《蛋白質(zhì)工程的崛起》課件1

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1、19651965年，生物科學(xué)界發(fā)生了一件轟年，生物科學(xué)界發(fā)生了一件轟動(dòng)全球的大事！動(dòng)全球的大事！人工合成了結(jié)晶牛胰島素，這是第人工合成了結(jié)晶牛胰島素，這是第一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室中用人工方法合成的一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室中用人工方法合成的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì), , 實(shí)現(xiàn)了世界上首次人工合成實(shí)現(xiàn)了世界上首次人工合成蛋白質(zhì)的壯舉。蛋白質(zhì)的壯舉。蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程復(fù)習(xí)回顧復(fù)習(xí)回顧1、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位？元素組成？、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位？元素組成？2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣的原因？、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣的原因？3、蛋白質(zhì)有哪些功能？、蛋白質(zhì)有哪些功能？4、蛋白質(zhì)如何合成？涉及哪些細(xì)胞器？、蛋白質(zhì)如何合成？涉及哪些細(xì)胞器？5、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)

2、、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新6、7蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素的三級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子血紅蛋白分子就是由二個(gè)由就是由二個(gè)由141個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基組成的基組成的亞基亞基和二個(gè)由和二個(gè)由146個(gè)個(gè)氨基酸殘基組氨基酸殘基組成的成的亞基按特亞基按特定的接觸和排定的接觸和排列組成的一個(gè)列組成的一個(gè)球狀蛋白質(zhì)分球狀蛋白質(zhì)分子，每個(gè)亞基子，每個(gè)亞基中各有一個(gè)含中各有一個(gè)含亞鐵離子的血亞鐵離子的血紅素輔基。紅素輔基。 旁欄思考題旁欄思考題 你知道人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？你知道人類蛋白質(zhì)組

3、計(jì)劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？我國科學(xué)家承擔(dān)了什么任務(wù)？ 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃是繼人類基因組計(jì)劃之后，之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域一項(xiàng)重大一項(xiàng)重大的科學(xué)命題。的科學(xué)命題。20012001年，國際人類蛋白質(zhì)組組年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動(dòng)了織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動(dòng)了兩項(xiàng)重大國際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是兩項(xiàng)重大國際合作行動(dòng)：一項(xiàng)是由中國科學(xué)由中國科學(xué)家牽頭家牽頭執(zhí)行的執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”；另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的另一項(xiàng)是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“

4、人類血人類血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的帷幕。組計(jì)劃的帷幕。 “人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃人類肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”是國際上是國際上第一個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，第一個(gè)人類組織器官的蛋白質(zhì)組計(jì)劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計(jì)劃，總第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計(jì)劃，總部設(shè)在部設(shè)在北京北京，目前有，目前有16個(gè)國家和地區(qū)的個(gè)國家和地區(qū)的80多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭多個(gè)實(shí)驗(yàn)室報(bào)名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝

5、病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科學(xué)基礎(chǔ)?？茖W(xué)基礎(chǔ)。 人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋人類蛋白質(zhì)組計(jì)劃的深入研究將是對(duì)蛋白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持。白質(zhì)工程的有力推動(dòng)和理論支持?；顒?dòng)活動(dòng)1、描述基因工程的操作步驟。、描述基因工程的操作步驟。目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因的獲取、基因表達(dá)載體的構(gòu)建、將目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與目的基因?qū)胧荏w細(xì)胞、目的基因的檢測與鑒定。鑒定。2、討論基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的特點(diǎn)。、討論基因工程產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的特點(diǎn)?；蚬こ淘谠瓌t上只能生產(chǎn)自然界已存在的蛋白質(zhì)?；蚬こ淘谠瓌t上只能生產(chǎn)自然

