第3章基因工程 第4节蛋白质工程的原理和应用
第4节 蛋白质工程的原理和应用 第3章 基因工程
你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同 颜色荧光的细菌“画”的美妙图案。这些 细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内 导入了荧光蛋白的基因。 最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白， 科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白 等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检 测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用 那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设 计和改造的呢？
你见过用细菌画画吗？右图是用发出不同 颜色荧光的细菌“画”的美妙图案。这些 细菌能够发出荧光，是因为在它们的体内 导入了荧光蛋白的基因。 最早被发现的荧光蛋白是绿色荧光蛋白， 科学家通过改造它，获得了黄色荧光蛋白 等。这些荧光蛋白在细胞内生命活动的检 测、肿瘤的示踪研究等领域有着重要应用 那么，科学家是怎样对蛋白质分子进行设 计和改造的呢？
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，通过改造 或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一 种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需 求。它是在基因工程的基础上，延伸出 来的第二代基因工程，是包含多学科的 综合科技工程
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，通过改造 或合成基因，来改造现有蛋白质，或制造一 种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需 求。它是在基因工程的基础上，延伸出 来的第二代基因工程，是包含多学科的 综合科技工程
一、蛋白质工程崛起的缘由 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以 产生本蛋白质，进而表现出新的性状，这就是基因工 程的实质。 基因工程的不足：基因工程原则上只能生产自然界中 已存在时蛋自质。 天然蛋白质的不足：它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
一、蛋白质工程崛起的缘由 将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以 产生本蛋白质，进而表现出新的性状，这就是基因工 程的实质。 基因工程的不足：基因工程原则上只能生产自然界中 已存在时蛋自质。 天然蛋白质的不足：它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：玉米中赖氨酸的含量比 较低，赖氨酸合成中两种酶的 氨基酸被替换，就可以使玉米 叶片和种子中游离赖氨酸分别 Lysine 提高5倍和2倍
实例：玉米中赖氨酸的含量比 较低，赖氨酸合成中两种酶的 氨基酸被替换，就可以使玉米 叶片和种子中游离赖氨酸分别 提高5倍和2倍
二、蛋白质工程的基本原理 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设计改造。 蛋白质工程的手段：通过基因改造或基因合成，对 现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质
二、蛋白质工程的基本原理 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设计改造。 蛋白质工程的手段：通过基因改造或基因合成，对 现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质
天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的： 基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基 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。 蛋白质工程的基本思路是：从预期的蛋白质功能出 发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序 列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因） 或合成新的基因→获得所需要的蛋白质
天然蛋白质合成的过程是按照中心法则进行的： 基因→表达（转录和翻译）→形成具有特定氨基 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。 蛋白质工程的基本思路是：从预期的蛋白质功能出 发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序 列→找到并改变相对应的脱氧核苷酸序列（基因） 或合成新的基因→获得所需要的蛋白质
蛋白质工程流程图 设 推 改造或 目的 预期功能 测 合成 基因 生物功能 mRNA 使 蛋白质 叠 多肽链 译 mRNA 录 (三级结构)
蛋白质工程流程图 预期功能 生物功能 设 计 推 测 改造或 合成 行 使 折 叠 翻 译 转 蛋白质 录 （三级结构） 多肽链 mRNA 目的 基因
三、蛋白质工程的应用 研发速效胰岛素 改造抗体 类似物 蛋白质工 程的应用 提高干扰素的保 改造酶（工业、 存期 农业)
三、蛋白质工程的应用 蛋白质工 程的应用 改造抗体 研发速效胰岛素 类似物 改造酶（工业、 农业） 提高干扰素的保 存期
项目 赖脯胰岛素 门冬胰岛素 谷赖胰岛素 结构特点 B链第28位脯氨B链第28位脯氨 B链第3位门冬 酸与第29位赖氨酸被天门冬氨酸 酰胺被赖氨酸 酸互换 替代 替代，B链第29 位的赖氨酸被 谷氨酸替代 起效时间 15~30min 10~20min 10~15min 峰值时间 30~70min 1~3h 1~1.5h 作用持续时间2~5h 3~5h 3-5h CFDA批准的 成年人糖尿病； 成年人糖尿病； 成年人糖尿病 适应证 儿童和青少年 妊娠糖尿病； 儿童和青少年 注：CFDA中国食品药品监督管理局 速效胰岛素类似物
速效胰岛素类似物