第6章蛋白质工程
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酸。没有相应的编码。如：胱氨酸、羟脯氨 酸（Hyp）、羟赖氨酸（Hyl）。
非生蛋白氨基酸： 蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、
鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生 的。
氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点 2. 紫外吸收 3. 茚三酮反应
肽
（一）肽(peptide) * 肽键(peptide bond)：是由一个氨基
酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基 脱水缩合而形成的化学键。
R1 H2N C C
HO
Βιβλιοθήκη Baidu
H
OH + H N C COOH
H R2
H2O
R1
HH
H2N C C N C COOH
HO
R2
肽键
• 多肽链(polypeptide chain) • 二肽，三肽…… • 寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide) • 氨基酸残基(residue) • 氨基末端（amino terminal）和羧基末端
主要功能:
H2O2 2H2O
2GSH
GSH过氧 化物酶
GSSG
NADP+
GSH还原酶
NADPH+H+
肽类激素及神经肽 •肽类激素：如促甲状腺素释放激素（TRH）
蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体的重要组成成分 2. 蛋白质具有重要的生物学功能
1）作为生物催化剂 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递 3. 氧化供能
一 蛋白质结构的组成及性质
蛋白质的元素组成 主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素
（carboxyl terminal） • 主链和侧链
多肽链
多肽链 :由许多氨基酸按一定的排列顺序通 过肽键相连而成。
酰胺键 :一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的 羧基缩合失去一分子水。
多肽链
几种生物活性肽
1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH) 结构:
• 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽 • 谷氨酸的-羧基形成肽键 • －SH为活性基团 • 为酸性肽 • 是体内重要的还原剂
第六章 蛋白质工程
蛋白质立体结构与复杂生
物功能的关系
蓝图
蛋白质组学
基因的定位诱变技术 工具
1982年，Winter等首次报道了通过基因定位诱变获得 改性酪氨酸tRNA合成酶 ；
1983年，Ulmer在“Science”发表 “Protein Engineering”（蛋白质工程）蛋专白论质工程诞生的标志
什么是蛋白质工程？
蛋白质工程的内容：改造现有蛋白质；制造新型蛋白质
蛋白质工程的目的：生产性能比自然界存在的天然蛋 白质更加优良、更加符合人类社会需要的新型蛋白质
第一节 蛋白质的基础知识
蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸 (amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子 含氮化合物。
COO-
CHRH3
C +NH3
H
丙甘氨氨酸酸
L-氨基酸的通式
氨基酸的分类
1. 非极性疏水性氨基酸 2. 极性中性氨基酸 3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
1. 非极性疏水性氨基酸
H
H3C
H3C CH
H3C H3C
CH CH2 H3C
CH COO NH 3
CH COO NH 3
CH COO NH 3
几种特殊氨基酸
Gly：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
COOH
2 CH CH2 SH
NH 2
Cys
二硫键
COOH
NH 2
CH CH2 S S CH2 CH
2H NH2
胱氨酸
COOH
修饰氨基酸： 蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基
CH COO NH 3
甘氨酸 Glycine(Gly)
丙氨酸 Alanine (Ala)
H3C CH2 CH
H3C
CH COO NH 3
CH2 CH COO
缬氨酸 Valine (Val)
NH 3 COO
亮氨酸 Leucine (Leu)
H2N CH
H2C
CH2
C H2
异亮氨酸 Isoleucine (Ile)
4. 碱性氨基酸
NH 2CH2CH2CH2CH2 CH COO NH 3
赖氨酸 Lysine (Lys)
NH 2CNHCH 2CH2CH2 CH COO
NH
NH 3
精氨酸 Arginine (Arg)
HC C CH2 CH COO
N NH
NH 3
C H
组氨酸 Histidine (His)
习惯分类方法 1. 芳香族氨基酸：Trp、Tyr、Phe 2. 含羟基氨基酸：Ser、Thr、Tyr 3. 含硫氨基酸：Cys、Met 4. 杂环族氨基酸：His 5. 杂环族亚氨基酸：Pro 6. 支链氨基酸：Val、Leu、Ile
Serine (Ser)
O
NH 3
蛋氨酸 Methionine
(Met)
天冬酰胺 Asparagine
(Asn)
HO
CH2 CH COO 酪氨酸 H2N C CH2 CH2 CH COO
NH 3
Tyrosine (Tyr) O
NH 3
谷氨酰胺 Glutamine
(Gln)
HS CH2 CH COO 半胱氨酸
苯丙氨酸 Phenylalanine
(Phe)
脯氨酸 Proline (Pro)
2. 极性中性氨基酸
C CH2 CH N H
CH COO NH 3
HO CH2 CH COO
NH 3
色氨酸
CH3SCH2CH2 CH COO
Tryptophan (Try)
NH 3
丝氨酸
H2N C CH2 CH COO
NH 3
Cysteine (Cys)
H3C CH CH COO
苏氨酸 Threonine
HO NH3
(Thr)
3. 酸性氨基酸
OOC CH2 CH COO NH 3
天冬氨酸 Aspartic acid (Asp)
OOC CH2 CH2 CH COO
NH 3
谷氨酸 Glutamic acid (Glu)
Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋 白质还含有 I 。
蛋白质元素组成的特点 蛋白质的含氮量平均为16％。
通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：
蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量( g % ) × 6.25
氨基酸 ——蛋白质的基本组成单位
存 在 自 然 界 中 的 氨 基 酸 有 300 余 种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有 20种，且均属 L--氨基酸（甘氨酸 除外）。
非生蛋白氨基酸： 蛋白质中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、
鸟氨酸、同型半胱氨酸，是代谢途径中产生 的。
氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点 2. 紫外吸收 3. 茚三酮反应
肽
（一）肽(peptide) * 肽键(peptide bond)：是由一个氨基
酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基 脱水缩合而形成的化学键。
R1 H2N C C
HO
Βιβλιοθήκη Baidu
H
OH + H N C COOH
H R2
H2O
R1
HH
H2N C C N C COOH
HO
R2
肽键
• 多肽链(polypeptide chain) • 二肽，三肽…… • 寡肽(oligopeptide)，多肽(polypeptide) • 氨基酸残基(residue) • 氨基末端（amino terminal）和羧基末端
主要功能:
H2O2 2H2O
2GSH
GSH过氧 化物酶
GSSG
NADP+
GSH还原酶
NADPH+H+
肽类激素及神经肽 •肽类激素：如促甲状腺素释放激素（TRH）
蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体的重要组成成分 2. 蛋白质具有重要的生物学功能
1）作为生物催化剂 2）代谢调节作用 3）免疫保护作用 4）物质的转运和存储 5）运动与支持作用 6）参与细胞间信息传递 3. 氧化供能
一 蛋白质结构的组成及性质
蛋白质的元素组成 主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量P或金属元素
（carboxyl terminal） • 主链和侧链
多肽链
多肽链 :由许多氨基酸按一定的排列顺序通 过肽键相连而成。
酰胺键 :一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的 羧基缩合失去一分子水。
多肽链
几种生物活性肽
1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH) 结构:
• 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽 • 谷氨酸的-羧基形成肽键 • －SH为活性基团 • 为酸性肽 • 是体内重要的还原剂
第六章 蛋白质工程
蛋白质立体结构与复杂生
物功能的关系
蓝图
蛋白质组学
基因的定位诱变技术 工具
1982年，Winter等首次报道了通过基因定位诱变获得 改性酪氨酸tRNA合成酶 ；
1983年，Ulmer在“Science”发表 “Protein Engineering”（蛋白质工程）蛋专白论质工程诞生的标志
什么是蛋白质工程？
蛋白质工程的内容：改造现有蛋白质；制造新型蛋白质
蛋白质工程的目的：生产性能比自然界存在的天然蛋 白质更加优良、更加符合人类社会需要的新型蛋白质
第一节 蛋白质的基础知识
蛋 白 质 (protein) 是 由 许 多 氨 基 酸 (amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子 含氮化合物。
COO-
CHRH3
C +NH3
H
丙甘氨氨酸酸
L-氨基酸的通式
氨基酸的分类
1. 非极性疏水性氨基酸 2. 极性中性氨基酸 3. 酸性氨基酸 4. 碱性氨基酸
1. 非极性疏水性氨基酸
H
H3C
H3C CH
H3C H3C
CH CH2 H3C
CH COO NH 3
CH COO NH 3
CH COO NH 3
几种特殊氨基酸
Gly：无手性碳原子。 Pro：为环状亚氨基酸。 Cys：可形成二硫键。
CH2 CH2
CH2
CHCOONH2+
COOH
2 CH CH2 SH
NH 2
Cys
二硫键
COOH
NH 2
CH CH2 S S CH2 CH
2H NH2
胱氨酸
COOH
修饰氨基酸： 蛋白质合成后通过修饰加工生成的氨基
CH COO NH 3
甘氨酸 Glycine(Gly)
丙氨酸 Alanine (Ala)
H3C CH2 CH
H3C
CH COO NH 3
CH2 CH COO
缬氨酸 Valine (Val)
NH 3 COO
亮氨酸 Leucine (Leu)
H2N CH
H2C
CH2
C H2
异亮氨酸 Isoleucine (Ile)
4. 碱性氨基酸
NH 2CH2CH2CH2CH2 CH COO NH 3
赖氨酸 Lysine (Lys)
NH 2CNHCH 2CH2CH2 CH COO
NH
NH 3
精氨酸 Arginine (Arg)
HC C CH2 CH COO
N NH
NH 3
C H
组氨酸 Histidine (His)
习惯分类方法 1. 芳香族氨基酸：Trp、Tyr、Phe 2. 含羟基氨基酸：Ser、Thr、Tyr 3. 含硫氨基酸：Cys、Met 4. 杂环族氨基酸：His 5. 杂环族亚氨基酸：Pro 6. 支链氨基酸：Val、Leu、Ile
Serine (Ser)
O
NH 3
蛋氨酸 Methionine
(Met)
天冬酰胺 Asparagine
(Asn)
HO
CH2 CH COO 酪氨酸 H2N C CH2 CH2 CH COO
NH 3
Tyrosine (Tyr) O
NH 3
谷氨酰胺 Glutamine
(Gln)
HS CH2 CH COO 半胱氨酸
苯丙氨酸 Phenylalanine
(Phe)
脯氨酸 Proline (Pro)
2. 极性中性氨基酸
C CH2 CH N H
CH COO NH 3
HO CH2 CH COO
NH 3
色氨酸
CH3SCH2CH2 CH COO
Tryptophan (Try)
NH 3
丝氨酸
H2N C CH2 CH COO
NH 3
Cysteine (Cys)
H3C CH CH COO
苏氨酸 Threonine
HO NH3
(Thr)
3. 酸性氨基酸
OOC CH2 CH COO NH 3
天冬氨酸 Aspartic acid (Asp)
OOC CH2 CH2 CH COO
NH 3
谷氨酸 Glutamic acid (Glu)
Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo，个别蛋 白质还含有 I 。
蛋白质元素组成的特点 蛋白质的含氮量平均为16％。
通过样品含氮量计算蛋白质含量的公式：
蛋白质含量 ( g % ) = 含氮量( g % ) × 6.25
氨基酸 ——蛋白质的基本组成单位
存 在 自 然 界 中 的 氨 基 酸 有 300 余 种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有 20种，且均属 L--氨基酸（甘氨酸 除外）。