1.4蛋白质工程的崛起

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，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的形状。基因工程生产出的蛋白质都能在自然界中找到吗？天然的干扰素在体外保存相当困难。如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸，那么在—70℃的条件下，可以保存半年。如果把胰岛素B链由B28脯氨酸-B29赖氨酸改为B28赖氨酸-B29脯氨酸就可以避免胰岛素分子形成聚合体以保证其效能的及时发挥。胰岛素注射到人体后会堆积在皮下，要经过较长时间才能进入血液，而且进入到血液中的胰岛素又会不断地被分解。在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这是因为工业生产中每一步的反应体系中常常会有酸、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。要想克服这些不足，得到自然界没有的蛋白质，怎么办呢？改造蛋白质的结构蛋白质工程就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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产或生活需要。“后基因组时代”将是“蛋白质组学时代”，即从对基因信息的研究转向对蛋白质信息的研究，包括研究蛋白质结构、功能与应用及蛋白质相互关系和作用。二、蛋白质工程的基本原理1、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分子设计。怎么操作呢？请问，对天然蛋白质进行改造，应该直接对蛋白质分子进行操作，还是通过对基因的操作来实现？改造蛋白质？就我跟你说，它长的比我都复杂，那不扯呢吗？做事要找根，咱们还是从基因着手！你认为那个更有道理？为什么？蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构三级结构血红蛋白质的四级结构•还是在基因上着手好逆转录转录DNARNA翻译肽链复制复制折叠等具有空间结构的蛋白质表达生物特有的功能或性状天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变2、蛋白质工程的原理：基因改造3、基本途径：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相对应的脱氧核苷酸序列（基因）蛋白质工程的内容主要有两方面：①根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质②而氨基酸排序由基因决定，所以还需要改造相应基因中脱氧核苷酸序列或人工合成所需要的自然界原本不存在的基因片段，用于蛋白质工程。三、蛋白质工程的进展和前景•1、蛋白质工程的诞生是有其理论与技术条件的，它是随着分子生物学、晶体学以及计算机技术的发展而诞生的，与基因组学、蛋白质组学、生物信息学的发展等因素有关•2、现状：成功的例子不多，主要是因为蛋白质发挥其功能需要依赖于正确的空间结构，而科学家目前对大多数蛋白质的空间结构了解很少。讨论：某多肽链的一段氨基酸序列是：……—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的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。有多少种？（2）确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？（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）确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法或从基因库中获取。异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？理论上讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。蛋白质工程是应怎样的需求而崛起的？•蛋白质工程的崛起主要是工业生产和基础理论研究的需要。•而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构及其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。•在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业生产，这些酶虽然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的反应体系中常常会有酸、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。提高蛋白质的稳定性是工业生产中一个非常重要的课题。一般来说，提高蛋白质的稳定性包括：延长酶的半衰期，提高酶的热稳定性，延长药用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失等。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别？•酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。•通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。1．关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（）A．是生物在长期进化过程中形成的B．它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C．构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种D．一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测D2．蛋白质工程中直接需要进行操作的对象是Ａ．氨基酸结构B．蛋白质空间结构C．肽链结构D．基因结构Ｄ•3．下列关于蛋白质工程的说法错误的是（）•A．蛋白质工程能定向改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要•B．蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子的结构•C．蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子•D．蛋白质工程与基因工程密不可分，又被称为第二代基因工程Ｂ•4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）•A、蛋白质工程以基因工程为基础•B、蛋白质工程就是酶工程的延伸•C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造•D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质Ａ•5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）•①蛋白质分子结构设计②DNA合成③预期蛋白质功能④根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列•A．①②③④B．④②①③•C．③①④②D．③④①②Ｃ•6、蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出来的第二代基因工程，其结果产生的蛋白质是(）•A．氨基酸种类增多•B．氨基酸种类减少•C．仍为天然存在蛋白质•D．可合成天然不存在蛋白质Ｄ7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（）A．科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品B．生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面C．蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用D．蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多C•8、基因工程与蛋白质工程的区别是（）•A、基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程不对基因进行操作•B、基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程合成的可以不是天然存在的蛋白质•C、基因工程是分子水平操作、蛋白质工程是细胞水平•D、基因工程完全不同于蛋白质工程B9、蛋白质工程流程是（）A、基因→表达→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B、对蛋白质进行分子设计→改造蛋白质分子→行使功能C、预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列D、预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→合成相应的mRNAC•这些问题你都可以解决了吗？•1、蛋白质工程崛起的缘由是什么?•2、你能简述出蛋白质工程的原理吗？•3、你能说出蛋白质工程和基因工程的区别吗？