6、界已存在的蛋白質(zhì)?；蚬こ痰膶?shí)質(zhì)：基因工程的實(shí)質(zhì)： 將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，后者可以另一種生物體內(nèi)，后者可以產(chǎn)生它本來不能產(chǎn)生的蛋白產(chǎn)生它本來不能產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。質(zhì)，進(jìn)而表現(xiàn)出新的性狀。干擾素干擾素利用大腸桿菌及酵母菌生產(chǎn)干擾素利用大腸桿菌及酵母菌生產(chǎn)干擾素 生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進(jìn)化過程生物產(chǎn)生的天然蛋白質(zhì)是在長期進(jìn)化過程中產(chǎn)生的，它的結(jié)構(gòu)和性能不能完全滿足中產(chǎn)生的，它的結(jié)構(gòu)和性能不能完全滿足人類生產(chǎn)生活的需要。人類生產(chǎn)生活的需要。例如：干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)是一種抗例如：干擾素是動(dòng)物體內(nèi)的一種蛋白質(zhì)是一種抗病毒抗腫瘤的藥物，

7、但在體外保存相當(dāng)困難。于病毒抗腫瘤的藥物，但在體外保存相當(dāng)困難。于是我們要對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前是我們要對(duì)現(xiàn)有的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，制造出目前從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們由開從天然蛋白質(zhì)中找不到的蛋白質(zhì)。這樣人們由開始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。始了新一輪的探索，蛋白質(zhì)工程應(yīng)運(yùn)而生了。 一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由滿足人類滿足人類生產(chǎn)和生生產(chǎn)和生活的需要活的需要例如：例如：改造改造干擾素（半胱氨酸）干擾素（半胱氨酸）體外很難保存體外很難保存干擾素（絲氨酸）干擾素（絲氨酸）體外可以保存半年體外可以保存半年玉米中賴氨酸含量比較低玉米中賴氨酸含量比較低

8、天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的蘇氨酸）位的蘇氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶（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（異亮氨酸）（異亮氨酸）二氫吡啶二羧酸合成酶二氫吡啶二羧酸合成酶（異亮氨酸）（異亮氨酸）玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍改造改造改造改造蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人蛋白質(zhì)工程就是為了生產(chǎn)出符合人類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是類生產(chǎn)和生活需要的蛋白質(zhì)，甚至是自然界不存在的蛋白質(zhì)。自然界不存在的蛋白質(zhì)。1、基因工程的應(yīng)用、基因工程的應(yīng)用（1）基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的）基因工程的實(shí)質(zhì)：將一種生物的 轉(zhuǎn)移到另

9、轉(zhuǎn)移到另一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的一種生物體內(nèi)，使后者產(chǎn)生本不能產(chǎn)生的 ，進(jìn)而表現(xiàn)出新的進(jìn)而表現(xiàn)出新的 。（2）基因工程的不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存）基因工程的不足：在原則上只能生產(chǎn)自然界已存在的在的 。2、天然蛋白質(zhì)的不足、天然蛋白質(zhì)的不足 天然蛋白質(zhì)是生物在長期天然蛋白質(zhì)是生物在長期 過程中形成的，過程中形成的，它們的它們的 符合特定物種符合特定物種 的需要，卻不的需要，卻不一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。一定完全符合人類生產(chǎn)和生活的需要。3、蛋白質(zhì)工程的目的、蛋白質(zhì)工程的目的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的生產(chǎn)符合人類生產(chǎn)和生活的需要的 。一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由一、蛋白

10、質(zhì)工程崛起的緣由基因基因蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)性狀性狀蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)進(jìn)化進(jìn)化結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)和功能生存生存蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì)、目標(biāo)：根據(jù)人們對(duì) 功能的特定需功能的特定需 求，對(duì)蛋白質(zhì)的求，對(duì)蛋白質(zhì)的 進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。2、原理：改造基因（基因、原理：改造基因（基因 或基因或基因 ） 。3、流程：、流程： 預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 推測應(yīng)推測應(yīng)有的有的 序列序列找到對(duì)應(yīng)的找到對(duì)應(yīng)的 序列。序列。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)修飾修飾合成合成預(yù)期的蛋白質(zhì)預(yù)期的蛋白質(zhì) 氨基酸氨基酸脫氧核苷酸脫氧核苷酸二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的

