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课件网) 3.4 蛋白质工程的原理和应用 三 级 结 构 一 级 结 构 四 级 结 构 二 级 结 构 1.了解蛋白质工程的概念及蛋白质工程崛起的缘由。 2.简述蛋白质工程的基本原理和过程,培养运用逆向思维分析和解决问题的能力。 3.举例说明蛋白质工程实际的应用。 学习目标： 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。 从社会中来 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 蛋白质工程的概念 对蛋白质分子结构的设计和改造是通过蛋白质工程实现的。 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，通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一种新的蛋白质，以满足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)途径:改造或合成基因。 (5)与基因工程的关系:在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。 (3)操作对象： 基因 (4)目的:改造现有蛋白质,或制造一种新的蛋白质,以满足人类生产和生活的需求。 为什么说蛋白质工程是第二代基因工程 因为对现有蛋白质的改造或制造新的蛋白质，必须通过改造或合成基因实现。 一、蛋白质工程崛起的缘由 2.基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内,后者可以产生它本不能产生的蛋白质,进而表现出新的性状。 1.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,为蛋白质工程的崛起奠定了基础 ①基因工程存在不足：基因工程原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。 3.崛起的缘由 ②天然蛋白质存在不足：天然蛋白质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。 实例：玉米中赖氨酸的含量较低，原因是赖氨酸合成过程中的两种关键酶--天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响较大。赖氨酸达到一定浓度就会抑制这两种酶的活性，赖氨酸含量很难提高 天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺） 玉米中赖氨酸含量比较低 玉米中赖氨酸含量可提高数倍 天冬氨酸激酶 （异亮氨酸） 二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸） 改造 改造 二、蛋白质工程的基本原理 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。 改造基因。原因:①任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了相应基因即对相应蛋白质进行了改造,而且改造的性状可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造的性状还是无法遗传。②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。 思考：对天然蛋白质改造是直接改造蛋白质还是改造控制其合成的基因 为什么 2.实质： 通过改造或合成基因，定向改造现有蛋白质，或制造新的蛋白质 4.蛋白质工程的基本思路 从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列(基因)或合成新的基因→获得所需要的蛋白质。 3.天然蛋白质的合成途径：（遵循中心法则） 基因 表达（转录和翻译） 形成氨基酸序列的多肽 链 形成具有高级结构的蛋白质 行使生物功能 DNA RNA 蛋白质 转录 翻译 逆转录 复制 5.原理： 中心法则的逆推 蛋白质 （三维结构） 预期功能 生物功能 翻译 折叠 行使 转录 设计 推测 改造或合成 mRNA 目的基因 蛋白质工程经常要借助计算机来建立蛋白质的三维结构模 ... ...
