生物技术概论-蛋白质工程

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1、第六章蛋白质工程ProteinEngineering本章要求：了解蛋白质的基础结构理解蛋白质工程的研究方法了解蛋白质工程的运用了解蛋白质组学在自然界中，构成生命最基础的物质有：蛋白质最重要核酸最根本多糖脂类各种生命功能、生命现象、生命活动都和蛋白质有关第一节概述一、蛋白质蛋白质很重要具体表现在：1）蛋白质执行着酶的功能2）通过激素调节代谢作用3）产生相应的抗体4）构建各种生物膜二、蛋白质工程蛋白质工程就是在蛋白质的结构与功能为基础，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程自诞生之日起，就与基因工程密不

2、可分。一、蛋白质的一级结构（primarystructure)1、定义指氨基酸按一定的顺序通过肽键相连而成的多肽链，也是蛋白质最基本的结构。2、Anfinsen原理每一种蛋白质分子都有自己特有的氨基酸的组成和排列顺序即一级结构，由这种氨基酸排列顺序决定它的特定的空间结构，也就是蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级三级等高级结构。第二节蛋白质的结构基础二、蛋白质二级结构（secondarystructure）1、定义二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象，是多肽链局部的空间结构（构象）2、主要形式α-螺旋、β-折叠、β-转角等四种不同的α－螺旋在平行（A）和反平行（B

3、）β－折叠片中氢键的排列反向β－折叠RNase的一些二级结构三、三级结构（tertiarystructure）三级结构主要针对球状蛋白质是指整条多肽链由二级结构元件构建成的总三维结构胰岛素的三级结构四、四级结构（quaternarystructure）四级结构是指在亚基和亚基之间通过疏水作用等次级键结合成为有序排列的特定的空间结构。四级结构的蛋白质中每个球状蛋白质称为亚基血红蛋白的四级结构五、蛋白质分子间的相互作用亚基间的聚合可以被解离，可以重新聚合四级结构的蛋白质分子亚基间可以杂交多肽与蛋白质分子间可以聚合六、蛋白质空间结构分析蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息，

4、以便建立结构与功能之间关系的数据库，为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。蛋白质数据库，HPDB数据库蛋白质空间结构预测，如Homology等软件分析常用蛋白序列和结构数据库PDB蛋白质三维结构SWISS-PROT蛋白质序列数据库PIR蛋白质序列数据库OWL非冗余蛋白质序列EMBL核酸序列数据库TrEMBLEMBL的翻译数据库GenBANK核酸序列数据库PROSITE蛋白质功能位点SWISS-MODEL从序列模建结构SWISS-3DIMAGE三维结构图示DSSP蛋白质二级结构参数FSSP已知空间结构的蛋白质家族SCOP蛋白质分类数据库CATH蛋白质分类数据库Pfam蛋白质家族和结构域

5、七、蛋白质结构与功能的关系1、结构决定功能必须基团、非必须基团2、如何利用结构执行特定的功能的呢？正逐步被揭示第三节蛋白质工程的研究方法一、蛋白质工程的研究策略反向生物学技术根据对天然蛋白质结构与功能分析建立起来的数据库里的数据，可以预测一定氨基酸序列肽链空间结构和生物功能；反之也可以根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构。序列功能预测流程图蛋白质结构预测流程图二、蛋白质全新设计1、设计目标的选择2、蛋白质设计技术与方法序列最简化法3、改变现有蛋白质的结构1）基本步骤2）人工定点突变M13载体法PCR法第四节蛋白质工程技术的应用一、胰蛋白酶二、金属硫蛋白三、人白细胞介素-2四、

6、组织纤溶酶原激活因子五、枯草杆菌蛋白酶金属硫蛋白（Metallothionein)，简称MT含有丰富的巯基，能螯合大量的金属离子MT分子呈椭圆形，分子量为6500道尔顿，两个结构域拼接在一起，每个分子含7-12个金属原子，具有特殊的光吸收，构象较坚固，具有较强的耐热性。金属硫蛋白的六大功能1)清除体内自由基、防止机体衰老：MT是体内清除自由基能力最强的一种，其清除羟自由基的能力约为SOD的10,000倍2)解除重金属的毒性：MT的巯基基团（-SH）能强烈螯合有毒金属汞、银、铅、镉、砷、铬、镍等3)参与体内微量元素的代谢：在体内，MT可根据体内微量元素的状况对锌、铜、锰、铁、钼、硒、钴、碘的吸

7、收、储存、运输和释放等进行精细调节，使机体达到最佳生理状态。4)增强机体对各种不良状态的适应能力：当机体处于各种不良状态时，体内MT含量增加，从而提高锌、铜、锰、铁、钼、硒、钴、碘等微量元素的浓度，机体适应能力随之增强。5)锌元素的贮存库：每100毫克锌金属硫蛋白含6.9毫克锌，肝、肾中的锌元素主要是以金属硫蛋白的形式贮存。6)防止细胞癌变：MT可消除自由基、重金属（砷、汞、镉、铬、镍）、烷化剂、电离辐射以及