蛋白质工程
蛋白质工程
20种氨基酸的密码子表
—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列
比较基因工程和蛋白质工程
中心法则逆推
中心法则
流程
蛋白质工程是在基因工程基础上的延伸,是第二代基因工程
联系
基因修饰或基因合成
基因重组
实质
自然不存在的蛋白
天然存在的蛋白
结果
操作环境——生物体外；操作对象——基因；操作水平——分子
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
1、目标：根据人们对 功能的特定需求,对蛋白质的 进行分子设计。 2、原理：改造基因 基因 或基因 。 3、途径： 预期蛋白质功能→设计 →推测应有的 序列→找到对应的 序列 基因 。
蛋白质工程的途径：
基础:
蛋白质工程的实质：
途径:
目标:
蛋白质分子的结构规律和生物功能
基因修饰或基因合成
改造或制造新的蛋白质,满足人类的生产或生活的需要
是对编码蛋白质的基因进行改造
蛋白质工程的概念
讨论：对照密码表,至少写出三种决定“—丙氨酸—色氨酸—赖氨酸—甲硫氨酸—苯丙氨酸—”的脱氧核苷酸序列。 P27
Suitable for teaching courseware and reports
蛋白质工程
温故而知新
2、描述基因工程的操作步骤。
3、讨论基因工程产生的蛋白质的特点。
基因工程在原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。
1、蛋白质的基本单位蛋白质多样性的根本原因
一、蛋白质工程崛起的缘由
1、基因工程的应用 1 基因工程的实质：将一种生物的 转移到另一种生物体内,使后者产生本不能产生的 ,进而表现出的 。 2 基因工程的不足：在原则上只能生产自然界已存在的 。 2、天然蛋白质的不足 天然蛋白质是生物在长期 过程中形成的,它们的 符合特定物种 的需要,却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 3、蛋白质工程的目的生产符合人类生产和生活需要的 。
蛋白质工程
1酶工程：指利用酶细胞器灬细胞所具有的特异性催化功能或对酶进行修饰改造借助生物反应器和工艺过程，在将相应的原料转化成人类所需产品的一项技术蛋白质工程：利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子也称为第二代基因工程2酶的结构一级结构：指蛋白质肽链的氨基酸排列顺序特征二级结构：指肽链中局部肽段的构象二级结构单元：α-螺旋β-折叠β-转角无规则卷曲超二级结构：指酶蛋白中，由肽链上的临近部位的二级结构单元紧密折叠而成的局部性单元酶蛋白的三级结构：指蛋白质肽链中所有肽键和残基的空间相对位置四级结构：寡聚酶各个亚基之间的连接与排布即为酶蛋白的四级结构3氧化还原酶是催化氧化还原反应的一类酶转移酶是催化某基团从供体化合物专一到受体化合物中的一类酶水解酶是催化各种化合物进行水解反应的一类酶裂合酶又称为裂解酶是催化一个化合物裂解成为两个较小的化合物及其逆反应的一类酶异构酶是催化分子内部基团位置或构象的转换的一类酶连接酶或合成酶事伴随着ATP等核苷三磷酸的水解催化两个分子进行连接反应的酶4辅因子：酶蛋白中非蛋白部分可以是无机离子也可以是有机化合物5失活抑制：由于一些物理和化学试剂部分或全部破坏了酶的三维结构即引起酶蛋白的变性导致部分或全部丧失活性抑制作用：在酶不变性的情况下由于必须基团或活性中心化学性质的改变而引起的酶活性的降低或丧失去激活作用：某些酶只有在金属离子存在下才能有活性，去除金属离子会引起这些酶活性的降低或流失6抑制作用分类不可逆抑制作用：抑制剂与酶的必须基团以共价键结合而引起酶活性丧失不能用透析超滤或凝胶过滤等物理方法去除抑制剂而使酶复活者称为不可逆抑制作用可逆抑制作用：抑制剂与酶可以非共价键结合而引起酶活性的降低或丧失，能用物理方法去除抑制剂而是酶复活者称为可逆抑制作用7IU：在特定条件下，每分钟催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为一个酶活力单位Kat：在特定条件下每秒催化1moi底物转化为产物的酶量8酶的固定化方法1.