11、基本原理 對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？操作來實(shí)現(xiàn)？1、目標(biāo)：、目標(biāo)： 根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋根據(jù)人們對(duì)蛋白質(zhì)功能的特定需求，對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)。2.對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對(duì)蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？分子進(jìn)行操作，還是通過對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)？答：毫無疑問應(yīng)該從對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋答：毫無疑問應(yīng)該從對(duì)基因的操作來實(shí)現(xiàn)對(duì)天然蛋白質(zhì)改造，主要

12、原因如下：白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白了基因即對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改質(zhì)可以遺傳下去。如果對(duì)蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操）對(duì)基因進(jìn)行改造比對(duì)蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。作，難度要小得多。旁欄思考題旁欄思考題 由于基因決定蛋白質(zhì)，要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)由于基因決定蛋白質(zhì)，要對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

13、進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，必須進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，必須從基因入手從基因入手。 原理：改造基因原理：改造基因2、原理、原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理二、蛋白質(zhì)工程的基本原理、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)、蛋白質(zhì)工程的目標(biāo) P263、蛋白質(zhì)工程流程圖：、蛋白質(zhì)工程流程圖：P272、 原理：基因改造原理：基因改造蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)氨基酸序列氨基酸序列多肽鏈多肽鏈基因基因DNA預(yù)期預(yù)期功能功能DNA合成合成分子設(shè)計(jì)分子設(shè)計(jì)mRNA生物生物功能功能轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯中心法則？中心法則？P27討討 論論折疊折疊4、蛋白質(zhì)工程概念：、蛋白質(zhì)工程概念：P27討討 論論答答：（：（1）每種氨基酸都有對(duì)應(yīng)的三聯(lián)密碼子，只要查）每種氨基酸

14、都有對(duì)應(yīng)的三聯(lián)密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個(gè)氨基酸是由多個(gè)三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起酸是由多個(gè)三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復(fù)雜，至少可以排列出來就比較復(fù)雜，至少可以排列出16種種，可以根據(jù)學(xué)過，可以根據(jù)學(xué)過的排列組合知識(shí)自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密的排列組合知識(shí)自己排列一下。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出碼子推出mRNA序列為序列為GCU（或（或C或或A或或G）UGGAAA（或（或G）AUGUUU（或（或C

15、），再根據(jù)堿基互），再根據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：補(bǔ)配對(duì)規(guī)律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或（或G或或T或或C）ACCTTT（或（或C）TACAAA（或（或G）。）。（2）確定目的基因的堿基序列后，就可以根）確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取?；驈幕驇熘蝎@取。蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程的概念v蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)工程是指以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律及其生物功能的關(guān)系功能的關(guān)系作為基礎(chǔ)，通過作為基礎(chǔ)，通過基因修飾或基因合成基因修飾或基因合成，對(duì)對(duì)現(xiàn)有現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，

16、或制造一種蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，或制造一種新新的蛋白質(zhì)，的蛋白質(zhì)，以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。以滿足人類的生產(chǎn)和生活的需求。 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第第二基因工程。二基因工程。蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造。蛋白質(zhì)工程的實(shí)質(zhì)是對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造。蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因蛋白質(zhì)工程操作程序的基本思路與基因工程有什么不同？工程有什么不同？答：答：基因工程是遵循基因工程是遵循中心法則中心法則，從從DNAmRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)生功能折疊產(chǎn)生功能，基本上基本上是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白質(zhì)。是生產(chǎn)出自然界已有的蛋白

17、質(zhì)。 蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：蛋白質(zhì)工程是按照以下思路進(jìn)行的：確定蛋白質(zhì)的功能確定蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)應(yīng)有的高級(jí)結(jié)構(gòu)蛋蛋白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)白質(zhì)應(yīng)具備的折疊狀態(tài)應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)有的氨基酸序列應(yīng)應(yīng)有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。有的堿基排列，可以創(chuàng)造自然界不存在的蛋白質(zhì)。 注意：蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心注意：蛋白質(zhì)工程的原理應(yīng)該是中心法則的逆推。法則的逆推。項(xiàng)目項(xiàng)目基因工程基因工程蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程操作起點(diǎn)操作起點(diǎn)操作核心操作核心過程過程目標(biāo)目標(biāo)結(jié)果結(jié)果聯(lián)系聯(lián)系目的基因目的基因預(yù)期的蛋白質(zhì)功能預(yù)期的蛋白質(zhì)功能基因表達(dá)載體基因表達(dá)載體基因基因獲取目的基因

