蛋白质工程
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人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后， 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 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 之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动： 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” 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” 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。 质组计划的帷幕。 “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 人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／ 组计划，由我国贺福初院士牵头， 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 个国家和地区的80多个 国际科研协作计划，总部设在北京，目前有 个国家和地区的 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， 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。 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。 支持。
例如，干扰素是动物体内的一种蛋白质， 例如，干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病 毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。 毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的 一个半胱氨酸变成丝氨酸， 可保存半年。 一个半胱氨酸变成丝氨酸，则在 -70℃ 可保存半年。 玉米中赖氨酸含量比较低， 玉米中赖氨酸含量比较低，原因是赖氨酸浓度达到一定时 会抑制赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二 会抑制赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二 —— 氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。 氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果 位的苏氨酸变成异亮氨酸， 将天冬氨酸的第 352 位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶 位的天冬氨酰变成异亮氨酸， 二羧酸合成酶中 104 位的天冬氨酰变成异亮氨酸，可使玉米 叶片和种子中游离的赖氨酸含量分别提高 5 倍和 2 倍。
第4节 蛋白质工程的崛起 节
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的不足 、 （1）基因工程的实质：将一种生物的 基因 转移到另 ）基因工程的实质： 一种生物体内， 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 性状 。 （2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存 ）基因工程的不足： 在的 蛋白质 。 2、天然蛋白质的不足 、 过程中形成的， 天然蛋白质是生物在长期 进化 过程中形成的， 的需要， 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。 一定完全符合人类生产和生活的需要。 人类生产和生活的需要
推测
蛋白质工程的流程
DNA合成 合成 基因 DNA mRNA 转录 翻译 氨基酸序列 多肽链 折叠 分子设计 蛋白质 三维结构 预期功能 生物功能
蛋白质工程的概念
基础: 基础 蛋白质的结构和功能
途径: 途径 基因修饰或基因合成 目标: 改造或制造新的蛋白质， 目标 改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或 生活的需要
你知道酶工程吗？ 你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白 酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 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 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用， 的手段，应用于生产、生活、 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， 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。 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。 工业、轻工业以及医药工业中。 • 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂， 由酶的功能来设计酶的分子结构， 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， 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， 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， 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， 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。 成为蛋白质工程的一部分。
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（ Ｄ ） ． Ａ．氨基酸结构 Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构 ． C．肽链结构 ． D．基因结构 ． 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
Ｂ）
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更 ．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构， 加符合人类的需要 B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行 ． 操作， 操作，定向改变分子的结构 C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋 ． 白质分子 D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代 ．蛋白质工程与基因工程密不可分， 基因工程
以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ Ａ ） A、蛋白质工程以基因工程为基础 B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
