题 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，以满足人类的生产和生活的需求。
归
纳
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。
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合
讨论：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-
作 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
（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。
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问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
题 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。
2、原理：
归 改造基因（基因修饰或基因合成）
纳
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问 题
复制
复制
NA
蛋白质
归 纳
地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构; （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，如定点突变；
（6）分离、纯化新蛋白，功能检测后投入实际使用。
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问 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
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DNA合成 基因 DNA 转录 mRNA翻译
分子 设计
氨基酸序 列多肽链
折叠
蛋白质 三维结构
图1-29蛋白质工程流程图
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生物 预期 功能 功能
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➢ 蛋白质工程的主要步骤通常包括： （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
探 讨论：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
究 出来。
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mRNA序列 GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C）
CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G) 脱氧核苷酸
序列
GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)
生产符合人类生产和生活的需
要的蛋白质。
纳
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例如：
满足人类生 产和生活的
需要
干扰素（半胱氨酸） 改造 干扰素（丝氨酸）
体外很难保存
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
天冬氨酸激酶
改造
（352位的苏氨酸）
天冬氨酸激酶 （异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 改造 二氢吡啶二羧酸合成酶
（104位的天冬酰胺）
（异亮氨酸）
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自 主 学 习
任务：阅读教材第26页第三段 时间：3分钟 问题：
1.蛋白质工程的目标是什么？ 2.蛋白质工程的原理？思考26页第二个问号 3. 蛋白质工程的基本途径是什么？ 4.总结出什么是蛋白质工程？
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问 二、蛋白质工程的基本原理
1、目标：
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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获取或基因的定 点诱变技术来改变。
基因定点诱变技术的常用方法是PCR法。
突变点： 人工合成的引物上
手段： PCR技术（定点突变试剂盒）
目的： 获得定点最突新 P变PT 的基因
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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。
归
（2）基因工程的不足：
纳 在原则上只能生产自然界已存 在的蛋白质。
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问 2、天然蛋白质的不足
天然蛋白质是生物在长期进化过程 中形成的，它们的结构和功能符合
题 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。
归 3、蛋白质工程的目的
题
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。
2、原理：
归
纳
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合 思考：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？
作 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：
探 究
（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。
蛋白质工程的崛起
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创
胰岛素改造
设 情 境
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，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。这
种制剂的形成正是利用了蛋白质工程技
术。
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自 主 学
任务：阅读教材第26页第二段 时间：3分钟 问题：
1.基因工程的实质是什么？ 2.基因工程的不足是什么？ 3.天然蛋白质的不足是什么？ 4.蛋白质工程的目的是什么？
习
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问 一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 （1）基因工程的实质：
题 将一种生物的基因转移到另一种生物
天然蛋白质的合成遵循中心法则
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问 天然蛋白质的合成过程
题 归
DNA 转录
RNA
表达生物特有 的功能或性状
翻译 肽链
折叠 等
具有空间结 构的蛋白质
纳 遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变
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问 ３. 途径:
预期的蛋白质功能
题
设计预期的蛋白质结构
归
推测应有的氨基酸序列
纳 找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
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三、蛋白质工程的进展和前景
❖ 1.进展
水蛭素改造 生长激素改造 胰岛素改造 治癌酶的改造
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（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，从而提高抗 凝血效率，试管试验活性提高了4倍，在动物模型 上检验抗血栓形成的效果，提高20倍。
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2．生长激素改造