课程内容

《蛋白质工程的崛起》
一、蛋白质工程崛起的缘由
基因工程在原则上只能生产自然界已经存在的蛋白质，这些天然的蛋白质是生物在长期的进化过程中形成的，它的结构和功能符合该物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。
实例1：干扰素
细胞因子中的一个家族，以干扰病毒复制二得名。是一种广谱抗病毒药物，可以治疗癌症和病毒感染。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。
实例2：玉米中赖氨酸的含量比较低
原因：赖氨酸合成过程中两个关键酶——天冬氨酸激酶和二氢吡啶二羧酸合成酶的活性，受细胞内赖氨酸浓度的影响。当赖氨酸浓度达到一定量时，就会抑制这两种酶的活性。
天冬氨酸激酶（352位的苏氨酸）→（改造）→天冬氨酸激素（异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶（104位的天冬酰胺）→（改造）→二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）
3、在已研究的几千种酶中，只有极少数可以应用于工业生产，绝大多数酶都不能适用于工业生产，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。
蛋白质工程就是为了生产出符合人类生产生活的蛋白质，甚至是自然界不存在的蛋白质。
二、蛋白质工程的基本原理
DNA（基因）自我复制→（转录）→mRNA→（翻译）→肽链→（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
蛋白质工程流程图：
预期蛋白质功能→蛋白质三维结构→氨基酸序列多肽链→基因DNA
旁栏思考题
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？
（1）如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。
（2）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因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。
（3）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容易操作，难度要小得多。
蛋白质工程：
1、不扰乱中心法则。
2、真正去操作的对象是基因。
3、目的获得人类所需要的蛋白质。
三、蛋白质工程的概念
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，对现有蛋白质进行改造或制造的一种新的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。（第二代基因工程）
四、蛋白质工程的进展和前景
1、科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效型药品。
2、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。
3、蛋白质工程目前成功的例子不多，原因是对蛋白质的高级结构了解不够。但希望随着科学技术的深入发展，它将会给人类带来更多的福音。
五、蛋白质工程与基因工程的关系
蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。
基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品是该基因编码的天然存在的蛋白质。
蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构与功能之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。
练习：
1、以下关于蛋白质工程的说法正确的是：A
A、蛋白质工程以基因工程为基础
B、蛋白质工程就是蛋白质分子结构中的氨基酸排列顺序重新排列
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
2、下列关于蛋白质工程的叙述错误的是：C
A、蛋白质工程是基因工程的发展
B、蛋白质工程可产生自然界不存在的蛋白质
C、蛋白质工程可随意设计蛋白质，扰乱中心法则，对生物是有害的
D、蛋白质工程可对蛋白质进行改造，生产珍贵药用蛋白
3、关于基因工程和蛋白质工程合成蛋白质的叙述，正确的是：B
A、前者能合成自然界中不存在的蛋白质，而后者不能
B、前者不能合成自然界中不存在的蛋白质，而后者能
C、两者都不能合成自然界中不存在的蛋白质
D、两者都能合成自然界中不存在的蛋白质
4、目前已经获得成功的蛋白质工程是：A
A、通过对胰岛素进行改造，使其成为速效药
B、通过对蛋白质工程制成电子元件
C、通过蛋白质工程生产赖氨酸含量高的玉米
D、通过蛋白质工程生产体外耐保存的干扰素
5、关于蛋白质说法错误的是：B
A、蛋白质工程能定向地改造蛋白质分子的结构，使之更加符合人类的需要
B、蛋白质工程在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构
C、蛋白质工程能产生出自然界不曾存在的新型的蛋白质分子
D、蛋白质工程与基因工程密不可分，又被成为第二代基因工程
6、蛋白质工程的基本流程是（C）
①蛋白质分子结构设计
②DNA合成
③预期蛋白质功能
④据氨基酸序列排列出脱氧核苷酸序列
A、①→②→③→④
B、④→②→①→③
C、③→①→④→②
D、③→④→①→②