第三节 蛋白质工程
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课件38张PPT。江北高中生物组
2010年5月第三节 蛋白质工程 1965年，我国科学工作者首次人工合成了结晶牛胰岛素，成为轰动世界的大事。人工合成蛋白质为人类认识生命、揭示生命奥秘作出了巨大贡献。
1983年，美国某基因公司的一名科学家Ulmer提出了蛋白质工程这一名词。它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。在分子生物学、蛋白质晶体学、结构生物学以及计算机技术等的基础上发展起来的蛋白质工程，为认识和改造蛋白质提供了强有力的手段。绪言：一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程生产蛋白质的不足①、基因工程的实质是什么？②、基因工程产生蛋白质的特点？ 是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，进而表现出新的性状。 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质（天然蛋白质）。 这些天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，他们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。实例1：干扰素的保存 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。一、蛋白质工程崛起的缘由2、天然蛋白质的不足一、蛋白质工程崛起的缘由2、天然蛋白质的不足实例2：玉米中赖氨酸的含量比较低 如果对赖氨酸合成过程中的两个关键酶进行改造,如将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。 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。实例3:工业用酶 许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。一、蛋白质工程崛起的缘由2、天然蛋白质的不足 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。1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？
我国科学家承担了什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。思考：2.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？答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，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，难度要小得多。思考：mRNA基因
DNA氨基酸序列
多肽链行使
生物功能蛋白质
三维结构转录翻译折叠二、蛋白质工程的基本原理2、天然蛋白质的合成过程1、蛋白质工程的目标： 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。二、蛋白质工程的基本原理基因
DNA氨基酸序列
多肽链蛋白质
三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计3、蛋白质工程流程图 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。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-……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）？ 可以通过人工合成的方法或从基因库中获取。可以通过基因的定点诱变技术来改造。丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC 讨论：4、蛋白质工程的概念 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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求（新人教版）。前提：原理：目的：了解蛋白质的结构和功能之间的关系改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质，满足人类的生产或生活的需要。手段：由预期功能蛋白质找到相对应的基因实质：是对编码蛋白质的基因进行改造二、蛋白质工程的基本原理————实施蛋白质工程的前提条件了解蛋白质的结构和功能的关系X射线衍射仪核磁共振仪器蛋白质结构4、蛋白质工程的概念二、蛋白质工程的基本原理对蛋白质进行改造的种类4、蛋白质工程的概念二、蛋白质工程的基本原理5、基因定点诱变技术二、蛋白质工程的基本原理基因定点诱变技术的示意图5、基因定点诱变技术二、蛋白质工程的基本原理结合课本P26~27页，分析：②改造结构不清楚的蛋白质吗？为什么？可采用什么方法？①为什么说蛋白质的定点诱变过程是在基因水平上对蛋白质的改造？ 不能，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。可采用非定点诱变来进行蛋白质的改造。虽不具目的性和针对性，但突变位点多，有时甚至会产生出意想不到的结果。后代中半数为诱变的ＤＮＡ分子脱氧核苷酸ＤＮＡ多聚酶和ＤＮＡ连接酶含突变顺序的ＤＮＡ分子片段空间结构完全清楚的蛋白质二、蛋白质工程的基本原理5、基因定点诱变技术ATPPCR法人工合成的引物上基因定点诱变技术与基因突变的比较DNA复制过程中产生新基因，从而产生新性状生物体外生物体内定向改造不定向性PCR技术物理化学方法二、蛋白质工程的基本原理5、基因定点诱变技术（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；
（2）测定其氨基酸序列；
（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维结构和三维晶体结构;（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；
（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。二、蛋白质工程的基本原理6、蛋白质工程的主要步骤：酵母菌丙糖磷酸异构酶热稳定性提高50％工业生产上三、蛋白质工程的应用鼠抗体人抗体嵌合抗体制药领域上三、蛋白质工程的应用第三节 蛋白质工程一、蛋白质工程崛起的缘由二、蛋白质工程的原理1、蛋白质工程的目标2、天然蛋白质的合成过程3、蛋白质工程流程图5、基因定点诱变技术6、蛋白质工程的主要步骤4、蛋白质工程的概念小结：蛋白质工程与基因工程的比较生物体外生物体外基因基因DNA分子水平DNA分子水平剪切→拼接→导入→表达确定蛋白质功能→应用的高级结构→ 应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→ 应有的剪辑序列→ 改造的蛋白质新的生物类型或生物产品新基因，创造新的蛋白质 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。归纳： 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。 延伸：1.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B练习巩固：2.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mRNAC3.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练习巩固：4.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
Ｂ5.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ＡＣ6.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.①②③④ B.④②①③ C.③①④② D.③④①②练习巩固：7.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Ｄ8.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。CTHE END!蛋白质的结构蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构 蛋白质的结构胰岛素的三级结构蛋白质的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个氨基酸残基组成的α亚基和二个由146个氨基酸残基组成的β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。 返回蛋白质的结构（二）蛋白质改造工程举例
1．水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。2．生长激素改造
生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。3．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，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。
4．治癌酶的改造
癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。
蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并论。THE END!
