何谓蛋白质工程？何谓蛋白质工程？ 1983年美国科学家年美国科学家Ulmer首先首先提出蛋白质工程，它是指按照特提出蛋白质工程，它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。自此以后，蛋计和改造的工程。自此以后，蛋白质工程迅速发展，已成为生物白质工程迅速发展，已成为生物工程的重要组成部分工程的重要组成部分。一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由阅读阅读P26. 思考思考:1、基因工程的实质？、基因工程的实质？2、基因工程的不足？、基因工程的不足？一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的应用、基因工程的应用（1）基因工程的实质：）基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物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。质，进而表现出新的性状。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。（2）基因工程的不足：）基因工程的不足： 天然蛋白质是生物在长期进化过程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。类生产和生活的需要。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足例如例如: 在已研究过的几千种酶中，只有极少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，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，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。提高蛋白质的稳定性大多数酶会很快变性失活。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。是工业生产中一个非常重要的课题。满足人类生满足人类生产和生活的产和生活的需要需要例如：例如：改造改造干扰素（半胱氨酸）干扰素（半胱氨酸）体外很难保存体外很难保存干扰素（丝氨酸）干扰素（丝氨酸）体外可以保存半年体外可以保存半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中赖氨酸含量可提高数倍玉米中赖氨酸含量可提高数倍改造改造改造改造 对现有蛋白质进行改造对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质或制造一种新的蛋白质,以满以满足人类生产和生活的需要。足人类生产和生活的需要。3、蛋白质工程的目的、蛋白质工程的目的通过蛋白质工程来改造蛋白质通过蛋白质工程来改造蛋白质思考：思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋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？白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ 应该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改对天然蛋白质改造，主要原因如下：造，主要原因如下：（1 1）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，）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，而且改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过改造过的蛋白质可以遗传下去的蛋白质可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，。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即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。遗传的。（2 2）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容容易操作，难度要小得多易操作，难度要小得多。 二、蛋白质工程的基本原理二、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，对根据人们对蛋白质功能的特定需求，对蛋白蛋白质的结构进行分子设计质的结构进行分子设计。 1、目标：、目标：2、原理：、原理：二、蛋白质工程的基本原理二、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，根据人们对蛋白质功能的特定需求，对对蛋白质的结构进行分子设计蛋白质的结构进行分子设计。 1、目标：、目标：2、原理：、原理：改造基因改造基因（基因修饰或基因合成）（基因修饰或基因合成）逆转录逆转录转录转录DNADNARNARNA翻译翻译蛋白质蛋白质复制复制复制复制天然蛋白质的合成天然蛋白质的合成遵循中心法则遵循中心法则转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠折叠等等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程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遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变预期预期功能功能DNA合成合成分子设计分子设计生物生物功能功能转转录录翻翻译译折折叠叠蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图中心法则中心法则蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的。而蛋白质工程的过程却与之相反。而蛋白质工程的过程却与之相反。. 途径途径:预期的蛋白质功能预期的蛋白质功能设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）（基因）基因基因表达（转录和翻译）表达（转录和翻译）形成氨基酸序列的多肽链形成氨基酸序列的多肽链天然蛋白质的合成途径：天然蛋白质的合成途径：形成具有高级结构的蛋白质形成具有高级结构的蛋白质行使生物功能行使生物功能蛋白质工程的途径：蛋白质工程的途径：预期的蛋白质功能出发预期的蛋白质功能出发设计预期的蛋白质结构设计预期的蛋白质结构推测应有的氨基酸序列推测应有的氨基酸序列找到相应的脱氧核苷酸序列酸找到相应的脱氧核苷酸序列酸4、基础：、基础：蛋白质的结构和功能蛋白质的结构和功能总结：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五、蛋白质工程的进展和前景1.1.进展进展胰岛素速效型药品胰岛素速效型药品 2.2.前景前景制作电子元件制作电子元件3.3.现状现状蛋白质工程目前成功的例子不多蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对蛋白质的原因是对蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。白质还需经过艰辛的探索。应用于微电子方面应用于微电子方面具有具有 、耗电少和、耗电少和 的特点的特点体积小体积小效率高效率高1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（不正确的是（ ）A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测练习检测D2蛋白质工程中蛋白质工程中直接直接需要进行操作的对象是需要进行操作的对象是 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基因结构 3下列关于蛋白质工程的说法下列关于蛋白质工程的说法错误错误的是（）的是（）A蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更加符合人类的需要更加符合人类的需要B蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行操作，定向改变分子的结构行操作，定向改变分子的结构C蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过的的新新型型蛋白质分子蛋白质分子D蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为为第第二二代基因工程代基因工程4 4、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（）蛋蛋白白质质分分子子结结构构设设计计DNA合合成成预预期期蛋蛋白白质功能质功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A B C D5 5、蛋蛋白白质质工工程程是是在在基基因因工工程程基基础础上上，延延伸伸出出来来的的第第二二代代基基因因工工程程，其其结结果果产产生生的的蛋蛋白白质质是（）是（）A氨基酸种类增多氨基酸种类增多 B氨基酸种类减少氨基酸种类减少C仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 D可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质6、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（不正确的是（ ）A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品速效药品B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面程应用于微电子方面C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用大力推广应用D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多成功的例子不多C2.2.基因工程基因工程是遵循中心法则，是遵循中心法则， 从从DNADNAmRNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生折叠产生功能功能，基本上是，基本上是生产生产出出自然界已有的蛋自然界已有的蛋白质白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：蛋白质工程是按照以下思路进行的： 确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的蛋白质应有的高级结构高级结构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应有的碱基排列应有的碱基排列，可以可以创造自然界不存在的蛋白质创造自然界不存在的蛋白质。思考与探究思考与探究 3.3.酶工程酶工程就是指将酶所具有的生物催化就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。门科学技术。 概括地说，酶工程是由概括地说，酶工程是由酶制剂的生酶制剂的生产和应用产和应用两方面组成的。酶工程的应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于主要集中于食品工业、轻工业以及医药食品工业、轻工业以及医药工业工业中。中。