• 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ 蛋白质工程的基本流程正确的是（ ） • ① 蛋白质分子结构设计 ② DNA合成 ③ 预期蛋 蛋白质分子结构设计② 合成③ 合成 白质功能④ 白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序 列 • A．①②③④ B．④②①③ ． ． • C．③①④② D．③④①② ． ．
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 关于生物体内存在的天然蛋白质， 不正确的是（ 不正确的是（ D） A．是生物在长期进化过程中形成的 ． B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 ． C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有 种 ．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 ．
蛋白质工程的实质： 蛋白质工程的实质： 实质 是对编码蛋白质的基因进行改造
活动：对照密码表，至少写出三种决定 活动：对照密码表，
“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 苯丙氨酸— 的脱氧核苷酸序列。 苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。
三、蛋白质工程的进展和前景
1.进展 1.进展 2.前景 2.前景 3.现状 3.现状
二、蛋白质工程的基本原理
对天然蛋白质进行改造， 对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子 进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
1、目标：根据人们对 蛋白质 功能的特定需求， 、目标： 功能的特定需求， 进行分子设计。 对蛋白质的 进行分子设计。 结构 2、原理：改造基因（基因 修饰 或基因 合成 ） 。 、原理：改造基因（ 3、途径： 、途径： 预期蛋白质功能→设计 预期蛋白质功能 设计 预期的蛋白质 →推测应 推测应 序列→找到对应的 序列。 有的 氨基酸 序列 找到对应的 脱氧核苷酸 序列。
蛋白质工程原理
天然蛋白质的合成途径： 天然蛋白质的合成途径： 表达（转录和翻译） 基因 表达（转录和翻译） 链 形成具有高级结构的蛋白质 形成氨基酸序列的多肽 行使生物功能
蛋白质工程的途径： 蛋白质工程的途径： 预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 找到相应的脱氧核苷酸序列酸 应有的氨基酸序列
Ｃ
• 6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出 蛋白质工程是在基因工程基础上， 来的第二代基因工程， 来的第二代基因工程 ， 其结果产生的蛋白质 是（ Ｄ ） • A．氨基酸种类增多 ． • B．氨基酸种类减少 ． • C．仍为天然存在蛋白质 ． • D．可合成天然不存在蛋白质 ．
7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 、关于蛋白质工程的进展和应用， 不正确的是（ 不正确的是（ C ） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 ．科学家通过对胰岛素的改造， 速效药品 B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工 ． 程应用于微电子方面 C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被 ．蛋白质工程技术已经非常成熟， 大力推广应用 D．蛋白质工程来自百度文库一项难度很大的工程，目前 ．蛋白质工程是一项难度很大的工程， 成功的例子不多
1965年 1965年，生物科学界发生了一件轰 动全球的大事！ 动全球的大事！ 人工合成了结晶牛胰岛素， 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, 蛋白质, 实现了世界上首次人工合成 蛋白质的壮举。 蛋白质的壮举。
复习回顾 1、蛋白质的基本结构单位？元素组成？ 、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？ 、蛋白质结构多样的原因？ 3、蛋白质有哪些功能？ 、蛋白质有哪些功能？ 4、蛋白质如何合成？涉及哪些细胞器？ 、蛋白质如何合成？涉及哪些细胞器？
蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极其复杂的 高级结构， 高级结构，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了 解还不够， 解还不够，要设计出更加符合人类需求的蛋白质换需 经过艰辛的探索。 经过艰辛的探索。 胰岛素速效型药品 制作电子元件
你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？ 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？ 我国科学家承担了什么任务？
例如，干扰素是动物体内的一种蛋白质， 例如，干扰素是动物体内的一种蛋白质，可以用于治疗病 毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。 毒的感染和癌症，但在体外保存相当困难。如果将其分子上的 一个半胱氨酸变成丝氨酸， 可保存半年。 一个半胱氨酸变成丝氨酸，则在 -70℃ 可保存半年。 玉米中赖氨酸含量比较低， 玉米中赖氨酸含量比较低，原因是赖氨酸浓度达到一定时 会抑制赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二 会抑制赖氨酸合成过程中的两个关键酶——天冬氨酸激酶和二 —— 氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。 氢吡啶二羧酸合成酶的活性，所以赖氨酸含量很难提高。如果 位的苏氨酸变成异亮氨酸， 将天冬氨酸的第 352 位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶 位的天冬氨酰变成异亮氨酸， 二羧酸合成酶中 104 位的天冬氨酰变成异亮氨酸，可使玉米 叶片和种子中游离的赖氨酸含量分别提高 5 倍和 2 倍。
第4节 蛋白质工程的崛起 节
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的不足 、 （1）基因工程的实质：将一种生物的 基因 转移到另 ）基因工程的实质： 一种生物体内， 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 性状 。 （2）基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存 ）基因工程的不足： 在的 蛋白质 。 2、天然蛋白质的不足 、 过程中形成的， 天然蛋白质是生物在长期 进化 过程中形成的， 的需要， 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。 一定完全符合人类生产和生活的需要。 人类生产和生活的需要
推测
蛋白质工程的流程
DNA合成 合成 基因 DNA mRNA 转录 翻译 氨基酸序列 多肽链 折叠 分子设计 蛋白质 三维结构 预期功能 生物功能
蛋白质工程的概念
基础: 基础 蛋白质的结构和功能
途径: 途径 基因修饰或基因合成 目标: 改造或制造新的蛋白质， 目标 改造或制造新的蛋白质，满足人类的生产或 生活的需要