2010年5月第三节 蛋白质工程 1965年，我国科学工作者首次人工合成了结晶牛胰岛素，成为轰动世界的大事。人工合成蛋白质为人类认识生命、揭示生命奥秘作出了巨大贡献。
1983年，美国某基因公司的一名科学家Ulmer提出了蛋白质工程这一名词。它是指按照特定的需要，对蛋白质进行分子设计和改造的工程。在分子生物学、蛋白质晶体学、结构生物学以及计算机技术等的基础上发展起来的蛋白质工程，为认识和改造蛋白质提供了强有力的手段。绪言：一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程生产蛋白质的不足①、基因工程的实质是什么？②、基因工程产生蛋白质的特点？ 是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，进而表现出新的性状。 基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质（天然蛋白质）。 这些天然蛋白质是生物长期进化过程中形成的，他们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人类生产和生活的需要。实例1：干扰素的保存 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。一、蛋白质工程崛起的缘由2、天然蛋白质的不足一、蛋白质工程崛起的缘由2、天然蛋白质的不足实例2：玉米中赖氨酸的含量比较低 如果对赖氨酸合成过程中的两个关键酶进行改造,如将天冬氨酸激酶的第352位的苏氨酸变成异亮氨酸，将二氢吡啶二羧酸合成酶的第104位的天冬酰胺变成异亮氨酸，就可以使玉米叶片和种子中的游离赖氨酸分别提高5倍和2倍。 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。实例3:工业用酶 许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使之适应生产和使用需要的。一、蛋白质工程崛起的缘由2、天然蛋白质的不足 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。1、你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？
我国科学家承担了什么任务？ 人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，生命科学乃至自然科学领域一项重大的科学命题。2001年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是由中国科学家牵头执行的“人类肝脏蛋白质组计划”；另一项是以美国科学家牵头执行的“人类血浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。 “人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。 人类蛋白质组计划的深入研究将是对蛋白质工程的有力推动和理论支持。思考：2.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？答：毫无疑问应该从对基因的操作来实现对天然蛋白质改造，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，难度要小得多。思考：mRNA基因
DNA氨基酸序列
多肽链行使
生物功能蛋白质
三维结构转录翻译折叠二、蛋白质工程的基本原理2、天然蛋白质的合成过程1、蛋白质工程的目标： 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。二、蛋白质工程的基本原理基因
DNA氨基酸序列
多肽链蛋白质
三维结构预期功能生物功能mRNA转录翻译折叠DNA合成分子设计3、蛋白质工程流程图 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。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-……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）？ 可以通过人工合成的方法或从基因库中获取。可以通过基因的定点诱变技术来改造。丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：UGG 赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：UUU、UUC 讨论：4、蛋白质工程的概念 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，通过基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求（新人教版）。前提：原理：目的：了解蛋白质的结构和功能之间的关系改造基因（基因修饰或基因合成）定向改造或制造蛋白质，满足人类的生产或生活的需要。手段：由预期功能蛋白质找到相对应的基因实质：是对编码蛋白质的基因进行改造二、蛋白质工程的基本原理————实施蛋白质工程的前提条件了解蛋白质的结构和功能的关系X射线衍射仪核磁共振仪器蛋白质结构4、蛋白质工程的概念二、蛋白质工程的基本原理对蛋白质进行改造的种类4、蛋白质工程的概念二、蛋白质工程的基本原理5、基因定点诱变技术二、蛋白质工程的基本原理基因定点诱变技术的示意图5、基因定点诱变技术二、蛋白质工程的基本原理结合课本P26~27页，分析：②改造结构不清楚的蛋白质吗？为什么？可采用什么方法？①为什么说蛋白质的定点诱变过程是在基因水平上对蛋白质的改造？ 不能，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。可采用非定点诱变来进行蛋白质的改造。虽不具目的性和针对性，但突变位点多，有时甚至会产生出意想不到的结果。后代中半数为诱变的ＤＮＡ分子脱氧核苷酸ＤＮＡ多聚酶和ＤＮＡ连接酶含突变顺序的ＤＮＡ分子片段空间结构完全清楚的蛋白质二、蛋白质工程的基本原理5、基因定点诱变技术ATPPCR法人工合成的引物上基因定点诱变技术与基因突变的比较DNA复制过程中产生新基因，从而产生新性状生物体外生物体内定向改造不定向性PCR技术物理化学方法二、蛋白质工程的基本原理5、基因定点诱变技术（1）从生物体中分离纯化目的蛋白；
