蛋白质工程的崛起1965年，生物科学界发生了一件轰动全球的大事！科学家根据胰岛素的结构和其功能间的关系，设计了对胰岛素基因的改造方案。通过碱基替换的方法，改变基因序列，将β链第28位改为赖氨酸、29位改为脯氨酸，从而改变了胰岛素的结构。这种改变了结构的胰岛素不会形成二聚体，从而使胰岛素快速起作用。由此，速效型胰岛素制剂诞生，这种制剂的形成正是利用的蛋白质工程技术，也就是本节我们将要探讨的内容。何谓蛋白质工程？活动1:阅读P26.回答:为什么要进行蛋白质工程?一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达，产生的干扰素的抗病毒活性为106U/mg，只相当于天然产品的十分之一，虽然在大肠杆菌中合成的β-干扰素量很多，但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样？如何改变这种状况？研究发现，β-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸（第17位、31位和141位），推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的半胱氨酸，通过基因定点突变改变成丝氨酸，结果使大肠杆菌中生产的β-干扰素的抗病性活性提高到108U/mg，并且比天然β-干扰素的贮存稳定性高很多。二、蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的流程蛋白质工程的概念旁栏思考题“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。二、蛋白质工程的基本原理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，尽可能地了解蛋白质的二维结构和三维晶体结构;活动3：对照密码表，至少写出三种决定“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。某多肽链的一段氨基酸序列是：…—甲硫氨酸—色氨酸—苯丙氨酸—色氨酸—…(氨基酸及对应的密码子为：甲硫氨酸AUG，色氨酸UGG，苯丙氨酸UUU、UUC)(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。(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)?【思路点拨】本题考查蛋白质工程的原理及实例，解答本题应突破以下几点：①首先设计蛋白质氨基酸序列。②找到对应的脱氧核苷酸序列。③根据DNA(基因)脱氧核苷酸序列进行人工合成或进行基因改造。【尝试解答】(1)根据氨基酸序列反推mRNA上密码子序列，再反推DNA上脱氧核苷酸序列。其DNA碱基序列为：(2)确定目的基因的碱基序列后，就可以根据人类的需要改造它，通过人工合成的方法，或从基因库中获取。【互动探究】由上述氨基酸序列推导出的目的基因为什么有多种？【提示】一种氨基酸可以由一种或几种不同的密码子决定，这样推导出的基因也就有多种。【易误警示】(1)尽管蛋白质工程是从预期蛋白质功能入手改造蛋白质结构，但不能直接改造蛋白质,而应从改造基因入手，所以其本质和基础应为基因工程。(2)判断蛋白质工程方法的关键是：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。（一）蛋白质的分子设计与改造蛋白质工程首先是以蛋白质的结构为基础，通过蛋白质的一级结构、晶体结构和溶液构象的研究，积累了成千上万蛋白质一级结构和高级结构的数据资料，并编制成系统的数据库，得以从中找出蛋白质分子间的进化关系、一级结构和高级结构的关系、结构与功能的关系方面的规律。蛋白质作为生物大分子是生物化学和分子生物学的研究重点，大量蛋白质被分离纯化，测定了它们的结构、性质和生物学作用。分子生物学有关基因组的研究，也可以用以推测出一些未知蛋白质的结构与功能。采用定位诱变的方法，可以对编码蛋白质的基因进行核苷酸密码子的插入、删除、置换和改组，其结果为分子改造提供新的设计方案。现有的蛋白质是生物长期进化的结果，蛋白质工程则是对生物进化的模拟，按照蛋白质形成的规律，改造蛋白质或构建新的蛋白质。蛋白质的改造通常需要先经周密的分子设计，然后依赖基因工程获得突变型蛋白质，以检验其是否达到了预期的效果。如果改造的结果不理想，还需要从新设计再进行改造，往往经历多次实践摸索才能达到改进蛋白质性能的预定目标。基因定点诱变技术的示意图基因定点诱变技术的理解(苏教版)思考：基因定点诱变技术与基因突变的比较（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