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基因家族改组 DNA改组的不足:从单一基因出发,得到的随机点突变率很低,且有益突变的积累相对缓慢 在自然界中,不同物种同源基因本身就是具有非常丰富的变异,如果加以利用,就可以大大地加速基因在体外的进化速度——基因家族改组(DNA family shuffling) 基因家族改组 S3 蛋白质工程制药实例 蛋白质工程在新药研究中的应用 胰岛素的蛋白质工程研究 蛋白质工程在新药研究中的应用 1、提高药效活性 2、提高靶向性 3、提高稳定性、改善药代动力学特性 4、提高工业生产效率 5、降低蛋白药物引起的免疫反应 6、获得具有新功能的蛋白分子 7、获得特定蛋白的拮抗物或类似物 8、模拟原型蛋白分子结构开发小分子模拟肽类药物 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 1、糖尿病 I型糖尿病: II型糖尿病: 胰岛素抵抗(IR)为主,伴胰岛素相对缺乏;以及胰岛素分泌缺陷,伴IR 由于细胞介导的胰岛B细胞自身免疫性破坏,导致胰岛素绝对缺乏 胰岛素的蛋白质工程研究 闭环系统:自调控 竞争解吸附作用 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 1、糖尿病 中国4000万,全球1.5亿患者 急性并发症: 酮症酸中毒(I,昏迷、死亡) 非酮症高渗性昏迷(II) 低血糖反应(心慌、手抖、饥饿、出冷汗) 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 1、糖尿病 中国4000万,全球1.5亿患者 慢性并发症(可遍及全身各重要器官): 心血管疾病、慢性肾病 视网膜病变、神经病变 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 2、胰岛素 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 2、胰岛素 胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取,100Kg胰腺只能提取4-5g的胰岛素,其产量之低和价格之高可想而知。 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 2、胰岛素 1982年,重组人胰岛素上市 ——第一个基因工程药物! 第一个完成序列测定的蛋白质(1958年) 第一个人工合成的蛋白质(1965年) Sanger 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素是治疗糖尿病的特效药 2、胰岛素 每100L发酵液就能产生5g胰岛素,使其价格降低了30%-50%! 提取4-5g胰岛素需要100Kg胰腺 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素在临床应用时存在的问题 1、在正常生理情况下胰岛素在体内是不断地分泌的,但不能连续不断地注射胰岛素 2、皮下注射胰岛素时,吸收得也很慢,注射后1.5-2小时,体内胰岛素水平还未能达到高峰,这就会导致高血糖;3-5小时之后胰岛素水平仍在继续上升,这又会导致低血糖 胰岛素的蛋白质工程研究 胰岛素在临床应用时存在的问题 3、糖尿病病人一般需要每日四次注射给药 胰岛素的蛋白质工程研究 蛋白质工程技术对胰岛素的改造 1970S初,英国的Hodgkin等、我国的梁栋材等,分别用X-射线晶体衍射法进行了高分辨率的三维结构分析,胰岛素的蛋白质工程研究奠定了基础 04 蛋白质工程制药 S1 蛋白质工程制药概述 S2 蛋白质工程的基本技术 S3 蛋白质工程制药实例 S1 蛋白质工程制药概述 从基因工程药物到蛋白质工程药物 蛋白质工程的诞生、概念 蛋白质工程的基本过程 蛋白质分子设计 基因工程药物?蛋白质工程药物 1982年第一个基因工程药物:重组人胰岛素 重组蛋白存在问题: 1、稳定性差:体内半衰期短 2、药理活性不够强:使用剂量偏大 3、毒副作用大 4、生产工艺复杂 ?蛋白质工程药物 蛋白质工程的诞生 1970S末,Smith等人建立了寡核苷酸点突变改变DNA序列的方法 1982年,一些实验室用此技术来改造蛋白质分子,研究蛋白质的功能 1983年,Ulmer发表了题为“Protein Engineering”的专论 目前已应用于医药领域,并有多种产品上市 已上市的蛋白质工程药物 1、体内半衰期短 2、药理活性不够强 3、毒副作用大 4、生产工艺复杂 蛋白质工程的概念 蛋白质工程(Protein Engineering) (第二代基因工程) 是以蛋白质结构功能关系的知识为基础,通过周密的分子设计以及DNA重组技术,把天然的蛋白质改造成合乎人类需要的新的突变蛋白质(mutein)的一项技术。 蛋白质工程的概念 内涵: 1、从DNA水平改变基因,改造蛋白质 2、一个或多个氨基酸残基 结构域 全新蛋白质 3、有目的地改造,获得期望功能 ——强调分子设计 4、结合DNA重组技术 从不同尺度改造 蛋白质工程的基本过程 蛋白质工程的基本过程 1、分离纯化所需改造的目的蛋白 2、对蛋白进行氨基酸序列测定、X射线晶体衍射分析、核磁共振分析等——结构和功能信息 3、根据结构和功能信息、生物信息学
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