14《蛋白质工程的崛起》(新人教-选修3)分析.ppt

1.４《蛋白质工程的崛起》 专题１《基因工程》 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 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？ 基因工程育种 一、蛋白质工程崛起的缘由 基因工程的实质： 将一种生物的???? ????? 转移到另一种生物体内，后者产生它本不能产的??????? ，进而表现出? ? 。 基因 蛋白质 新的性状 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。 基因工程的局限性： 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。 如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，在-70oC的条件下，可以保存半年。 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 二氢吡啶二羧酸合成酶 前体物质 赖氨酸 负反馈调节 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） 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） 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。 目前科学家尝试通过对蛋白质结构的改造，来延长酶的半衰期，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，取得了一定的进展。 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的蛋白质。就这样，蛋白质工程应运而生，并迅速崛起。 二、蛋白质工程的基本原理 1、基因工程的基本原理 中心法则告诉我们遗传信息的流动方向如图 ： 结论： 蛋白质的功能是由蛋白质的_____决定的，蛋白质的结构是由_____________决定的。 结构 DNA（基因） 3、蛋白质工程流程 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 找到相应的脱氧核苷酸序列（基因） 总结：蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的________及其与_______的关系作为基础，通过_______或________，对现有蛋白质进行____，或制造一种_______ ，以满足生产和生活的需求。 结构规律 生物功能 基因修饰 基因合成 改造 新的蛋白质 蛋白质的分子设计，它可以分为三类： 一是小范围改造，就是对已知结构的蛋白质进行少数氨基酸的替换，从而改善蛋白质的性质和功能。 二是对不同来源的蛋白质进行拼接组装，期望转移相应的功能。 三是蛋白质从头设计，就是从氨基酸的排列顺序出发，设计制造出自然界不存在的全新蛋白质，使之具有特定的空间结构和预期功能。 小鼠抗体的制备比较简单，但这种鼠源性的抗体会被人的免疫系统排斥，不能直接用于抗体，嵌合抗体就是保留鼠抗体的可变区，而用人的恒定区替换鼠抗体的恒定区，这种嵌合抗体的抗原性显著下降，而抗体的特异性识别功能没有丧失。目前，已有多种嵌合抗体用于临床治疗。 三、蛋白质工程的进展和前景 1、蛋白质工程的进展： （1）对胰岛素的改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。 （2）对水蛭素的改造 水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽链的正确取向，从而提高抗凝血效率，试管