(
课件网) 基因工程及其延伸技术应用广泛 目录 01 蛋白质工程的概述 02 蛋白质工程的发展 03 蛋白质工程的基本原理 04 蛋白质工程的应用 【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 01 蛋白质工程的概述 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。 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。 (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 蛋白质工程的发展 运用基因工程技术将外源目的基因导入受体细胞后，目的基因的表达结果有时并不理想，合成的蛋白质不能很好地行使功能，无法满足人们的需求。这是因为蛋白质的结构与功能是进化的结果，与特定的物种相适应。 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 科学家将人体内的抗病毒糖蛋白β-干扰素cDNA导入大肠杆菌中并进行表达，尽管获得了大量的蛋白质，但多数蛋白质形成了二聚体，总体抗病毒活性只有天然蛋白的10%。这是因为β-干扰素在第17、31、141位上有3个半胱氨酸，第31位和第141位的半胱氨酸形成了二硫键，剩下的第17位半胱氨酸则容易与另外一个干扰素分子的半胱氨酸形成二硫键。而在人体内，由于有其他的分子辅助，β-干扰素不会形成二聚体。因为改变蛋白质中的氨基酸序列可改变蛋白质的结构，进而改变其功能，因此，替换掉第17位的半胱氨酸成为研究的目标。 实例 20 世纪 60 年代，“中心法则”揭示出生物大分子间遗传信息遵循的规律，科学家意识到有可能在基因层面对蛋白质的氨基酸序列进行精确调控，即通过设计和改造编码蛋白质的基因，从而改变氨基酸序列，最终获得特定功能的蛋白质。 在干扰素的研究中，科学家通过基因工程技术将 β-干扰素第 17 位半胱氨酸密码子对应的 cDNA 改为了丝氨酸密码子对应的 cDNA，表达出的蛋白质不再形成二聚体，活性与天然蛋白相似而且稳定性更高。 蛋白质工程的诞生 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 物理、化学法：对蛋白质进行变性、复性处理，修饰蛋白质侧链官能团，分割肽链，改变表面电荷分布促进蛋白质形成一定的立体构像等等 生物化 ... ...
