14蛋白质工程的崛起(公开课)分析.ppt

知识回顾 基因工程的操作步骤？ 思考： 基因工程产生的蛋白质是否完全 符合人类生产和生活的需要？ “中心法则”的内容是什么？ 为什么要进行蛋白质工程? 一、蛋白质工程崛起的缘由 自然界的蛋白质只是适应生物自身的需要，但不一定完全符合人类生产和生活需要，所以需要加以改造。 一、蛋白质工程崛起的缘由 （1）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，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。 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。 2、天然蛋白质的不足 3、蛋白质工程的目的 生产符合人类生产和生活的需要的蛋白质。 满足人类生产和生活的需要 例如： 改造 干扰素（半胱氨酸） 体外很难保存 干扰素（丝氨酸） 体外可以保存半年 玉米中赖氨酸含量比较低 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） 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸） 玉米中赖氨酸含量可提高数倍 改造 改造 二、蛋白质工程的基本原理 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。 1、目标： 2、原理： （原理：基因修饰和基因合成） 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，而且改造过的基因可以遗传下去。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。 二、蛋白质工程的基本原理 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。 1、目标： 2、原理： 改造基因（基因修饰或基因合成） 逆转录 转录 DNA RNA 翻译 蛋白质 复制 复制 天然蛋白质的合成遵循中心法则 转录 DNA RNA 翻译 肽链 折叠等 具有空间结构的蛋白质 表达生物特有的功能或性状 天然蛋白质的合成过程 遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变 蛋白质 三维结构 氨基酸序 列多肽链 基因 DNA 预期功能 DNA合成 分子设计 mRNA 生物功能 转录 翻译 折叠 图1-29蛋白质工程流程图 ３. 蛋白质工程流程图: 讨 论 某多肽链的一段氨基酸系列是：…….. —丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—…….. 答：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从基因库中获取。 （1）怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸系列？请把相应的碱基系列写出来。 （2）确定目的基因的碱基系列后，怎样才能合成或改造目的基因？ 蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。 蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二基因工程。 蛋白质工程的实质是对编码蛋白质的基因进行改造。 蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同？ 答：基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。 蛋白质工程是按照以下思路进行的： 确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。 注意：蛋白质工程的原理应该是中心法则的逆推。 项目 基因工程 蛋白质工程 操作起点 操作核心 过程 目标 结果 联系 目的基因 预期的蛋白质功能 基因表达载体 基因 获取目的基因→ 构建表达载体→ 导入受体细胞→ 目的基因的检测与表达 预期蛋白质功能→ 设计蛋白质结构→ 推测氨基酸序列→ 推测核苷酸序列→ 合成DNA →表达出蛋白质 定向改造生物的遗传特性，获得人类所需的生物类型或生物产品 定向改造或生产人类所需的蛋白质 生产自然界中已有的蛋白质 蛋白质工程是在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过基因的修饰或基因的合成。 生产自然界没有的蛋白质 异想天开 能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？ 理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要