吸附法：利用各种固体吸附剂将酶或含酶的菌体吸附在其表面称为物理吸附简称吸附法2.结合法：离子键结合法，共价键结合法a离子键结合法：通过离子键使酶与载体结合的固定化方法常用载体：DEAE-纤维素 DEAE-葡聚糖凝胶b共价键结合法：通过共价键使酶与载体结合的固定化方法常用载体：天然高分子人工合成的高聚物，无机载体a交联法：借助双功能试剂石酶分子之间发生交联作用制成网状结构的固定化酶的方法也可以用于含酶菌体或酶体碎片的固定化往往与其他方法连用b包埋法：将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中时酶固定化的方法称为包埋法可分为网格型和微囊型细胞固定化：固定在载体上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞称为固定化细胞该细胞能进行正常的生长反之和新陈代谢又称固定化活细胞或固定化增殖细胞9固定化酶：水不溶性酶经物理或化学方法，使酶与不溶于水的大分子载体结合或把酶包埋在水不溶性凝胶或半透膜的微囊中制成的酶称为固定化酶10酶分子修饰：通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程11酶生物合成模式a同步合成型：酶的生物合成与细胞生长同步进行的一种酶生物合成模式，该类型酶的生物合成速度与细胞生长速度联系紧密，又称生长偶联型大部分组成酶的生物合成属于同步合成型，有部分诱导酶也按照比模式进行生物合成b延续合成型：酶的生物合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入平衡期后，酶还可以延续合成一段时间（属于该类型的酶可以是组成酶，也可以是诱导酶）c中期合成型：该类型的酶在细胞生长到一段时间后才开始，而在细胞生长进入平衡期后酶的生物合成也随着停止d滞后合成型：是在细胞生长一段时间或进入平衡期以后才开始其生物合成并大量积累，又称非生长偶联型（许多水解酶的生物合成都属于这一类型12加压膜分离：以薄膜两边的流体静压差为推动力的膜分离技术（根据截留物质颗粒的大小不同分为微滤，超滤和反渗透）电场膜分离：在半透膜两侧分别装上正负极在电场作用下小分子的带电物质或离子向着与本身所带电荷相反的电极移动透过半透膜达到分离目的扩散膜分离：利用小分子物质的扩散作用不断透过半透膜扩散到膜外而大分子被截留而达到分离目的层析分离：利用混合液中各组分的物理化学性质不同，使各组分以不同的比例分布在两层析过程：13以凝胶层析为例：过程分为上柱，上样和洗脱三步。
蛋白质工程
蛋白质工程一、名词解释：1.蛋白质工程:是研究蛋白质结构和定点改造蛋白质结构的一门学科。
它运用基因工程手段，通过有控制的基因修饰和基因合成，对现有蛋白质进行定向改造，以期获得性能更加优良、更符合人类社会需要的蛋白质分子。
2. 抗体:指机体的免疫系统在抗原刺激下产生的可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。
3. 人-鼠嵌合抗体：用鼠可变区和人恒定区融合形成的抗体。
4.人源化抗体：将鼠杂交瘤抗体的超变区嫁接到人抗体上形成的抗体。
5. 一级结构：是多肽链中氨基酸残基从N-末端到C-末端的排列顺序及二硫键的位置。
6.二级结构：是指多肽链主链借助氢键排列成特有的规则的反复构象。
7.超二级结构（结构模体）：一级顺序上相邻的二级结构在三维折叠中，彼此靠近、按特定的几何排布形成排列规则的、在空间结构上可以辨认的、可以同一结构模式出现在不同蛋白质中的二级结构组合体，称为结构模体。
8.发夹式β模体（或ββ组合单位）：两段相邻的反平行β链被一环链连接在一起构成的组合单位，其形貌与发夹相似，称为发夹式β模体。
9.希腊钥匙模体：四段紧邻的反平行β链以特定的方式来回往复组合，其形貌类似于古希腊钥匙上特有的回形装饰纹，故称为希腊钥匙型模体。
11.结构域：二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，称为结构域。
12.三级结构：在二级结构、结构模体的基础上，进一步盘曲、折叠形成的，涉及主链、侧链在内的所有原子和基团的空间排布。
13.四级结构：是指在多条肽链组成的一个蛋白质分子中，各亚单位在寡聚蛋白质中的空间排布及亚单位间的互相作用。
