1.4《蛋白质工程的崛起》课件(新人教版-选修3)概论.ppt

§1.4 蛋白质工程的崛起 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体内表达，常用的育种方法有哪些？ 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生的??????? ，进而表现出? ? 。 基因 蛋白质 新的性状 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 研制药物 基因治疗 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： 例一： 干扰素是由动物体内的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，可以体外保存半年。 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） 例二： 赖氨酸含量 提高多倍 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 （一）原理： 中心法则的逆推 1、操作思路 基因 蛋白质 决定 修饰或合成 设计改造或制造 逆推寻找 2、操作流程 基因 DNA 氨基酸序列 多肽链 蛋白质 三维结构 预期功能 生物功能 mRNA 转录 翻译 折叠 DNA合成 分子设计 （二）概念： 1、蛋白质的功能多样性？ --结构蛋白、催化、调节、免疫、运输 2、结构决定功能，蛋白质的结构多样性的原因？ 氨基酸 肽链（≥1条） 蛋白质 脱水缩合 盘曲、折叠 种类、数目、排序不同 盘曲、折叠后空间结构不同 直接原因 3、蛋白质的结构、功能多样性的根本原因？ 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） （二）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与生物功能的关系作为基础（理论基础），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（工程原理），以满足人类对生产和生活的需求（工程目的）。 前提： 手段： 目的： 了解蛋白质的结构和功能 基因修饰或基因合成 定向改造或制造蛋白质 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。 讨论：某多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 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C） mRNA序列 脱氧核苷酸　序列 GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C) CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 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