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蛋白质工程


第三节

蛋白质工程

蛋白质是一切生命活动的体现者。 基因控制蛋白质的合成

一、蛋白质工程的概念和原理 1、蛋白质工程 通过物理化学与生物化学等技术了 解蛋白质的结构与功能, 解蛋白质的结构与功能,并借助计 算机辅助设计、 算机辅助设计、基因定点诱变和重 组技术DNA技术改造基因 技术改造基因, 组技术DNA技术改造基因,以定向 改造天然蛋白质, 改造天然蛋白质,甚至创造自然界 不存在的蛋白质的技术。 不存在的蛋白质的技术。

为什么要开展蛋白质工程? 基因工程一般只能生产自然界中已存在的 蛋白质,不一定满足人类的需要。 如:干扰素是动物体内的蛋白质,可用于 治疗病毒的感染和癌症,但在体内不易保 存,如果将它的一个半胱氨酸转化为丝氨 酸,则可在-70条件下保存半年。 酸,则可在-70条件下保存半年。

对天然蛋白质进行改造, 对天然蛋白质进行改造,你认为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? 子进行操作,还是通过对基因的操作来实现?
答:毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改 主要原因如下: 造,主要原因如下: (1)任何一种天然蛋白质都是由基因编码的,改造了基因 )任何一种天然蛋白质都是由基因编码的, 即对蛋白质进行了改造, 即对蛋白质进行了改造,而且改造过的蛋白质可以遗传下 去。如果对蛋白质直接改造,即使改造成功,被改造过的 如果对蛋白质直接改造,即使改造成功, 蛋白质分子还是无法遗传的。 蛋白质分子还是无法遗传的。 (2)对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作,难 )对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作, 度要小得多。 度要小得多。

蛋白质工程一般是先创造出适合人类 需求的新基因,然后表达具有特定结 构和功能的蛋白质。 关键技术:基因工程 蛋白质工程称为第二代基因工程

前提:了解蛋白质的结构和功能的关系 空间结构的测定: X射线晶体衍射法、 核磁共振 ( 一级结构的测定(氨基酸序列))

蛋白质的一级结构

蛋白质的二级结构

胰 岛 素 的 三 级 结 构

血红蛋白质的四级结构
血红蛋白分子 就是由二个由 141个氨基酸残 个氨基酸残 基组成的α亚基 基组成的 亚基 和二个由146个 和二个由 个 氨基酸残基组 成的β亚基按特 成的 亚基按特 定的接触和排 列组成的一个 球状蛋白质分 子,每个亚基 中各有一个含 亚铁离子的血 红素辅基。 红素辅基。
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蛋白质工程的基本原理
根据人们对蛋白质功能的特定要求,对蛋 白质的结构进行分子设计。由于基因决定 蛋白质,要对蛋白质结构进行设计改造, 必须从基因入手。 途径: 预期蛋白质功能→ 预期蛋白质功能→设计出预期的蛋白质结构 →推测应用的氨基酸序列→设计DNA的脱 推测应用的氨基酸序列→设计DNA的脱 氧核苷酸序列(基因改造)(基因工程)

蛋白质工程流程图
蛋白质三 维结构
分子设计

预期蛋白 质功能

氨基酸序列 多肽链
DNA 合 成

蛋白质

基因

基因 DNA

蛋白质的改造 大改:设计并制造自然界中不存在的全新蛋 白质,使之具有特定的氨基酸序列、空间 结构和预期功能 中改:在蛋白质分子中替代某一个肽段或一 个特定的结构域 小改:通过基因工程中的定点诱变技术,有 目的改造蛋白质分子中某活性部位的1 目的改造蛋白质分子中某活性部位的1个或 几个氨基酸殘基,以改善蛋白质的性质和功 能

基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核 基因的定点诱变技术是改变蛋白质结构的核 心之一 PCR技术是基因定点诱变的常用方法 PCR技术是基因定点诱变的常用方法 利用人工合成带有突变点的诱变引物,通过 PCR扩增而获得定点突变的基因,再通过基 PCR扩增而获得定点突变的基因,再通过基 因工程的方法,将突变基因导入受体细胞, 经过转录和翻译合成所需的蛋白质。

胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚 延缓胰岛素从注射部位进入血液, 体,延缓胰岛素从注射部位进入血液,从而延缓 了其降血糖作用,也增加了抗原性, 了其降血糖作用,也增加了抗原性,利用蛋白质 工程技术将胰岛素B链由 链由B28脯氨酸 脯氨酸-B29赖氨酸 工程技术将胰岛素 链由 脯氨酸 赖氨酸 改为B28赖氨酸 赖氨酸-B29脯氨酸,则可降低其聚合作 脯氨酸, 改为 赖氨酸 脯氨酸 使胰岛素快速起作用。 用,使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过 临床实验。 临床实验。

非定点诱变: 非定点诱变:
对蛋白质的空间结构不完全了解时,采用 非定点诱变改造蛋白质,不具有目的性和 针对性,可产生意想不到的结果

二、蛋白质工程的应用
改造酶的结构,有目的地提高酶的热稳定性 制药领域 例:鼠——人嵌合抗体的形成 例:鼠——人嵌合抗体的形成
在基因水平上对抗体进行重组,产生人恒定区和可 变区嵌合体, 变区嵌合体,对人体的不良反应减少。

蛋白质芯片
蛋白质检测、分析技术


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