14.优势构象：任何氨基酸侧链中的组成基团都可以绕着其间的C-C单键旋转，从而产生各种不同的构象。
AA分子的各种构象异构体并不是平均分布的, 总是以其最稳定的构象为重要的存在形式即为优势构象。
15.交错构象：是能量上最有利的排布，在这种构象中，一个碳原子的取代基正好处在另一个碳原子的两个取代基之间。
蛋白质工程的概念
蛋白质工程的概念
蛋白质工程是一门应用生物技术手段，通过物理、化学和分子生物学等技术手段对蛋白质结构基因进行修饰或改造，生物表达合成具有特定功能的蛋白质的技术。
它是基于已知蛋白质的结构与生物功能之间的关系，运用生物信息学、计算机辅助设计、生物化学和晶体学等理论和方法，通过物理、化学和分子生物学等技术手段对蛋白质结构基因进行修饰或改造，生物表达合成具有特定功能的蛋白质。
蛋白质工程的应用非常广泛，包括药物研发、食品工业、生物制药、环境保护等领域。
在药物研发中，蛋白质工程技术可以帮助科学家研究和理解蛋白质的生理和生物化学特性，开发出更有效的治疗药物。
在食品工业中，蛋白质工程技术可以用于改善食品的口感、营养价值和保质期。
在生物制药中，蛋白质工程技术可以用于生产重组蛋白、抗体等生物制品。
在环境保护中，蛋白质工程技术可以用于处理废水、废气等环境污染物。
蛋白质工程定义
蛋白质工程定义介绍蛋白质工程是一门综合学科，涉及到生物学、生物化学、生物信息学等多个领域。
蛋白质工程的目标是通过合成或改造蛋白质的结构和性质，开发出具有特定功能的新型蛋白质。
蛋白质工程在药物研发、生物能源、农业和环境保护等领域具有广泛的应用前景。
蛋白质工程的起源和发展蛋白质工程起源于20世纪70年代，当时科学家们开始尝试通过改变蛋白质的氨基酸序列来改变其性质。
随着技术的进步，研究人员可以通过基因工程的手段来合成具有特定性质的蛋白质。
1982年，第一个通过基因工程合成的人类蛋白质——胰岛素成功问世，这标志着蛋白质工程的重要突破。
蛋白质工程的方法和技术蛋白质工程利用多种方法和技术来实现对蛋白质的改造，其中常用的包括：1. 随机突变通过人工合成或随机突变的方式，改变蛋白质的氨基酸序列，进而改变蛋白质的结构和功能。
这种方法常用于寻找具有新功能的蛋白质。
2. 有针对性的突变通过对蛋白质的氨基酸序列进行有选择性的突变，例如点突变、插入突变和缺失突变，可以改变蛋白质的稳定性、抗原性以及其他性质。
3. 蛋白质摘要和重组将两个或多个蛋白质的功能单元进行重新组合，可以获得具有新特性的重组蛋白质。
4. 手性选择通过合成手性选择性的氨基酸或引入特定的修饰基团，改变蛋白质的手性结构，并调节其生物活性。
5. 蛋白质折叠和组装通过调控蛋白质的折叠和组装过程，可以控制蛋白质的结构和功能。
这种方法常用于改善蛋白质的稳定性和可溶性。
蛋白质工程在药物研发中的应用蛋白质工程在药物研发中发挥着重要作用。
通过对药物靶点蛋白质的改造，可以提高药物的选择性和疗效，减少副作用。
同时，蛋白质工程还可以用于合成新型药物载体和药物传递系统，提高药物的稳定性和药效。
蛋白质工程在生物能源领域的应用蛋白质工程在生物能源领域也有广泛的应用。
通过改造酶和微生物的代谢途径，可以提高生物能源的产量和转化效率。
蛋白质工程还可以用于合成新型酶类催化剂，提高能源生产过程中的反应速率和选择性。
高三知识点生物蛋白质工程
高三知识点生物蛋白质工程生物蛋白质工程是现代生物技术领域的一个重要分支，它的出现对于改善人类生活质量、促进医药发展具有重要的意义。
本文将探讨高三生物知识中的蛋白质工程，深入了解其原理、应用和未来发展。
一、蛋白质工程的概念和原理蛋白质工程是通过改变蛋白质的结构和功能，利用现代生物技术手段，创造具备特定功能和特性的新型蛋白质，或者改进现有蛋白质的性质和表达方式。
其原理主要通过研究蛋白质的结构和功能关联，以及蛋白质的基因序列来实现。
二、蛋白质工程的应用1. 药物研发：蛋白质工程在药物研发中发挥了重要的作用。
通过改造蛋白质的结构和功能，可以提高药物的有效性和生物利用度，降低副作用和毒性，进一步提高药物的安全性和疗效。
2. 农业领域：蛋白质工程可以用于农业生产中，通过改变植物的基因表达，使其在抗病虫害、抗逆境等方面具有更好的性能，从而提高作物的产量和质量。
3. 工业应用：蛋白质工程在工业领域中也得到了广泛应用。
