1.4 蛋白质工程的崛起蛋白质工程的崛起复习：1 基因工程的操作步骤。基因工程的操作步骤。2 基因工程产生蛋白质的特点。基因工程产生蛋白质的特点。基因工程在原则上只能生产自然界已经基因工程在原则上只能生产自然界已经存在的蛋白质，这些天然的蛋白质是生物在存在的蛋白质，这些天然的蛋白质是生物在长期的进化过程中形成的，它的结构和功能长期的进化过程中形成的，它的结构和功能符合该物种生存的需要，却不一定完全符合符合该物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。人类生产和生活的需要。一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由实例实例1 1：干扰素：干扰素 细胞因子中的一个家族，以干扰病毒复制而得名。细胞因子中的一个家族，以干扰病毒复制而得名。是一种是一种广谱抗病毒药物，可以治疗癌症和病毒感染。广谱抗病毒药物，可以治疗癌症和病毒感染。天然的干扰素在体外保存相当困难。天然的干扰素在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸半胱氨酸变成丝氨酸，那么，那么在在7070的条件下，可以保存半年的条件下，可以保存半年。天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352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（104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）改造改造改造改造天冬氨酸激酶（异亮氨酸）天冬氨酸激酶（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）实例实例2 2：玉米中赖氨酸的含量比较低：玉米中赖氨酸的含量比较低原因：赖氨酸合成过程中两个关键酶原因：赖氨酸合成过程中两个关键酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响。当赖活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响。当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性。酶的活性。 3 . 在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以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是工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。业生产中一个非常重要的课题。蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产生活的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程二二 蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的基本原理蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图基因基因DNA氨基酸序列氨基酸序列多肽链多肽链蛋白质三蛋白质三维结构维结构预期蛋白预期蛋白质功能质功能分子设计分子设计DNA合合成成对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋白质分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？子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？ （1 1）如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，）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。被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。 （2 2）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，而且改改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过的蛋白质可以遗传下去。造过的蛋白质可以遗传下去。（3 3）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易操作，难度要小得多。容易操作，难度要小得多。旁栏思考题旁栏思考题 蛋白质工程：蛋白质工程：1 不扰乱中心法则。不扰乱中心法则。2 真正去操作的对象是基因。真正去操作的对象是基因。3 目的获得人类所需要的蛋白质。目的获得人类所需要的蛋白质。三三 蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念 是指以蛋白质分子的结构规律及其与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，通过基因修饰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造一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求生活的需求。（第二代基因工程）四、蛋白质工程的进展和前景四、蛋白质工程的进展和前景1 1、科学家通过对胰岛素的改造，已使其成、科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。为速效型药品。2 2、生物和材料科学家正积极探索将蛋白质、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。工程应用于微电子方面。3 3、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, ,原因是原因是对蛋白质的高级结构了解不够对蛋白质的高级结构了解不够。但希望随着但希望随着科学技术的深入发展，它将会给人类带来更科学技术的深入发展，它将会给人类带来更多的福音。多的福音。五五 、蛋白质工程与基因工程的关系、蛋白质工程与基因工程的关系蛋白质工程是在基因工程的基础上蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出，延伸出来的来的第二代基因工程第二代基因工程，是包含多学科的综合，是包含多学科的综合科技工程领域。科技工程领域。基因工程基因工程是通过基因操作把外源基因转入适是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它当的生物体内，并在其中进行表达，它的产的产品是品是该基因编码的该基因编码的天然存在的蛋白质天然存在的蛋白质。蛋白质工程蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。的蛋白质分子。1 1以下关于蛋白质工程的说法正确的是以下关于蛋白质工程的说法正确的是A蛋白质工程以基因工程为基础 B. 蛋白质工程就是蛋白质分子结构中的氨基酸排列顺序重新排列C蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D蛋白质工程只能生产天然的蛋白质练习：A2 2下列关于蛋白质工程的叙述错误的是下列关于蛋白质工程的叙述错误的是（） A 蛋白质工程是基因工程的发展 B 蛋白质工程可产生自然界不存在的蛋白质 C 蛋白质工程可随意设计蛋白质，扰乱中心法则，对生物是有害的 D 蛋白质工程可对蛋白质进行改造，生产珍贵药用蛋白C3 3 关于基因工程和蛋白质工程合成蛋白质关于基因工程和蛋白质工程合成蛋白质的叙述的叙述, ,正确的是（正确的是（ ） A 前者能合成自然界中不存在的蛋白质，而后者不能 B 前者不能合成自然界中不存在的蛋白质，而后者能 C 两者都不能合成自然界中不存在的蛋白质 D 两者都能合成自然界中不存在的蛋白质B4目前已经获得成功的蛋白质工程是( ) A 通过对胰岛素进行改造，使其成为速效药 B 通过蛋白质工程制成电子元件 C 通过蛋白质工程生产赖氨酸含量高的玉米 D 通过蛋白质工程生产体外耐保存的干扰素A5关于蛋白质说法错误的是（） A 蛋白质工程能定向地改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要 B 蛋白质工程在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构 C 蛋白质工程能产生出自然界不曾存在的新型的蛋白质分子 D 蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程B6.蛋白质工程的基本流程是（ ）蛋白质分子结构设计 DNA合成 预期蛋白质功能 据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列A. B.C. D.C