（2）测定其氨基酸序列；
（3）借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段，尽可能地了解蛋白质的二维结构和三维晶体结构;（4）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化，包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响；
（5）设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。二、蛋白质工程的基本原理6、蛋白质工程的主要步骤：酵母菌丙糖磷酸异构酶热稳定性提高50％工业生产上三、蛋白质工程的应用鼠抗体人抗体嵌合抗体制药领域上三、蛋白质工程的应用第三节 蛋白质工程一、蛋白质工程崛起的缘由二、蛋白质工程的原理1、蛋白质工程的目标2、天然蛋白质的合成过程3、蛋白质工程流程图5、基因定点诱变技术6、蛋白质工程的主要步骤4、蛋白质工程的概念小结：蛋白质工程与基因工程的比较生物体外生物体外基因基因DNA分子水平DNA分子水平剪切→拼接→导入→表达确定蛋白质功能→应用的高级结构→ 应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→ 应有的剪辑序列→ 改造的蛋白质新的生物类型或生物产品新基因，创造新的蛋白质 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。归纳： 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。 延伸：1.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B练习巩固：2.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mRNAC3.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练习巩固：4.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
Ｂ5.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ＡＣ6.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.①②③④ B.④②①③ C.③①④② D.③④①②练习巩固：7.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Ｄ8.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。CTHE END!蛋白质的结构蛋白质的一级结构 蛋白质的二级结构 蛋白质的结构胰岛素的三级结构蛋白质的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个氨基酸残基组成的α亚基和二个由146个氨基酸残基组成的β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。 返回蛋白质的结构（二）蛋白质改造工程举例
1．水蛭素改造
水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂，它有多种变异体，由65或66个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将47位的Asn（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子内第4或第5位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。2．生长激素改造
生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的生长发育，然而它不仅可以结合生长激素受体，还可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体，引发其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第18和第21位His（组氨酸）和第17位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大量的工作要做。3．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，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。
4．治癌酶的改造
癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基3’-OH缺乏,从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。HSV—TK催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶,在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。
蛋白质工程的发展很快，研究工作很多，以上仅介绍了几个例子。蛋白质工程除了用于改造天然蛋白质或设计制造新的蛋白质外，其本身还是研究蛋白质结构功能的一种强有力的工具，它在解决生物理论方面所起的作用，可以和任何重大的生物研究方法相提并论。THE END!