2021年生物技术导论教案.doc

生物技术导论教案——蛋白质工程教学目标:1、了解蛋白质工程概念、蛋白质基础结构、基础原理;2、了解蛋白质研究方法;3、了解蛋白质组学 ;4、经过合适组织讨论让同学们主动参与课堂,掌握和了解部分基础蛋白质工程利用。教学关键:1、蛋白质高级结构;2、蛋白质组学;3、蛋白质研究方法;教学难点:1、改变蛋白质结构方法;2、蛋白质功效和结构设计。讲解内容:关键内容介绍——此次课讲授《生物技术导论》(P154-167),包含教学内容蛋白质结构基础、蛋白质研究方法、蛋白质工程利用实例、蛋白质组学;其中关键讲授:蛋白质研究方法、蛋白质组学。具体内容(一)蛋白质结构基础1、蛋白质结构(1)结构:蛋白质分子是由氨基酸首尾相连缩合而成共价多肽链,不过天然蛋白质分子并不是走向随机松散多肽链。每一个天然蛋白质全部有自己特有空间结构或称三维结构,这种三维结构通常被称为蛋白质构象,即蛋白质结构。(2)功效:多种生命功效、生命现象、生命活动全部和蛋白质相关:。。。。2、蛋白质工程概念:蛋白质工程就是以蛋白质结构和功效为基础,利用基因工程手段,根据人类本身需要,定向地改造天然蛋白质,甚至发明新、自然界本不存在、含有优良特征蛋白质分子。3、蛋白质结构基础(1)蛋白质一级结构(primarystructure)定义:蛋白质一级结构是指氨基酸按一定次序经过肽键相连而成多肽链,也是蛋白质最基础结构。图1:蛋白质一级结构(2)蛋白质二级结构(secondarystructure)定义:二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成含有周期性结构构象,是多肽链局部空间结构(构象)关键形式:α-螺旋、β-折叠、β-转角等多媒体展示蛋白质二级结构图二:蛋白质二级结构(3)蛋白质三级结构(tertiarystructure)三级结构关键针对球状蛋白质,是指整条多肽链由二级结构元件构建成总三维结构。图三:蛋白质三级结构(4)蛋白质四级结构(quaternarystructure)四级结构是指在亚基和亚基之间经过疏水作用等次级键结合成为有序排列特定空间结构。四级结构蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基。图四:蛋白质四级结构4、蛋白质分子间相互作用亚基间聚合能够被解离,能够重新聚合;四级结构蛋白质分子亚基间能够杂交;多肽和蛋白质分子间能够聚合。(二)蛋白质工程研究方法1、蛋白质工程研究策略反向生物学技术:确定蛋白质功效→蛋白质应有高级结构→蛋白质应含有折叠状态→应有氨基酸序列→应有碱基排列,能够发明自然界不存在蛋白质。即依据特定生物功效,设计蛋白质氨基酸序列和空间结构。2、蛋白质全新设计(1)设计目标选择包含:结构设计和功效设计,现在关键侧重结构设计结构设计通常从蛋白质二级结构开始,模拟蛋白质结构稳定性功效设计关键进行天然蛋白质功效模拟2)蛋白质设计技术和方法序列最简化法:3)改变现有蛋白质结构(关键)基础步骤:(1)分离纯化目标蛋白。(2)分析目标蛋白质一级结构。(3)分析目标蛋白质三维结构和结构和功效关系。(4)依据蛋白质一级结构设计引物,克隆目标基因。(5)依据蛋白质三维结构和结构和功效关系和蛋白质改造目标设计改造方案。(6)对目标基因进行人工定点突变。(7)改造后基因在宿主细胞中表示。(8)分离纯化表示蛋白质并分析其功效,评价是否达成设计目标人工定点突变方法。(三)蛋白质工程技术应用1、胰蛋白酶2、金属硫蛋白3、人白细胞介素-24、组织纤溶酶原激活因子5、枯草杆菌蛋白酶。(四)蛋白质组学(Proteomics)1、人类蛋白质组计划概述:,国际人类蛋白质组组织宣告成立。以后,该组织正式提出开启了两项重大国际合作行动:一项是由中国科学家牵头实施“人类肝脏蛋白质组计划”;另一项是以美国科学家牵头实施“人类血浆蛋白质组计划”,由此拉开了人类蛋白质组计划帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织/器官蛋白质组计划,由中国贺福初院士牵头,这是中国科学家第一次领衔重大国际科研协作计划,总部设在北京,现在有16个国家和地域80多个试验室报名参与。它科学目标是揭示并确定肝脏蛋白质,为重大肝病预防、诊疗、诊疗和新药研发突破提供关键科学基础。2、蛋白质组学研究内容包含:(1)蛋白质判定:能够利用一维电泳和二维电泳并结合Western等技术,利用蛋白质芯片和抗体芯片及免疫共沉淀等技术对蛋白质进行判定研究。(2)翻译后修饰:很多mRNA表示产生蛋白质要经历翻译后修饰如磷酸化,糖基化,酶原激活等。翻译后修饰是蛋白质调整功效关键方法。(3)蛋白质功效确定:如分析酶活性和确定酶底物,细胞因子生物分析,配基-受体结合分析,基因表示产物-蛋白质功效分析。另外对蛋白质表示出来后在细胞内定位研究也在一定程度上有利于蛋白质功效了解。荧光