18、獲取目的基因構(gòu)建表達(dá)載體構(gòu)建表達(dá)載體導(dǎo)入受體細(xì)胞導(dǎo)入受體細(xì)胞目的基因的檢測與表達(dá)目的基因的檢測與表達(dá)預(yù)期蛋白質(zhì)功能預(yù)期蛋白質(zhì)功能設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測氨基酸序列推測氨基酸序列推測核苷酸序列推測核苷酸序列合成合成DNA 表達(dá)出蛋白質(zhì)表達(dá)出蛋白質(zhì)定向改造生物的遺傳特定向改造生物的遺傳特性，獲得人類所需的生性，獲得人類所需的生物類型或生物產(chǎn)品物類型或生物產(chǎn)品定向改造或生產(chǎn)人類所定向改造或生產(chǎn)人類所需的蛋白質(zhì)需的蛋白質(zhì)生產(chǎn)自然界中已有的蛋生產(chǎn)自然界中已有的蛋白質(zhì)白質(zhì)蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上,延伸出來的第延伸出來的第二代基因工程。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造

19、二代基因工程。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)的改造或制造新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。新的蛋白質(zhì)，必須通過基因的修飾或基因的合成。生產(chǎn)自然界沒有的蛋生產(chǎn)自然界沒有的蛋白質(zhì)白質(zhì)（一）蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容（一）蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面：一是根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)；二是確定蛋白質(zhì)的化學(xué)組成及構(gòu)的蛋白質(zhì)；二是確定蛋白質(zhì)的化學(xué)組成及空間結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系?？臻g結(jié)構(gòu)與生物功能之間的關(guān)系。 實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)的結(jié)實(shí)施蛋白質(zhì)工程的前提條件是了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系。構(gòu)

20、和功能的關(guān)系。（1 1）從生物體中分離純化目的蛋白；）從生物體中分離純化目的蛋白；（2 2）測定其氨基酸序列；）測定其氨基酸序列；（3 3）借助核磁共振和）借助核磁共振和X X射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋射線晶體衍射等手段，盡可能地了解蛋白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu)白質(zhì)的二維重組和三維晶體結(jié)構(gòu); ;（4 4）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋）設(shè)計(jì)各種處理?xiàng)l件，了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化，包括折疊與去折疊等對(duì)其活性與功能的影響；疊等對(duì)其活性與功能的影響；（5 5）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造）設(shè)計(jì)編碼該蛋白的基因改造方案，如方案，如點(diǎn)突變點(diǎn)突變；（6 6）分離、純化新蛋白，功能

21、檢）分離、純化新蛋白，功能檢測后投入實(shí)際使用。測后投入實(shí)際使用。（三）蛋白質(zhì)改造工程舉例（三）蛋白質(zhì)改造工程舉例1水蛭素改造水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特異抑制劑，它有多種變異體，由多種變異體，由65或或66個(gè)氨基酸殘基組成。水蛭素在個(gè)氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水素活性，在綜合各變異體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出改造水蛭素主要變異體蛭素主要變異體HV2的設(shè)計(jì)方案，將的設(shè)計(jì)方案，將47位的位的Asn（天冬（天

22、冬酰胺）變成酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第（賴氨酸），使其與分子內(nèi)第4或第或第5位位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正端肽段的正確取向，從而提高凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高確取向，從而提高凝血效率，試管試驗(yàn)活性提高4倍，倍，在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果，提高在動(dòng)物模型上檢驗(yàn)抗血栓形成的效果，提高20倍。倍。2生長激素改造生長激素改造生長激素通過對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體生長激素通過對(duì)它特異受體的作用促進(jìn)細(xì)胞和機(jī)體的生長發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長激素受體，還的生長發(fā)育，然而它不僅可以結(jié)合生長激素受體，還可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)