例如，通过改造微生物菌株的基因，制造出能够高效产生酶的工业微生物，用于生产生物降解剂、生物染料等工业原料。
4. 环境保护：蛋白质工程可以应用于环境保护领域。
例如，通过改良植物和微生物的基因，使其具有更强的污染物降解能力，从而实现土壤和水体的修复和净化。
三、蛋白质工程的挑战与前景尽管蛋白质工程在各个领域中具有广泛的应用前景，但仍然面临一些挑战。
首先是基因编辑技术的不完善，目前的技术存在着剪切效率低、难以定点编辑等问题；其次是目前对于蛋白质结构与功能的理解还不够深入，限制了蛋白质设计和修饰的效果；此外，生物安全问题也是蛋白质工程发展中需要重视的问题。
然而，蛋白质工程仍然被广泛认为是生物技术的热点领域，它的发展前景十分广阔。
随着技术不断进步，蛋白质工程有望为医学、农业、环境保护等领域的问题提供更好的解决方案。
例如，疫苗的研发、治疗性蛋白质的生产和应用，都将得到更大的突破和进展。
结语蛋白质工程是一门融合了生物学、化学、医学等多学科知识的科学技术。
蛋白质工程名词解释
蛋白质工程名词解释
蛋白质工程是一门应用生物技术和分子生物学原理，通过对蛋白质的基因序列进行改变和重新组合，来设计和制造具备新功能或改良功能的蛋白质的领域。
在蛋白质工程中，用于改变蛋白质的基因序列的方法包括基因突变、插入或删除特定基因片段、以及不同蛋白质之间的基因互换。
这些方法旨在改变蛋白质的结构和功能，以满足特定的应用需求。
蛋白质工程的应用范围广泛。
例如，在医药领域，蛋白质工程可以用来改良药物的效力和安全性，设计更有效的抗生素或抗癌药物，甚至用于生产重组蛋白质药物。
在农业领域，蛋白质工程可以用于改良农作物的抗病能力和适应性，提高农作物的产量和品质。
此外，蛋白质工程在工业生产中也起着重要作用，如开发新型生物催化剂、生产工艺中的酶和蛋白质纳米材料等。
蛋白质工程的发展对科学研究和应用领域带来了巨大的潜力。
通过对蛋白质结构和功能的了解，科学家能够精确地设计和构建具有特定性能和特征的蛋白质，以满足不同领域的需求。
总之，蛋白质工程是一门迅速发展的科学领域，其研究和应用有助于创造出更加智能和高效的生物技术产品，并在医药、农业和工业等领域做出贡献。
蛋白质工程
3、 合成嵌合抗体。如：人鼠嵌合抗体抗原性显著下降 、 合成嵌合抗体。
第三节
蛋白质工程
1、蛋白质工程概念 2、蛋白质工程原理、步骤 3、蛋白质的分子设计 1）小范围改造 如：T4溶菌酶、速效胰岛素 2）拼接组装 如：人鼠嵌合抗体 3）从头设计 4、蛋白质工程的应用 1）提高蛋白质的稳定性 2）改变蛋白质的活性 3）合成嵌合抗体
二、蛋白质工程原理、步骤 蛋白质工程原理、
基因表达流程图 基因表达流程图
蛋白质工程流程图 蛋白质工程流程图 工程流程
1. 从预期的蛋白质功能出发 从预期的蛋白质功能 功能出发 2. 设计预期的蛋白质结构 设计预期的蛋白质结构 3. 推测应有的氨基酸序列 推测应有的氨基酸 氨基酸序列 4. 找到相应的脱氧核苷酸序列 找到相应的脱氧核苷酸 脱氧核苷酸序列
（1）获得②一般用 人工合成基因 的方法，①和②结合能形 ______的方法 的方法， ）获得② 最重要的是① 成③，最重要的是①和②经处理后具有 相同的黏性末端 。 （2）在⑤→⑥过程中，获得抗病基因的金茶花细胞将经历 ） ⑥过程中， 脱分化和 再分化 _____和 过程后才能形成⑦ 过程后才能形成⑦。 （3）抗枯萎病金茶花的培育成功说明一种生物的基因表达系统 ） 脱氧核苷酸序列（遗传信息或碱基序列） 脱氧核苷酸序列 能够识别来自另一种生物的DNA的________。（遗传信息或碱基序列） 能够识别来自另一种生物的 的 。 （4）欲快速培育大量该抗病新品种，应该采用的技术是 ）欲快速培育大量该抗病新品种， 植物组织培养 ____________________。通过转基因方法获得的抗病金茶花， 。通过转基因方法获得的抗病金茶花， 将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ 将来产生的配子中是否一定含有抗病基因？ 不一定 。
蛋白质工程简介
蛋白质改造
01
02
03
氨基酸替换
通过改变蛋白质中特定氨 基酸的类型，以改善其功 能或性质。
肽链剪切
将肽链中的一部分切除或 替换，以产生具有更好性 能的蛋白质。
