資源簡介

(共19張PPT)
第三節 蛋白質工程
能說出蛋白質的概念,概述蛋白質工程的一般過程
能概述蛋白質工程與基因工程的不同
能概述蛋白質工程的設計思路與應用
基因工程是通過對生物A的基因進行改造或重新組合，然后導入生物B的細胞中使其產生新的蛋白質并表達出新性狀，這個蛋白質往往是自然界中已存在的蛋白質，這個蛋白質一定符合人類的生產生活需要嗎？怎樣解決這一問題？
對蛋白質進行定向改造，以滿足人類生產生活需要。
一、蛋白質工程是基因工程的延伸
任務一：閱讀教材110頁的內容，思考以下幾個問題：蛋白質工程的一般過程是怎樣的？蛋白質工程中的關鍵技術是什么？蛋白質工程跟基因工程相比有哪些創新的地方？
蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系為基礎，對編碼該蛋白的基因進行有目的的設計改造，以改造現有蛋白質或制造新的蛋白質。
新蛋白質預期功能
改造或合成
分子設計
轉錄
翻譯
折疊
基因
DNA
新蛋白質新功能
氨基酸序列多肽鏈
蛋白質
三維結構
mRNA
起點：
目的：
終點：
實質：
前提：
蛋白質的預期功能
了解蛋白質結構和功能的關系
獲得大量的改造后的蛋白質
改造基因結構
生產出符合人們生活需要的蛋白質
關鍵技術：基因工程
又稱第二代基因工程
1.蛋白質工程的一般過程
思考：為什么蛋白質工程不是直接改造蛋白質？
①蛋白質的高級結構十分復雜，直接改造難度大；
②蛋白質是由基因編碼的，改造了基因（改造基因需要利用基因工程技術）可以間接改造蛋白質；
③基因可以遺傳，蛋白質無法遺傳。
2.蛋白質工程的實例
實例：提高水蛭素的抗凝血效率
水蛭素第47位天冬酰胺改造成賴氨酸或精氨酸，以此來提高抗凝血效率，可提高4倍。
水蛭素是自然界存在的最強抗凝血物質，在防治心腦血管疾病和抗癌方面等具有特效。
a.以據氨基酸的性質和特點，制造全新蛋白質（到目前還沒有成功的例子）
b.改變蛋白質分子中某一個多肽鏈片段或一個特定的結構域
c.利用基因工程中的定點誘變技術，改造蛋白質分子某活性部位的一個或幾個氨基酸殘基（實踐中運用的最多）
借助計算機構建蛋白質三維結構圖
3.蛋白質工程的類型
定點誘變法的過程示意圖
引物
突變
DNA聚合酶
DNA連接酶
受體細胞
轉錄
突變
歸納總結定點誘變技術
項目 內容
條件 原料
酶
引物
操作方法
結果
適用范圍
特點
4種脫氧核苷酸
DNA聚合酶和DNA連接酶
含突變位點的DNA分子片段
先通過PCR擴增已獲得定點突變的基因，再通過基因工程將突變基因導入受體細胞，經過轉錄和翻譯合成所需的蛋白質
后代中半數為誘變的DNA分子
空間結構完全清楚的蛋白質，進行“小改”
定點誘變有目的性和針對性
①能更充分地利用自然界中存在的蛋白質。
②能在分子水平上對編碼蛋白質的基因進行再設計和改造，進而創造出自然界中不存在的蛋白質。
a.蛋白質工程優勢
b.基因工程的不足
①原則上只能生產自然界中已經存在的蛋白質。
②生產的蛋白質不一定符合人們生產和生活的需要。
4.比較蛋白質工程與基因工程
比較項目 基因工程 蛋白質工程
操作對象 操作水平 區別 原理
過程
實質
結果
應用 現狀 在轉基因動植物、藥物生產等領域 已有廣泛應用 主要集中在對現有蛋白質的改造，
還需不斷地攻堅克難
基因
DNA分子水平
基因重組
中心法則、基因重組
目的基因的篩選與獲取→構建基因表達載體→將目的基因導入受體細胞→目的基因及其表達產物的檢測與鑒定
預期蛋白質功能→設計蛋白質結構→設計對應的氨基酸序列→
改造或合成對應的DNA序列（基因） →基因工程技術合成新的蛋白質
通過基因重組定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生物或產品
通過改造基因定向改造或生產人類所需的新的蛋白質
可生產自然界已有的蛋白質
可生產自然界沒有的蛋白質
聯系：蛋白質工程是在基因工程的基礎上延伸出來的第二代基因工程________________
預期功能
降低胰島素的聚合作用
設計
結構
改變B鏈第20～29位氨基酸組成
改造
新胰島素基因
B28位脯氨酸替換為天冬氨酸或將它與B29位的賴氨酸交換位置
推測序列
轉錄
mRNA
翻譯
多肽鏈
行使功能
速效胰島素類似物
預期結構
折疊等
天然蛋白質易形成二聚體或六聚體
阻礙胰島素從注射部位進入血液，延緩了降血糖作用
二、蛋白質工程的設計思路和應用
實例1. 研發速效胰島素類似物
第3位上的異亮氨酸
半胱氨酸
-s-s-
改造后的T4溶菌酶，可在第3位（異亮氨酸）與第97位（半胱氨酸）之間形成一個新的二硫鍵，使T4溶菌酶獲得了較強的耐熱特征
實例2. 提高蛋白質的熱穩定性
酶的催化活性中心附近有少數關鍵性氨基酸殘基，在很大程度上決定了酶的催化活性。如何改善酶的催化活性呢？
1．轉換氨基酸殘基
應用：將嗜熱芽孢桿菌酪氨酰-tRNA合成酶分子中的一個蘇氨酸殘基改變為丙氨酸或脯氨酸殘基時，酶的活性大幅度提高。
實例3. 改善酶的催化活性
2．刪除末端部分氨基酸序列或某些肽段。
1．思路：通過轉換氨基酸殘基可以消除酶的被抑制特性。
2．應用
枯草芽孢桿菌蛋白酶是一種絲氨酸型蛋白酶，它具有廣譜的蛋白質降解能力。但該酶會因漂白劑的抑制作用而無法用作洗滌添加劑。將該酶分子中第222位的甲硫氨酸殘基轉換成半胱氨酸殘基或丙氨酸殘基，酶的活性將不再受漂白劑的抑制。
實例4. 消除酶的被抑制特性
蛋白質工程
蛋白質工程的一般過程
蛋白質工程的設計思路和應用
1．如圖為蛋白質工程操作的基本思路，下列敘述錯誤的是( 　　)
A．圖中①代表轉錄，②代表翻譯，④代表分子設計，⑤代表DNA合成
B．代表蛋白質工程操作思路的過程是④⑤，代表中心法則內容的是①②
C．蛋白質工程的目的是對基因的結構進行分子設計
D．從圖中可以看出蛋白質工程的基本途徑與中心法則是相反的
C
2.科學家為提高玉米中賴氨酸含量，計劃將天冬氨酸激酶的第352位的蘇氨酸變成異亮氨酸，將二氫吡啶二羧酸合成酶中104位的氨基酸由天冬氨酸變成異亮氨酸，就可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸含量分別提高5倍和2倍。下列對蛋白質的改造，操作正確的是 (　　)
A．直接通過分子水平改造蛋白質
B．直接改造相應的mRNA
C．對相應的基因進行操作
D．重新合成新的基因
C

展開更多......

收起↑