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1、 你知道人類蛋白質(zhì)組計 劃嗎？它與蛋白質(zhì)工程有什 么關(guān)系？我國科學(xué)家承擔(dān)了 什么任務(wù)？ 人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃 之后，生命科學(xué)乃至自然科學(xué)領(lǐng)域中的一項 重大的科學(xué)命題。 2001年，國際人類蛋白質(zhì) 組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟 動兩項重大國際合作行為：一項是有中國科 學(xué)家牽頭執(zhí)行的 “ 人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃 ” ； 另一項是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的 “ 人類血 漿蛋白質(zhì)組計劃 ” 。 “ 人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃 ” 是國際上第一 個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀 福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的 重大國際科研協(xié)作計劃，總部設(shè)在北京，目前 有 1

2、6個國家和地區(qū)的 80多個實驗室報名參加。 它的科學(xué) 目標(biāo)是揭示并確認肝臟的蛋白質(zhì) ， 為 重大肝病預(yù)防 、 診斷 、 治療和新藥研發(fā)的突破 提供重要的科學(xué)基礎(chǔ) 。 人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白 質(zhì)工程的有力推動和理論支持 。 蛋白質(zhì)工程就是在對蛋白質(zhì)的化學(xué) 、 晶體學(xué) 、 動力學(xué)等結(jié)構(gòu)與功能認識的基礎(chǔ)上 ， 對蛋白質(zhì) 人工改造與合成的產(chǎn)品 。 “ 后基因組時代 ” 將是 “ 蛋白質(zhì)組學(xué)時代 ” ， 即從對基因信息的研究轉(zhuǎn)向?qū)Φ鞍踪|(zhì)信息的研 究 ， 包括研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 、 功能與應(yīng)用及蛋白 質(zhì)相互關(guān)系和作用 。 一、蛋白質(zhì)工程崛起的緣由 滿足人類 生產(chǎn)和生 活的需要 例如：

3、 改造 干擾素（半胱氨酸） 體外很難保存 干擾素（絲氨酸） 體外可以保存半年 玉米中賴氨酸含量比較低 天冬氨酸激酶 （ 352位的蘇氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶 （ 104位的天冬酰胺） 天冬氨酸激酶 （異亮氨酸） 二氫吡啶二羧酸合成酶 （異亮氨酸） 玉米中賴氨酸含量可提高數(shù)倍 改造 改造 二、蛋白質(zhì)工程的基本原理 對天然蛋白質(zhì)進行改造， 你認為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子 進行操作，還是通過對基因的 操作來實現(xiàn)？ 1、目標(biāo)： 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋 白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進行分子設(shè)計。 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 胰 島 素 的 三 級

4、結(jié) 構(gòu) 血紅蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 血紅蛋白分子 就是由二個由 141個氨基酸殘 基組成的 亞基 和二個由 146個 氨基酸殘基組 成的 亞基按特 定的接觸和排 列組成的一個 球狀蛋白質(zhì)分 子，每個亞基 中各有一個含 亞鐵離子的血 紅素輔基。 逆轉(zhuǎn)錄 轉(zhuǎn)錄 DNA RNA 翻譯 肽鏈 復(fù)制 復(fù)制 折疊 等 具有空間結(jié) 構(gòu)的蛋白質(zhì) 表達生物特有 的功能或性狀 天然蛋白質(zhì)的合成過程 遵循中心法則，并需經(jīng)過高級空間結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變 2、蛋白質(zhì)工程的原理：基因改造 3、基本途徑： 從預(yù)期的蛋白質(zhì)功能出發(fā) 設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 推測應(yīng)有的氨基酸序列 找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）

5、 4、概念： 蛋白質(zhì)工程是指 以蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)規(guī)律 及其生物功能的關(guān)系作為基礎(chǔ) ，通過基因修飾 或基因合成，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進行改造，或制造 一種新的蛋白質(zhì)， 以滿足人類的生生產(chǎn)和生活 的需求 。 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ) 上，延伸出來的 第二代基因工程 。 蛋白質(zhì)工程的內(nèi)容主要有兩方面： 根據(jù)需要設(shè)計具有特定氨基酸序列和空間結(jié)構(gòu) 的蛋白質(zhì) 而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造相 應(yīng)基因中脫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，用于蛋白質(zhì)工程。 三、蛋白質(zhì)工程的進展和前景 1、 蛋白質(zhì)工程的誕生是有其理論與技術(shù)條件的， 它是隨著 分子生物

6、學(xué) 、 晶體學(xué) 以及 計算機技術(shù) 的發(fā)展而誕生的，與 基因組學(xué) 、 蛋白質(zhì)組學(xué) 、 生物信息學(xué) 的發(fā)展等因素有關(guān) 2、現(xiàn)狀：成功的例子不多， 主要是因為蛋白質(zhì) 發(fā)揮其功能需要依賴于正確的空間結(jié)構(gòu) ， 而科 學(xué)家目前對大多數(shù)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)了解很少 。 討論：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 （ 1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序 列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。有多少種？ （ 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）？ （ 1） mRNA序列為： GCU（或 C或 A或 G） U

7、GGAAA（或 G） AUGUUU（或 C） 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，就可以根據(jù)人 類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因 庫中獲取。 異想天開 能不能根據(jù)人類需要的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計相應(yīng) 的基因，導(dǎo)入合適的細菌中，讓細菌生產(chǎn)人類所需要 的蛋白質(zhì)食品呢？ 理論上講可以，但目前還沒有真正成功的例子。 一些報道利用細菌生產(chǎn)人類需要的蛋白質(zhì)往往都是自 然界已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)，并非完全是人工設(shè)計出來而 自然不存在的蛋白質(zhì)。主要原因是蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu) 非常復(fù)雜，人類對

8、蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)和在生物體內(nèi)如 何行使功能知之甚少，很難設(shè)計出一個嶄新而又具有 生命功能作用的蛋白質(zhì)，而且一個嶄新的蛋白質(zhì)會帶 來什么危害也是人們所擔(dān)心的。 蛋白質(zhì)工程是應(yīng)怎樣的需求而崛起的？ 蛋白質(zhì)工程的崛起主要是工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)理論研究的需要。 而結(jié)構(gòu)生物學(xué)對大量蛋白質(zhì)分子的精確立體結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的生 物功能的分析結(jié)果，為設(shè)計改造天然蛋白質(zhì)提供了藍圖。分子 遺傳學(xué)的以定點突變?yōu)橹行牡幕虿僮骷夹g(shù)為蛋白質(zhì)工程提供 了手段。 在已研究過的幾千種酶中，只有極少數(shù)可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)， 絕大多數(shù)酶都不能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，這些酶雖然在自然狀態(tài)下 有活性，但在工業(yè)生產(chǎn)中沒有活性或活性很低。這是因

9、為工業(yè) 生產(chǎn)中每一步的反應(yīng)體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在， 反應(yīng)溫度較高，在這種條件下，大多數(shù)酶會很快變性失活。提 高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是工業(yè)生產(chǎn)中一個非常重要的課題。一般來 說，提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括：延長酶的半衰期，提高酶的熱 穩(wěn)定性，延長藥用蛋白的保存期，抵御由于重要氨基酸氧化引 起的活性喪失等。 你知道酶工程嗎？絕大多數(shù)酶都是蛋白 質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué) 的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方 面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生 產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品 工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過 由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu) 來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重 點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點 則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白 質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工程中，使酶工程 成為蛋白質(zhì)工程的一部分。