基因敲除或敲入
通过基因工程技术，将目 标基因从蛋白质编码基因 组中删除或插入，以改变 蛋白质的结构和功能。
蛋白质从头设计
总结词：实践应用
详细描述：该书不仅介绍了蛋白质工程的基本原理和方法，还详细介绍了其在各个领域的应用和实践，为读者提供了理论与 实践相结合的学习体验。
THANK YOU
蛋白质特异性不高等
蛋白质工程中，提高蛋白质特异性和功能是重要挑战之一 。解决方案包括合理设计氨基酸序列、引入突变或使用噬 菌体展示技术等。
蛋白质工程的发展趋势与前景
发展潜力巨大
蛋白质工程作为生物技术领域的重要分支，具有 广泛的应用前景。未来，蛋白质工程将为医药、 农业、能源和环境等领域带来更多创新和突破。
特定功能的蛋白质。
优化
通过重复筛选和突变体的产生， 逐步优化蛋白质的性能，提高其
与抗体的亲和力。
04
蛋白质工程的应用案例
蛋白质工程用于药物设计
蛋白质工程用于药物设计时，可以针对已知的靶点设计出高 活性的药物分子。例如，通过蛋白质工程改造抗体，使其具 有更强的抗肿瘤效果或者更低的副作用。
蛋白质工程还可以优化药物的代谢性质，提高药物的生物利 用度，降低药物的毒副作用。例如，通过蛋白质工程技术改 变药物的代谢途径，减少药物在体内的积累，降低药物的毒 副作用。
工业领域
蛋白质工程在工业领域的应用主要包括生物催化、生物材料、生物信息 等方面。例如，通过蛋白质工程改造酶类，提高其催化效率和特异性， 用于化工、制药等领域。
蛋白质工程概念
蛋白质工程概念
蛋白质工程是一种利用现有蛋白质结构及功能的基础上，通过改变其氨基酸序列、引入新的功能基团或者构建新的蛋白质结构，以设计和生产具有特定功能的蛋白质的科学技术。
它涉及到对蛋白质的理解、改造和优化，旨在开发出具有高效率、高特异性和高稳定性的蛋白质产物。
蛋白质工程的主要目的是通过对蛋白质结构和功能的改变，使其具备新的性质和功能。
这些新的性质和功能可以包括增强酶活性、改善抗原性或药物亲和性、提高蛋白质的稳定性和可溶性等。
蛋白质工程在生物医药领域具有广泛的应用，比如用于开发新型药物、治疗癌症、设计新的酶催化反应等。
蛋白质工程的方法主要包括定向进化、理性设计和随机设计等。
其中定向进化是一种通过模拟自然界的进化过程，通过引入随机变异和筛选优胜劣汰的方法，逐步筛选出具有目标性能的蛋白质。
理性设计是一种通过对蛋白质结构和功能的深入理解，有针对性地进行氨基酸序列的改变，以实现特定的蛋白质性质改造。
随机设计是一种通过随机引入氨基酸变异的方法，以获得新的蛋白质序列，从而创造出新的蛋白质结构和功能。
蛋白质工程的发展对于提高生物技术和生物医学领域的研究和应用具有重要意义。
它不仅为开发新药物和生物材料提供了新的途径，还为研究蛋白质的结构和功能以及理解生物过程提供了有力的工具。
蛋白质工程的概念高中生物
蛋白质工程的概念高中生物
蛋白质工程是指利用生物技术手段对蛋白质进行改造或设计，以满足特定需求的过程。
在高中生物课程中，通常会涉及到基本的概念和应用。
具体来说，蛋白质工程可以包括以下内容：
1.蛋白质的结构与功能：学习蛋白质的基本结构，了解蛋
白质在细胞中的重要作用，如酶的催化作用、结构蛋白的支持作用等。
2.基因工程：了解基因工程技术，包括DNA重组技术和
基因克隆等，这些技术可以被用来改造蛋白质的编码基因，从而改变蛋白质的性质。
3.重组蛋白的生产：学习如何利用重组DNA技术来大规
模生产重组蛋白，例如利用大肠杆菌或其他微生物表达系统来生产人类重组胰岛素等药物。
4.蛋白质结构预测与设计：了解一些基本的蛋白质结构预
测方法，以及蛋白质设计的基本原理，例如通过蛋白质工程设计出新的酶类催化剂或药物分子。
总的来说，蛋白质工程是一门涉及生物技术和生物化学的学科，涉及到对蛋白质的理解、改造和应用。
在高中生物课程中，可以简要介绍这些基本概念，并引导学生对蛋白质工程的潜在应用进行思考。
蛋白质工程
精选ppt
1
一、蛋白质工程崛起的缘由
例如：
满足人类生产 和生活的需要
干扰素（半胱氨酸） 改造 干扰素（丝氨酸）
体外很难保存
体外可以保存半年
玉米中赖氨酸含量比较低
天冬氨酸激酶 （352位的苏氨酸）
玉米中赖氨酸含量可提高数倍
改造
天冬氨酸激酶（异亮氨酸）
二氢吡啶二羧酸合成酶 （104位的天冬酰胺）
14
一、 初级改造
