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1.蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的原理和应用2.蛋白质工程的实际应用
你见过用细菌画画吗?右图是用发出不同颜色荧光的细菌“画的美妙图案。这些细菌能够发出荧光,是因为在它们的体内导入了荧光蛋白的基因。 最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白,科学家通过改造它,获得了黄色荧光蛋白等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用。 那么,科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢?用细菌“画”的画
一、蛋白质工程崛起的缘由1.蛋白质工程的概念 蛋白质工程是指以 及其与 作为基础,通过 或 ,来改造 ,或 蛋白质,以满足 。蛋白质分子的结构规律生物功能的关系改造合成基因现有蛋白质制造一种新的人类生产和生活的需求①基础:蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系;②手段:基因修饰或基因合成;③改造对象:蛋白质的结构,本质上是改造控制该蛋白质合成的基因的结构;④产物:改造的蛋白质、新的蛋白质。
2.基因工程的实质及缺陷(1)实质:基因工程是将一种生物的基因转移到另一种生物体内,使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质,进而表现出新性状。(2)缺陷:原则上,基因工程只能产生自然界中已经存在的蛋白质。蛋白质工程的崛起主要是由于工业生产和基础理论研究的需要。(1)天然蛋白质的缺陷: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)蛋白质工程的目的:生产符合人类生产和生活需要的非天然蛋白质。理论和技术条件:分子生物学、晶体学以及计算机技术的迅猛发展。一、蛋白质工程崛起的缘由
转录DNARNA翻译肽链逆转录复制复制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与性状表达:蛋白质只有具有一定空间结构,才能表达特有性状或具有特定功能血红蛋白的三级结构
细胞内赖氨酸的浓度达到一定浓度两种酶的活性352位的苏氨酸变成异亮氨酸二氢吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶104位的天冬酰胺变成异亮氨酸抑制提高提高限制提高5倍提高2倍【实例】对天然酶的改造一、蛋白质工程崛起的缘由赖氨酸含量
1.蛋白质工程的目标: 根据人们对蛋白质功能的特定需求,对蛋白质的结构进行设计改造。2.改造蛋白质的方法:改造或合成基因二、蛋白质工程的基本原理基因决定蛋白质预期功能生物功能设计推测改造或合成目的基因转录翻译mRNA多肽链行使蛋白质(三维结构)折叠
二、蛋白质工程的基本原理预期功能生物功能分子设计折叠DNA合成翻译转录基因DNA蛋白质结构氨基酸序列mRNA①预期蛋白质功能②设计预期的蛋白质结构③推测应有的氨基酸序列④找到对应的脱氧核苷酸序列⑤合成新基因⑥获得所需要的蛋白质蛋白质工程是在基因工程基础上延伸出来的第二代基因工程。改造后相应基因的表达仍旧需要借助基因工程来实现。逆中心法则,与天然蛋白质合成的过程相反
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。1.对天然的蛋白质进行改造,为什么不是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的?①蛋白质是由基因编码的,改造了基因可以间接改造蛋白质;②蛋白质的高级结构十分复杂,直接改造难度大;③基因可以遗传,蛋白质无法遗传;二、蛋白质工程的基本原理2.某多肽链的一段氨基酸序列是:
二、蛋白质工程的基本原理查密码子表得知:丙氨酸(GCU、GCC、GCA、GCG)、色氨酸(UGG)、赖氨酸(AAA、AAG)、谷氨酸(GAA、GAG)、苯丙氨酸(UUU、UUC)。mRNA序列为:GCU(或C或A或G)UGG AAA(或G)GAA(或G)UUU(或C)DNA序列为:CGA(或G或T或C)ACC TTT(或C)CTT(或C)AAA(或G)GCT(或C或A或G)TGG AAA(或G)GAA(或G)TTT(或C)
二、蛋白质工程的基本原理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。 确定目的基因的碱基序列后,可以人工合成目的基因或从基因文库中获取目的基因。 对基因的改造经常会用到基因定点突变技术来进行碱基的替换、增添等。拓展延伸:根据改造蛋白质的部位的多少,对蛋白质改造可分三类:(1)大改:设计并制造出自然界中不存在的全新蛋白质(2)中改:在蛋白质分子中替换某一个肽段或某一个特定的结构域。(3)
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