选修3专题1第4节蛋白质工程的崛起市公开课一等奖省赛课微课金奖PPT课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.4 蛋白质工程的崛起,1/20,你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家负担了什么任务？,人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域中一项重大科学命题。年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正是提出开启两项重大国际合作行为：一项是有中国科学家牵头执行,“人类肝脏蛋白质组计划”,；另一项是以美国科学家牵头执行,“人类血浆蛋白质组计划”,。,2/20,“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织器官蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划，总部设在北京，当前有16个国家和地域80多个试验室报名参加。它科学,目标是揭示并确认肝脏蛋白质,，,为重大肝病预防,、,诊疗,、,治疗和新药研发突破提供主要科学基础,。,人类蛋白质组计划深入研究将是对蛋白质工程有力推进和理论支持,。,3/20,蛋白质工程就是在对蛋白质化学、晶体学、动力学等结构与功效认识基础上，对蛋白质人工改造与合成产品。,“后基因组时代”将是“蛋白质组课时代”，即从对基因信息研究转向对蛋白质信息研究，包含研究蛋白质结构、功效与应用及蛋白质相互关系和作用。,4/20,一、蛋白质工程崛起缘由,满足人类生产和生活需要,比如：,改造,干扰素（半胱氨酸）,体外极难保留,干扰素（丝氨酸）,体外能够保留六个月,玉米中赖氨酸含量比较低,天冬氨酸激酶,（352位苏氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（104位天冬酰胺）,天冬氨酸激酶,（异亮氨酸）,二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）,玉米中赖氨酸含量可提升数倍,改造,改造,5/20,二、蛋白质工程基本原理,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，还是经过对基因操作来实现？,1、目标：,依据人们对蛋白质功效特定需求，对蛋白质结构进行分子设计。,6/20,蛋白质的结构,蛋白质一级结构,7/20,蛋白质的结构,蛋白质二级结构,8/20,蛋白质的结构,胰岛素三级结构,9/20,蛋白质的结构,血红蛋白质四级结构,血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成亚基和二个由146个氨基酸残基组成亚基按特定接触和排列组成一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子血红素辅基。,10/20,逆转录,转录,DNA,RNA,翻译,肽链,复制,复制,折叠等,含有空间结构蛋白质,表示生物特有功效或性状,天然蛋白质合成过程,遵照中心法则，并需经过高级空间结构转变,11/20,2、蛋白质工程原理：基因改造,3、基本路径：,从预期蛋白质功效出发,设计预期蛋白质结构,推测应有氨基酸序列,找到相对应脱氧核苷酸序列（基因）,12/20,4、概念：,蛋白质工程是指,以蛋白质分子结构规律及其生物功效关系作为基础,，经过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一个新蛋白质，,以满足人类生生产和生活需求,。,蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来,第二代基因工程,。,13/20,蛋白质工程内容主要有两方面：,依据需要设计含有特定氨基酸序列和空间结构蛋白质,而氨基酸排序由基因决定，所以还需要,改造,对应,基因中脱氧核苷酸序列或人工合成,所需要自然界原本,不存在基因片段,，用于蛋白质工程。,14/20,三、蛋白质工程进展和前景,1、,蛋白质工程诞生是有其理论与技术条件，它是伴随,分子生物学,、,晶体学,以及,计算机技术,发展而诞生，与,基因组学,、,蛋白质组学,、,生物信息学,发展等原因相关,2、现实状况：成功例子不多，,主要是因为蛋白质发挥其功效需要依赖于正确空间结构,，,而科学家当前对大多数蛋白质空间结构了解极少,。,15/20,讨论：某多肽链一段氨基酸序列是：,丙氨酸色氨酸赖氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸,（1）怎样得出决定这一段肽链脱氧核苷酸序列？请把对应碱基序列写出来。有多少种？,（2）确定目标基因碱基序列后，怎样才能合成或改造目标基因（DNA）？,16/20,（1）mRNA序列为：,GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）,脱氧核苷酸序列：,CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）,（2）确定目标基因碱基序列后，就能够依据人类需要改造它，经过人工合成方法或从基因库中获取。,17/20,异想天开,能不能依据人类需要蛋白质结构，设计对应基因，导入适当细菌中，让细菌生产人类所需要蛋白质食品呢？,理论上讲能够，但当前还没有真正成功例子。一些报道利用细菌生产人类需要蛋白质往往都是自然界已经存在蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在蛋白质。主要原因是蛋白质高级结构非常复杂，人类对蛋白质高级结构和在生物体内怎样行使功效知之甚少，极难设计出一个崭新而又含有生命功效作用蛋白质，而且一个崭新蛋白质会带来什么危害也是人们所担心。,18/20,蛋白质工程是应怎样需求而崛起？,蛋白质工程崛起主要是工业生产和基础理论研究需要。,而结构生物学对大量蛋白质分子准确立体结构及其复杂生物功效分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学以定点突变为中心基因操作技术为蛋白质工程提供了伎俩。,在已研究过几千种酶中，只有极少数能够应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶即使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反应体系中经常会有酸、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。提升蛋白质稳定性是工业生产中一个非常主要课题。普通来说，提升蛋白质稳定性包含：延长酶半衰期，提升酶热稳定性，延长药用蛋白保留期，抵抗因为主要氨基酸氧化引发活性丧失等。,19/20,你知道酶工程吗？绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区分？,酶工程就是指将酶所含有生物催化作用，借助工程学伎俩，应用于生产、生活、医疗诊疗和环境保护等方面一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂生产和应用两方面组成。酶工程应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。,通常所说酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶功效来设计酶分子结构，然后由酶分子结构来确定对应基因碱基序列等步骤。所以，酶工程重点在于对已存酶合理充分利用，而蛋白质工程重点则在于对已存在蛋白质分子改造。当然，伴随蛋白质工程发展，其结果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程一部分。,20/20,