➢通过基因突变方法，以达到改变氨基酸进而改造蛋白 质的目的。 ➢目前，主要采用的基因突变方法：
基因定位突变 盒式突变。
精选ppt
15
➢基因定位突变
根据三联体密码，编码DNA（目的基因）的确定位点， 改变其组成核苷酸的顺序或种类，使基因发生定向变 异，使其控制合成的氨基酸种类、顺序发生改变，合 成出具有预期氨基酸序列的修饰蛋白质。
①延长酶的半衰期；
②提高酶的热稳定性；
③延长药选ppt
21
一、 消除酶的被抑制特性
➢1985年，美国的埃斯特尔借助寡核苷酸介导的定位 突变技术，用19种其他氨基酸分别替代枯草芽孢杆菌 蛋白酶分子第222位残基上易氧化的Met，获得了一系 列活性差异很大的突变酶。发现除了用Cys代替Met的 突变体以外，其他突变体的酶活性都降低了。
精选ppt
26
六、修饰酶的催化特异性
➢利用定点突变技术葡萄糖淀粉酶的催化特性。如将 活性中心的GLu、Asp被Gln、Asn取代时，突变体酶分 解α-1，4糖苷键和α-1，4糖苷键的活性比例发生明 显改变
七、修饰Nisin的生物防腐效应 ➢ Nisin是乳酸球菌分泌的有较强抗菌作用的小分子 肽，可用于罐头食品、乳制品、肉制品的保藏 ➢Nisin由34个氨基酸残基构成
蛋白质工程
高级改造：蛋白质分子的剪裁，如结构域的拼接 从头设计合成新型蛋白质
一、 初级改造
➢通过基因突变方法，以达到改变氨基酸进而改造蛋白 质的目的。
➢目前，主要采用的基因突变方法： 基因定位突变 盒式突变。
➢基因定位突变
根据三联体密码，编码DNA（目的基因）的确定位点， 改变其组成核苷酸的顺序或种类，使基因发生定向变 异，使其控制合成的氨基酸种类、顺序发生改变，合 成出具有预期氨基酸序列的修饰蛋白质。
六、修饰酶的催化特异性
➢利用定点突变技术葡萄糖淀粉酶的催化特性。如将 活性中心的GLu、Asp被Gln、Asn取代时，突变体酶分 解α-1，4糖苷键和α-1，4糖苷键的活性比例发生明 显改变
七、修饰Nisin的生物防腐效应 ➢ Nisin是乳酸球菌分泌的有较强抗菌作用的小分子 肽，可用于罐头食品、乳制品、肉制品的保藏
与质粒 连接
感染 E.coli
(A)n 胰岛素原mRNA cDNA
重组质粒
mRNA
转化细菌
第四节 蛋白质工程在食品中的应用
蛋白质工程自问世以来，短短十几年的时间，已取得 了引人瞩目的进展，在医学和工业用酶方面也获得了 良好的应用前景。 ➢提高蛋白的稳定性包括以下几个方面： ①延长酶的半衰期； ②提高酶的热稳定性； ③延长药用蛋白的保存期； ④抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失。
“人类肝脏蛋白质组计划”是国际上第一个人类组织／器官的蛋白质 组计划，由我国贺福初院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大 国际科研协作计划，总部设在北京，目前有16个国家和地区的80多个 实验室报名参加。它的科学目标是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大 肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。
生物工程的蛋白质工程
生物工程的蛋白质工程生物工程的蛋白质工程是指利用基因工程等方法对蛋白质进行设计、合成和改良的一门学科。
蛋白质工程的目的是通过改变蛋白质的结构、功能或性质，实现对生物体生长、代谢等过程的调控，从而获得具有特定功能或性能的精确控制的蛋白质。
一、蛋白质工程的意义蛋白质作为生物体中最重要的宏观有机分子之一，扮演着多种重要生理功能的角色。
通过对蛋白质的工程处理，可以实现许多有益的应用，如：1. 药物开发与治疗：蛋白质工程可以用于开发新药物，并改善现有药物的治疗效果。
通过工程处理蛋白质，可以增加其稳定性、活性和药代动力学性质，提高药物的治疗效果和稳定性。
2. 生命科学研究：蛋白质工程可以用于研究生物体的生理过程和分子机制。
通过改变蛋白质的结构和功能，可以揭示生命科学中复杂的分子互作关系和信号传递途径，为理解生物系统的运作机制提供了重要工具。
3. 工业应用：蛋白质工程可以用于开发生物制造工艺中的酶催化系统，提高生产效率和产物质量。