你知道酶工程吗？ 你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白 酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 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 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用， 的手段，应用于生产、生活、 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， 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。 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。 工业、轻工业以及医药工业中。 • 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过 通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂， 由酶的功能来设计酶的分子结构， 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， 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， 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， 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， 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。 成为蛋白质工程的一部分。
2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是（ Ｄ ） ． Ａ．氨基酸结构 Ａ．氨基酸结构 B．蛋白质空间结构 ． C．肽链结构 ． D．基因结构 ． 3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（ ．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（
Ｂ）
A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更 ．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构， 加符合人类的需要 B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行 ． 操作， 操作，定向改变分子的结构 C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋 ． 白质分子 D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代 ．蛋白质工程与基因工程密不可分， 基因工程
以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（ Ａ ） A、蛋白质工程以基因工程为基础 B、蛋白质工程就是酶工程的延伸 C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造 D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
• 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（ 蛋白质工程的基本流程正确的是（ ） • ① 蛋白质分子结构设计 ② DNA合成 ③ 预期蛋 蛋白质分子结构设计② 合成③ 合成 白质功能④ 白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序 列 • A．①②③④ B．④②①③ ． ． • C．③①④② D．③④①② ． ．
练习检测
1 ．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法 关于生物体内存在的天然蛋白质， 不正确的是（ 不正确的是（ D） A．是生物在长期进化过程中形成的 ． B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要 ． C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有 种 ．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种 D．一定完全符合人类生产和生活的需要 ．
蛋白质工程的实质： 蛋白质工程的实质： 实质 是对编码蛋白质的基因进行改造
活动：对照密码表，至少写出三种决定 活动：对照密码表，
“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸— 苯丙氨酸— 的脱氧核苷酸序列。 苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。
三、蛋白质工程的进展和前景
1.进展 1.进展 2.前景 2.前景 3.现状 3.现状
二、蛋白质工程的基本原理
对天然蛋白质进行改造， 对天然蛋白质进行改造，你认为直接对蛋白质分子 进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 进行操作，还是通过对基因的操作来实现？
1、目标：根据人们对 蛋白质 功能的特定需求， 、目标： 功能的特定需求， 进行分子设计。 对蛋白质的 进行分子设计。 结构 2、原理：改造基因（基因 修饰 或基因 合成 ） 。 、原理：改造基因（ 3、途径： 、途径： 预期蛋白质功能→设计 预期蛋白质功能 设计 预期的蛋白质 →推测应 推测应 序列→找到对应的 序列。 有的 氨基酸 序列 找到对应的 脱氧核苷酸 序列。
蛋白质工程原理
天然蛋白质的合成途径： 天然蛋白质的合成途径： 表达（转录和翻译） 基因 表达（转录和翻译） 链 形成具有高级结构的蛋白质 形成氨基酸序列的多肽 行使生物功能
蛋白质工程的途径： 蛋白质工程的途径： 预期的蛋白质功能出发 设计预期的蛋白质结构 找到相应的脱氧核苷酸序列酸 应有的氨基酸序列
Ｃ
• 6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出 蛋白质工程是在基因工程基础上， 来的第二代基因工程， 来的第二代基因工程 ， 其结果产生的蛋白质 是（ Ｄ ） • A．氨基酸种类增多 ． • B．氨基酸种类减少 ． • C．仍为天然存在蛋白质 ． • D．可合成天然不存在蛋白质 ．
7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法 、关于蛋白质工程的进展和应用， 不正确的是（ 不正确的是（ C ） A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为 ．科学家通过对胰岛素的改造， 速效药品 B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工 ． 程应用于微电子方面 C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被 ．蛋白质工程技术已经非常成熟， 大力推广应用 D．蛋白质工程来自百度文库一项难度很大的工程，目前 ．蛋白质工程是一项难度很大的工程， 成功的例子不多
1965年 1965年，生物科学界发生了一件轰 动全球的大事！ 动全球的大事！ 人工合成了结晶牛胰岛素， 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, 蛋白质, 实现了世界上首次人工合成 蛋白质的壮举。 蛋白质的壮举。
复习回顾 1、蛋白质的基本结构单位？元素组成？ 、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？ 、蛋白质结构多样的原因？ 3、蛋白质有哪些功能？ 、蛋白质有哪些功能？ 4、蛋白质如何合成？涉及哪些细胞器？ 、蛋白质如何合成？涉及哪些细胞器？
蛋白质的功能主要依赖于其正确而又极其复杂的 高级结构， 高级结构，目前科学家对大多数蛋白质的高级结构了 解还不够， 解还不够，要设计出更加符合人类需求的蛋白质换需 经过艰辛的探索。 经过艰辛的探索。 胰岛素速效型药品 制作电子元件
你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？ 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？ 我国科学家承担了什么任务？