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课件网) 蛋白质工程的原理和应用 【学习目标】 1.概述中心法则与蛋白质工程的关系 2.列表比较基因工程和蛋白质工程的区别与联系 3.举例说明蛋白质工程在生产生活中的应用 目录 02 03 蛋白质工程的基本原理 04 蛋白质工程的应用 蛋白质工程崛起的缘由 01 蛋白质工程的概念及理解 从社会中来 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。 用细菌“画”的画 科学家是怎样对蛋白质分子进行设计和改造的呢？ 科学家解析了多管水母绿色荧光蛋白的晶体结构，并利用计算机进行辅助设计，在此基础上再采用定点突变的技术将绿色荧光蛋白发光基团正下方的第203位的苏氨酸替换为酪氨酸，从而获得了一种新的绿色荧光蛋白的衍生物———黄色荧光蛋白。 01 蛋白质工程的概念及其理解 蛋白质工程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) 操作方法和对象：改造或合成基因。 (3) 目的：改造现有的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。 (4) 地位：在基因工程的基础上,延伸出来的第二代基因工程。 (5) 学科和技术：分子生物学、晶体学和计算机技术。 02 蛋白质工程崛起的缘由 1.基因工程的不足： 基因工程原则上只能生产自然界 已存在的蛋白质(天然蛋白质) 天然蛋白质不一定完全符合 人类生产和生活的需要 需要对天然蛋白进行改造产生 更符合人类需要的蛋白质 实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，使后者可以产生它原本不能产生的蛋白质，进而表现出新性状。 天然蛋白质的结构和功能 符合特定物种生存的需要 蛋白质工程崛起 2.实例：提高玉米赖氨酸含量 赖氨酸合成 调控 达到一定浓度 两种酶的活性 352位的苏氨酸变成异亮氨酸 二氢吡啶二羧酸合成酶 天冬氨酸激酶 + 104位的天冬酰胺变成异亮氨酸 赖氨酸含量 抑制 限制 提高 提高5倍 提高2倍 赖氨酸含量低 对天然酶的改造：玉米中赖氨酸含量较低，经人工设计改造，可使其叶片和种子中游离赖氨酸的含量分别提高5倍和2倍。 03 蛋白质工程的基本原理 1.目标： 3.天然蛋白质合成过程： 2. 实质： 通过改造或合成基因，来改造现有蛋白质或制造新的蛋白质。 基因 形成具有特定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 （转录和翻译） 表达 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 中心法则 蛋白质工程与天然蛋白质合成的过程相反： 从预期蛋白质功能出发→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 学科交叉 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型；要制备蛋白质晶体，然后通过X射线衍射技术，分析晶体的结构；要用到基因的定点突变技术来进行碱基的替换。 定点突变是指通过聚合酶链式反应（PCR）等方法向目的DNA片段（可以是基因组，也可以是质粒）中引入所需变化（通常是表征有利方向的变化），包括碱基的添加、删除、点突变等。定点突变能迅速、高效的提高DNA所表达的目的蛋白的性状及表征，是基因研究工作中一种非常有用的手段。 X衍射技术是用X光透过物质的结晶体，使其在照片底片上衍射出晶体图案的技术。 丙氨酸 苯丙氨酸 色氨酸 谷氨 ... ...