利用工程处理后的蛋白质，可以设计新的酶催化反应，实现环境友好型的高效生产过程。
4. 农业领域：蛋白质工程可以用于改良植物和动物的性状，提高农作物的产量和抗病虫害能力，改善畜禽育种品种的性能。
二、蛋白质工程的方法蛋白质工程的方法主要包括以下几种：1. 合成基因：通过合成基因技术，可以设计和合成具有特定序列的蛋白质基因。
合成的基因可以经过进一步的改造和表达，得到具有特定功能的蛋白质。
2. 蛋白质改造：通过对蛋白质的序列、结构和功能进行改变，可以得到具有不同性质的蛋白质。
这可以通过遗传工程手段，如点突变、插入或删除等，来实现。
3. 蛋白质表达：通过利用多种表达系统，如大肠杆菌、酵母、动物细胞等，可以高效地表达和生产目标蛋白质。
4. 蛋白质折叠和修饰：蛋白质在细胞表达过程中会发生折叠和修饰。
通过控制折叠条件和改变修饰酶的表达，可以获得具有良好稳定性和活性的蛋白质。
5. 结构预测和设计：通过计算机模拟和预测方法，可以推测蛋白质的结构和功能。
蛋白质工程
————
————
增加二硫键结构
增加半胱氨酸
找到相应脱氧核苷酸序列——— U G U
基因工程（中心法则）： 基因 表达 多肽 蛋白质
U G C
生物功能
（四）蛋白质工程概念：
1、基础：蛋白质分子的结构规律及其生物功 能的关系。 2、手段：通过基因修饰或基因合成，对现有 的蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质。 3、以满足人类的生产和生活的需要。 基因工程是其中的关键技术，因此蛋白质工 程又称为第二代基因工程。 （五）原理： 由预期的蛋白质找到相对应的基因
分别提高5倍和2倍。
二、蛋白质工程的基本原理
（一）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 的结构进行分子设计。由于基因决定蛋白质，因此， 要对蛋白质的结构进行设计改造，最终还必须通过 基因来完成。
（二）蛋白质改造类型
1、大改：制造自然界不存在的全新蛋白质
2、中改：在蛋白质分子中替代一个肽段
2、蛋白质工程前景：
1）前景诱人：如用此技术制成的电子元件具
有体积小、耗电少和效率高等特点。 2）困难很大：因为蛋白质工程首先是以蛋白 质的结构为基础，而目 前科学家对大多数的蛋
白质的高级结构了解的
很不够。
三、蛋白质工程的进展和前景
1、蛋白质工程进展：胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体 和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血 液，从而延缓了其降血糖作用，也增加了 抗原性，这是胰岛素B23-B28氨基酸残基结 构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残 基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速 起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。
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2011.1.1
一、蛋白质工程的崛起
基因工程产物 基因工程在原则上只能生产自然界已存在 的蛋白质。 这些天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成 的,它们的结构和功能符合特物种生存的需 要,却不一定完全符合人类生产和生活的需要。 天然蛋白质存在哪些缺陷呢？
蛋白质工程实例1——干扰素保存
基因工程和蛋白质工程的实质是 Ａ A、基因重组 、改造基因结构 B、基因突变、改变肽链结构 C、产生新的蛋白质、改变氨基酸结构 D、产生新的基因、改造基因结构 干扰素经过改造可长期储存，从蛋白质水平上应 改变的是 Ｄ A、光氨酸 B、精氨酸 C、谷氨酸 D、半胱氨酸
二、蛋白质工程的概念
物理化学与生物化学等技术
