《蛋白质工程概论》PPT课件

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1、蛋白质工程概论前言基因工程诞生10周年之际著名科学家KevinM.Ulmer于1983年在SCIENCE(VOL.219)发表了论文«ProteinEngineering»,该文的摘要是:Theprospectsforproteinengineering,includingtherolesofx-raycrystallography,chemicalsynthesisofDNA,andcomputermodelingofproteinstructureandfolding,arediscussed.Itisnowpossibletoattempttomodifym

2、anydifferentpropertiesofproteinsbycombininginformationoncrystalstructureandproteinchemistrywithartificialgenesynthesis.Suchtechniquesofferthepotentialforalteringproteinstructureandfunctioninwaysnotpossiblebyanyothermethod.该文的发表标志着作为生物工程三大技术之一的蛋白质工程诞生了。蛋白质工程（proteinengineering）研究在过去的25

3、年间发展迅速，已取得一批较好成果，并开始应用于医学、农业、轻工等各个领域。2000年6月26日，人类基因组的工作草图宣告完成，并进入了后基因组时代（post-genomeera）。后基因组时代，中心任务是揭示基因组及其所包含的全部基因的功能，并在此基础上阐明生命体的遗传、进化、发育、生长、衰老、死亡的基本生物学规律，以及与人类健康和疾病相关的生物学问题。一、蛋白质工程的概念ProteinEngineering所谓蛋白质工程，就是通过对蛋白质已知结构和功能的了解，借助计算机辅助设计，利用基因定点诱变等技术，特异性地对蛋白质结构基因进行改造，产生具有新的特性的蛋白质的

4、技术，并由此深入研究蛋白质的结构与功能的关系。蛋白质工程是在遗传工程取得的成就的基础上，融合蛋白质结晶学、蛋白质动力学、计算机辅助设计和蛋白质化学等学科而迅速发展起来的一个新兴研究领域，它开创了按照人类意愿设计制造符合人类需要的蛋白质的新时期，因此，被誉为第二代遗传工程。二、蛋白质工程的基础（一）工、农业以及医药卫生事业的高速发展为蛋白质工程的开展开拓了广阔应用前景（二）蛋白质结构与功能关系研究技术的建立推动了蛋白质结构与功能关系的研究，从而为蛋白质改造提供了理论依据（三）基因工程理论和技术的发展，为蛋白质的改造和生产提供了必要的技术手段（一）工、农业以及医药卫生

5、事业的高速发展为蛋白质工程的开展开拓了广阔应用前景1.酶的开发利用依赖于蛋白质工程的研发加酶去污剂:洗衣粉、漂白分等；妨碍酶开发利用的原因主要有：生物材料中酶含量甚少，用传统方法分离纯化酶蛋白成本太高；酶蛋白分子结构的稳定性差，过酸、过碱、高温、氧化等因素可破坏其结构，使其丧失生物活性，因而在工业加工条件下，酶的半衰期短，利用率低；酶催化活性的最适pH值及底物专一性的范围较窄，与工业应用的要求有较大差距。因此，要想扩大酶蛋白的开发利用，需要建立适当的方法，以改善酶蛋白的生物特性，使之适合于工业应用的需求，这就需要利用蛋白质工程对蛋白质进行改造。2.在多肽药物、抗

6、体以及其他活性蛋白质的基础与应用研究中，同样存在着蛋白质结构的改造问题如白细胞介素-2（IL-2）是一种免疫反应调节因子，在医学上具有广泛的用途。结构研究证明，IL-2是由133个氨基酸残基组成的多肽，有3个半胱氨酸，1个二硫键，而125位上的半胱氨酸处于游离状态，在分离纯化IL-2的过程中，易发生二硫键错配，致使整个多肽活性降低。定点诱变将编码链上编码125位半胱氨酸的密码子TGT转换成丝氨酸或丙氨酸的密码(TCT或GCA)，结果可以避免二硫键的错配，使产品IL-2的活性提高了7倍。再如:单克隆抗体是很有希望的疾病治疗用药,但是,单克隆抗体技术建立起已有数十年,

7、并早已认识到其药用价值,但至今应用不佳,原因是鼠源单抗对人来说是异体蛋白。其人源化改造需蛋白质工程才能完成。（二）蛋白质结构与功能关系研究技术的建立推动了蛋白质结构与功能关系的研究，从而为蛋白质改造提供了理论依据研究表明，蛋白质功能部位的几个氨基酸残基决定着蛋白质的功能，但是这几个负责功能的氨基酸残基必须处于一个极其精密的空间状态下才能发挥功能。只有能维持蛋白质结构域的必须氨基酸及其空间构象不变，其功能域的生物学活性才会保持不变。因此在对蛋白质进行改造之前必需对其结构与功能的关系进行充分地研究，了解影响蛋白质特性的氨基酸或氨基酸序列是哪些？改变这个（些）氨基酸是否

8、会影响蛋白