選修3-1-4蛋白質工程的崛起

蛋白質工程的崛起浚縣一中連學民蛋白質工程就是為了生產出符合人類生產和生活需要的蛋白質，甚至是自然界不存在的蛋白質。基因工程在原則上只能生產自然界已存在的蛋白質，這些天然蛋白質是生物在長期進化過程中形成的，它們的結構和功能符合特定物種生存的需要，卻不一定完全符合人類生產和生活的需要。一、蛋白質工程崛起的緣由二、蛋白質工程的概念蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其與生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造或制造一種新的蛋白質，以滿足人類對生產和生活的需求。前提：原理：目的：了解蛋白質的結構和功能改造基因（基因修飾或基因合成）定向改造或制造蛋白質操作對象：基因

蛋白質的功能是DNA決定的，那么要制造出新的蛋白質，就要改造DNA，所以蛋白質工程的原理應該是中心法則的逆推。三、蛋白質工程的基本原理基因DNA氨基酸序列多肽鏈蛋白質三維結構預期功能生物功能mRNA轉錄翻譯折疊DNA合成分子設計討論：1、怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應的堿基序列寫出來。

某多肽鏈的一段氨基酸序列是：……-丙氨酸-色氨酸-賴氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-……丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG賴氨酸：AAA、AAG甲硫氨酸：AUG苯丙氨酸：UUU、UUC每種氨基酸都有對應的三聯密碼子,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序列查出來。但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯密碼子編碼,因此其堿基排列組合起來就比較復雜,至少可以排列出16種。同學們可以根據學過的排列組合知識自己排列一下。首先應該根據三聯密碼子推出mRNA序列為GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根據堿基互補配對規律推出脫氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。2、確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因DNA）？可以通過人工合成的方法獲取。

蛋白質工程的實質對編碼蛋白質的基因進行改造（二）蛋白質改造工程舉例1．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，它有多種變異體，由65或66個氨基酸殘基組成。水蛭素在臨床上可作為抗栓藥物用于治療血栓疾病。為提高水蛭素活性，在綜合各變異體結構特點的基礎上提出改造水蛭素主要變異體HV2的設計方案，將47位的Asn（天冬酰胺）變成Lys（賴氨酸），使其與分子內第4或第5位Thr（蘇氨酸）間形成氫鍵來幫助水蛭素N端肽段的正確取向，從而提高抗凝血效率，試管試驗活性提高了4倍，在動物模型上檢驗抗血栓形成的效果，提高20倍。2．生長激素改造生長激素通過對它特異受體的作用促進細胞和機體的生長發育，然而它不僅可以結合生長激素受體，還可以結合許多種不同類型細胞的催乳激素受體，引發其他生理過程。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合，盡可能減少與其他激素受體的結合。經研究發現，二者受體結合區有一部分重疊，但并不完全相同，有可能通過改造加以區別。由于人的生長激素和催乳激素受體結合需要鋅離子參與作用，而它與生長激素受體結合則無需鋅離子參與，于是考慮取代充當鋅離子配基的氨基酸側鏈，如第18和第21位His（組氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。實驗結果與預先設想一致，但要開發作為臨床用藥還有大量的工作要做。3．胰島素改造

天然胰島素制劑在儲存中易形成二聚體和六聚體，延緩胰島素從注射部位進入血液，從而延緩了其降血糖作用，也增加了抗原性，這是胰島素B23-B28氨基酸殘基結構所致。利用蛋白質工程技術改變這些殘基，則可降低其聚合作用，使胰島素快速起作用。該速效胰島素已通過臨床實驗。

4．治癌酶的改造癌癥的基因治療分二個方面：藥物作用于癌細胞，特異性地抑制或殺死癌細胞；藥物保護正常細胞免受化學藥物的侵害，可以提高化學治療的劑量。皰疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它結構類似物磷酸化而使這些堿基3’-OH缺乏,從而阻斷DNA的合成，殺死癌細胞。HSV—TK催化能力可以通過基因突變來提高。從大量的隨機突變中進行篩選出一種酶,在酶活性部位附近有6個氨基酸被替換，催化能力20倍以上。蛋白質工程的發展很快，研究工作很多，以上僅介紹了幾個例子。蛋白質工程除了用于改造天然蛋白質或設計制造新的蛋白質外，其本身還是研究蛋白質結構功能的一種強有力的工具，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。三、蛋白質工程的進展和前景

蛋白質工程匯集了當代分子生物學等學科的一些前沿領域的最新成就，它把核酸與蛋白質結合、蛋白質空間結構與生物功能結合起來研究。蛋白質工程將蛋白質與酶的研究推進到嶄新的時代，為蛋白質和酶在工業、農業和醫藥方面的應用開拓了誘人的前景。蛋白質工程開創了按照人類意愿改造、創造符合人類需要的蛋白質的新時期。1、

蛋白質工程中直接需要進行操作的對象是（）Ａ．氨基酸結構

B．蛋白質空間結構

C．肽鏈結構

D．基因結構

練習：Ｄ2、

下列關于蛋白質工程的說法錯誤的是（）A．蛋白質工程能定向改造蛋白質分子的結構，使之更加符合人類的需要B．蛋白質工程是在分子水平上對蛋白質分子直接進行操作，定向改變分子的結構C．蛋白質工程能產生出自然界中不曾存在過的新型蛋白質分子D．蛋白質工程與基因工程密不可分，又被稱為第二代基因工程Ｂ3以下關于蛋白質工程的說法正確的是（）A、蛋白質工程以基因工程為基礎B、蛋白質工程就是酶工程的延伸C、蛋白質工程就是用蛋白酶對蛋白質進行改造D、蛋白質工程只能生產天然的蛋白質

Ａ4蛋白質工程的基本流程正確的是（）①蛋白質分子結構設計②DNA合成③預期蛋白質功能④根據氨基酸序列推出脫氧核苷酸序列A．①②③④

B．④②①③

C．③①④②

D．③④①②Ｃ5蛋白質工程是在基因工程基礎上，延伸出來的第二代基因工程，其結果產生的蛋白質是（）A．氨基酸種類增多

B．氨基酸種類減少C．仍為天然存在蛋白質

D．可合成天然不存在蛋白質Ｄ1、你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任務？旁欄思考題人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然領域一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。2003年，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學家牽頭執行的“人類肝臟蛋白質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭的“人類血漿蛋白質組計劃”，由此拉開了人類蛋白質組計劃的帷幕。“人類肝臟蛋白質組計劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜重大國際科研協作計劃，總部設在北京。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發的突破提供重要的科學基礎。隨后，相繼啟動了由德國、瑞士、英國、加拿大和日本等國牽頭的各類蛋白質組計劃。人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白質工程的有力推動和理論支持。2、對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？答：毫無疑問應該從對基因的操作來實現對天然蛋白質改造，主要原因如下：（1）、任何一種天然蛋白質都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質進行了改造，而且改造過的蛋白質可以遺傳下去。如果對蛋白質直接改造。即使改造成功，被改造過的蛋白質分子還是無法遺傳的。（2）、對基因進行改造比對蛋白質直接進行改造要容易操作，難度要小得多。異想天開能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類