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，通过基因修饰或基因合成，对 计算机辅助设计、基因 现有蛋白质进行改造或制造一种新的蛋白质， 定点诱变和重组DNA技术 以满足人类对生产和生活的需求。（第二代基 因工程） 目的：定向改造或制造蛋白质 前提：了解蛋白质的结构和功能 原理：改造基因（基因修饰或基因合成）
蛋白质改造分类
大改：设计并制造出自然界不存在的蛋白质 中改：替换一个肽段或一个特定的结构域
小改：改造活性部位的一个或几个氨基酸残基
定点诱变技术（已知蛋白质的空间结构） 优点：目的性和针对性较强 基因定点诱变技术的常用方法是PCR法，突变 点在人工合成的PCR引物上面。 非定点诱变技术（不确定诱变位点） 突变位点多，诱变结果难预测
科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌 表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸， 结果大大提高β-干扰素的抗病性活性，并且提高 了储存稳定性，该生物技术为（Ｂ ） A、基因工程 B、蛋白质工程 C、基因突变 D、细胞工程 蛋白质工程的原理是（ Ａ ） A、中心法则的逆推 B、转录 C、翻译 D、复制
蛋白质工程实例3——工业用酶
许多工业用酶是在改变天然酶的特性后，才使 之适应生产和使用需要的。 在已研究过的几千种酶中，只有极少数可以应 用于工业生产，绝大多数酶都不能应用于工业 生产，这是因为工业生产中每一步的反应体系 中常常会有酸、碱或有机溶剂存在，反应温度 较高，在这种条件下，大多数酶会很快变性失 活。
• 蛋白质工程流程是（ C ） A、基因→表达→形成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 B、对蛋白质进行分子设计→改造蛋白质分子→行使 功能 C、预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测 应有的氨基酸序列→找到相应的脱氧核苷酸序列 D、预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测 应有的氨基酸序列→合成相应的mRNA • 科学家测定蛋白质结构时主要采用两类方法，它 X射线晶体衍射法和核磁共振法 们分别是： 。
三、蛋白质工程的基本途径
预期的蛋白质功能
设计预期的蛋白质结构 在基因水平改造蛋白质， 即对编码蛋白质的基因进 行改造 推测应有的氨基酸序列
找到相对应的脱氧核苷酸序列（基因）
蛋白质工程流程
DNA合成 基因 DNA 转录 mRNA 翻译 氨基酸序列 多肽链 分子设计
折叠
蛋白质 三维结构
预期功能
生物功能
蛋白质工程与基因工程的关系
蛋白质工程 基因工程
将目的基因从供体转移 到受体细胞，并在受体 细胞中表达 只能生产自然界已存在 的蛋白质
实 质
通过改造基因，以定向 改造天然蛋白质，甚至 创造自然界不存在的蛋 白质 合成自然界不存在的 蛋白质
结 果
联 系
蛋白质工程是在基因工程基础上，延伸出 的第二代基因工程
蛋白质工程的应用
丙糖磷酸异构酶
工业生产上
异亮氨酸
天门冬酰胺
天门冬酰胺 酵母菌
苏氨酸
热稳定性 提高50％
制药领域上
可变区
恒定区 鼠抗体
可变区
嵌合抗体
恒定区 人抗体
对人体的不良反应减少
• 下列关于蛋白质工程的叙述中，错误的是（ D ） A、蛋白质工程的实现需要多学科技术的参与 B、蛋白质工程创造出新的基因 C、蛋白质工程又称为第二代基因工程 D、定点诱变技术用于蛋白质的“中改” • 基因工程与蛋白质工程的区别是（ B ） A、基因工程需对基因进行分子水平操作，蛋白质工程 不对基因进行操作 B、基因工程合成的是天然存在的蛋白质，蛋白质工程 合成的可以不是天然存在的蛋白质 C、基因工程是分子水平操作、蛋白质工程是细胞水平 D、基因工程完全不同于蛋白质工程
天然的干扰素在体外保存相当困难。 如果将其分子上的一个半胱氨酸变成丝氨酸， 那么在—70℃的条件下，可以保存半年。
蛋白质工程实例2——生产速效胰岛素
原因：胰岛素注射到人体后 会堆积在皮下，要经过较长时 间才能进入血液，而且进入到 血液中的胰岛素又会不断地被 分解。 如果把胰岛素B链由B28脯氨酸-B29赖氨酸改 为B28赖氨酸-B29脯氨酸就可以避免胰岛素分子 形成聚合体以保证其效能的及时发挥。