 翻译
蛋白质
天然蛋白质的合成遵循中心法则
2021/2/11
16
天然蛋白质的合成过程
DNA 转录
表达生物特有 的功能或性状
RNA 翻译 肽链
的蛋白质。就这样，蛋白质工程应运
而生，并迅速崛起。
2021/2/11
11
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。
2021/2/11
12
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:
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。
2021/2/11
1
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？
基2因021/或2/11蛋白质的功能。
24
2021/2/11
2021/2/11
2
2021/2/11
3
一、蛋白质工程崛起的缘由 二、蛋白质工程的基本原理 三、蛋白质工程的进展和前景
2021/2/11
4
一、蛋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?
研制药物
基因治疗
2021/2/11
7
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。
2021/2/11
8
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。