關于蛋白質工程的崛起第1頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日

你知道人類蛋白質組計劃嗎？它與蛋白質工程有什么關系？我國科學家承擔了什么任務？

人類蛋白質組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學乃至自然科學領域中的一項重大的科學命題。2001年，國際人類蛋白質組組織宣告成立。之后，該組織正是提出啟動兩項重大國際合作行為：一項是有中國科學家牽頭執行的“人類肝臟蛋白質組計劃”；另一項是以美國科學家牽頭執行的“人類血漿蛋白質組計劃”。第2頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日“人類肝臟蛋白質組計劃”是國際上第一個人類組織／器官的蛋白質組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學家第一次領銜的重大國際科研協作計劃，總部設在北京，目前有16個國家和地區的80多個實驗室報名參加。它的科學目標是揭示并確認肝臟的蛋白質，為重大肝病預防、診斷、治療和新藥研發的突破提供重要的科學基礎。人類蛋白質組計劃的深入研究將是對蛋白質工程的有力推動和理論支持。第3頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日蛋白質工程就是在對蛋白質的化學、晶體學、動力學等結構與功能認識的基礎上，對蛋白質人工改造與合成的產品。“后基因組時代”將是“蛋白質組學時代”，即從對基因信息的研究轉向對蛋白質信息的研究，包括研究蛋白質結構、功能與應用及蛋白質相互關系和作用。第4頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日一、蛋白質工程崛起的緣由滿足人類生產和生活的需要例如：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倍改造改造第5頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日二、蛋白質工程的基本原理

對天然蛋白質進行改造，你認為應該直接對蛋白質分子進行操作，還是通過對基因的操作來實現？1、目標：根據人們對蛋白質功能的特定需求，對蛋白質的結構進行分子設計。第6頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日蛋白質的結構蛋白質的一級結構

第7頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日蛋白質的結構蛋白質的二級結構

第8頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日蛋白質的結構胰島素的三級結構第9頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日蛋白質的結構血紅蛋白質的四級結構

血紅蛋白分子就是由二個由141個氨基酸殘基組成的α亞基和二個由146個氨基酸殘基組成的β亞基按特定的接觸和排列組成的一個球狀蛋白質分子，每個亞基中各有一個含亞鐵離子的血紅素輔基。第10頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日逆轉錄轉錄DNARNA翻譯肽鏈復制復制折疊等具有空間結構的蛋白質表達生物特有的功能或性狀天然蛋白質的合成過程遵循中心法則，并需經過高級空間結構的轉變第11頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日2、蛋白質工程的原理：基因改造3、基本途徑：從預期的蛋白質功能出發設計預期的蛋白質結構推測應有的氨基酸序列找到相對應的脫氧核苷酸序列（基因）第12頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日4、概念：蛋白質工程是指以蛋白質分子的結構規律及其生物功能的關系作為基礎，通過基因修飾或基因合成，對現有蛋白質進行改造，或制造一種新的蛋白質，以滿足人類的生生產和生活的需求。

蛋白質工程是在基因工程的基礎上，延伸出來的第二代基因工程。第13頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日蛋白質工程的內容主要有兩方面：①根據需要設計具有特定氨基酸序列和空間結構的蛋白質②而氨基酸排序由基因決定，所以還需要改造相應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，用于蛋白質工程。第14頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日三、蛋白質工程的進展和前景1、蛋白質工程的誕生是有其理論與技術條件的，它是隨著分子生物學、晶體學以及計算機技術的發展而誕生的，與基因組學、蛋白質組學、生物信息學的發展等因素有關2、現狀：成功的例子不多，主要是因為蛋白質發揮其功能需要依賴于正確的空間結構，而科學家目前對大多數蛋白質的空間結構了解很少。

第15頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日討論：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）？第16頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日（1）mRNA序列為：

GCU（或C或A或G）UGGAAA（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。第17頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日

異想天開

能不能根據人類需要的蛋白質的結構，設計相應的基因，導入合適的細菌中，讓細菌生產人類所需要的蛋白質食品呢？

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人類需要的蛋白質往往都是自然界已經存在的蛋白質，并非完全是人工設計出來而自然不存在的蛋白質。主要原因是蛋白質的高級結構非常復雜，人類對蛋白質的高級結構和在生物體內如何行使功能知之甚少，很難設計出一個嶄新而又具有生命功能作用的蛋白質，而且一個嶄新的蛋白質會帶來什么危害也是人們所擔心的。第18頁，共20頁，星期日，2025年，2月5日蛋白質工程是應怎樣的需求而崛起的？蛋白質工程的崛起主要是工業生產和基礎理論研究的需要。而結構生物學對大量蛋白質分子的精確立體結構及其復雜的生物功能的分析結果，為設計改造天然蛋白質提供了藍圖。分子遺傳學的以定點突變為中心的基因操作技術為蛋白質工程提供了手段。在已研究過的幾千種酶中，只有極少數可以應用于工業生產，絕大多數酶都不能應用于工業生產，這些酶雖然在自然狀態下有活性，但在工業生產中沒有活性或活性很低。這是因為工業生產中每一步的反應體系中常常會有酸、堿或有機溶劑存在，反應溫度較高，在這種條件下，大多數酶會很快變性