23、胞的催乳激素受體，引發(fā)可以結(jié)合許多種不同類型細(xì)胞的催乳激素受體，引發(fā)其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人其他生理過程。在治療過程中為減少副作用，需使人的重組生長激素只與生長激素受體結(jié)合，盡可能減少的重組生長激素只與生長激素受體結(jié)合，盡可能減少與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合與其他激素受體的結(jié)合。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，二者受體結(jié)合區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造區(qū)有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結(jié)合需加以區(qū)別。由于人的生長激素和催乳激素受體結(jié)合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結(jié)合則無需要鋅離子參與作用，而它與生

24、長激素受體結(jié)合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸鋅離子參與，于是考慮取代充當(dāng)鋅離子配基的氨基酸側(cè)鏈，如第側(cè)鏈，如第18和第和第21位位His（組氨酸）和第（組氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作（谷氨酸）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)先設(shè)想一致，但要開發(fā)作為臨床用藥還有大量的工作要做。為臨床用藥還有大量的工作要做。3胰島素改造胰島素改造天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，天然胰島素制劑在儲(chǔ)存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血延緩胰島素從注射部位進(jìn)入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素糖作用，也增

25、加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基氨基酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，酸殘基結(jié)構(gòu)所致。利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。胰島素已通過臨床實(shí)驗(yàn)。異想天開異想天開能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的基因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋因，導(dǎo)入合適的細(xì)菌中，讓細(xì)菌生產(chǎn)人類所需要的蛋白質(zhì)食品呢？白質(zhì)食品呢？理論講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一理論講可以，但目前還沒有真正成功的例子。一些報(bào)道利用細(xì)菌生

26、產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是些報(bào)道利用細(xì)菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)自然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計(jì)出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)出來而自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)的高級(jí)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，人類對(duì)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)和在生物體內(nèi)如何行使功能知之甚少，很難設(shè)計(jì)出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而出一個(gè)嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來什么危害也是人們所且一個(gè)嶄新的蛋白質(zhì)會(huì)帶來什么危害也是人們所擔(dān)心的。擔(dān)心的。4治癌酶的改

27、造治癌酶的改造 癌癥的基因治療分二個(gè)方面：藥物作用于癌細(xì)胞，癌癥的基因治療分二個(gè)方面：藥物作用于癌細(xì)胞，特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞；藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化特異性地抑制或殺死癌細(xì)胞；藥物保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)藥物的侵害，可以提高化學(xué)治療的劑量。皰疹病毒學(xué)藥物的侵害，可以提高化學(xué)治療的劑量。皰疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它）可以催化胸腺嘧啶和其它結(jié)構(gòu)類似物磷酸化而使這些堿基結(jié)構(gòu)類似物磷酸化而使這些堿基3-OH缺乏缺乏,從而阻斷從而阻斷DNA的合成，殺死癌細(xì)胞。的合成，殺死癌細(xì)胞。HSVTK催化能力可以通過催化能力可以通過基因突變來提高。從大量的隨機(jī)突變中進(jìn)行

28、篩選出一種基因突變來提高。從大量的隨機(jī)突變中進(jìn)行篩選出一種酶酶,在酶活性部位附近有在酶活性部位附近有6個(gè)氨基酸被替換，催化能力個(gè)氨基酸被替換，催化能力20倍以上。倍以上。蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹蛋白質(zhì)工程的發(fā)展很快，研究工作很多，以上僅介紹了幾個(gè)例子。蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)了幾個(gè)例子。蛋白質(zhì)工程除了用于改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計(jì)制造新的蛋白質(zhì)外，其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能計(jì)制造新的蛋白質(zhì)外，其本身還是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的一種強(qiáng)有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作的一種強(qiáng)有力的工具，它在解決生物理論方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并論。用，可以和任何重大的生物研究方法相提并論。三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景三、蛋白質(zhì)工程的進(jìn)展和前景1、前景誘人：如用此技術(shù)制成的、前景誘人：如用此技術(shù)制成的 ，具有具有 、耗電少和、耗電少和 的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。2、難度很大：主要是目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋、難度很大：主要是目前科學(xué)家對(duì)大多數(shù)蛋白質(zhì)的白質(zhì)的 的了解還很不夠。的了解還很不夠。電子元件電子元件體積小體積小效率高效率高高級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)