蛋白质工程 作业答案

第三章蛋白质工程习题
1、名词解释：蛋白质工程：是基于对蛋白质结构和功能关系的认识，进行分子设计，通过基因工程途径定向地改造蛋白质或创造合乎人类需要的新的突变蛋白质的理论及实践，是基因工程基础上的延伸，是第二代基因工程。

蛋白质分子设计：是为有目的的蛋白质工程改造提供设计方案，即在知道了需要改造的蛋白质的性能及其相应的结构基础之后，通过理论的方法，提出蛋白质改造的设计方案。

嵌合抗体：用DNA重组技术将鼠源单抗的可变区(V区)基因与人免疫球蛋白(Ig)的恒定区(C 区 )基因相连接,构建成嵌合基因,导入宿主细胞进行表达,制成嵌合抗体。

目前国内外已制备了数十种嵌合抗体。

PDB:蛋白质结构数据库。

2、请列表总结基因工程和蛋白质工程的相同点、不同之处（从结果、实质、流程等方面）及其联系。

3、蛋白质工程的基本目标、基本途径是什么？
答：基本目标：对现有蛋白质进行改造,或制造一种新的蛋白质，以满足人类生产和生活的需要。

基本途径：基因修饰或基因合成：借助计算机辅助设计、基因定点诱变和重组DNA技术4、目前有哪些蛋白质工程分子改造的常用方法？
答：⒈基因定点突变技术（小改）：即通过在DNA水平上进行碱基的取代、插入或缺失，达到改变基因，从而改变编码的蛋白质的结构的技术，包括核苷酸引物诱变，盒式诱变，PCR
诱变，随机诱变。

⒉基因剪切和融合（中改）：原理：将编码某蛋白的部分基因移植到另种蛋白基因上，经克隆、表达，产生新的融合蛋白。

可达到使蛋白易于表达、纯化、细胞定位等，或使蛋白性质改变。

⒊基因全合成（大改）：合成DNA，然后表达出相应蛋白。

可以全部由人工控制，便于设计和改造，还适用于同时实现多处突变。

5、蛋白质工程中增加蛋白质稳定性的基本途径有哪些？
答：蛋白质结构与功能研究表明，上述稳定蛋白质空间构象的因素是由蛋白质一级结构中某一个或某一段氨基酸序列决定的，人工改变或修饰这些氨基酸残基，有可能增加蛋白质的稳定性，又不影响其生物学活性。

6、请简述PCR介导的定点突变技术原理及优缺点。

答：4种引物3次PCR。

优点：操作简单，突变的成功率可达100%。

缺点：①后续工作较复杂，PCR扩增通常需要连接到载体分子上，然后才能对突变的基因进行转录，翻译等方面的研究。

②不论是用普通的TaqDNA聚合酶还是高保真的Pfu酶，PCR方法产生的DNA片段都要经过核苷酸序列测定，方可确证有无其他突变发生。

7、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，其结构如下。

将胰岛素B9残基上极性的Ser置换为带电荷Asp，同时把B27极性的Thr置换为带负电荷的Glu，由此可制成速效胰岛素。

请阐述其原理。

答：已知二体形成过程中，两个分子的结合面上SerB9与β链α螺旋上的Glu B13侧链相靠近，两个分子间的Glu B13相靠近，并且侧链上带有相同电荷，它们本身就有互斥作用。

如果将临近的Ser B9置换为Asp，可在二体间形成连续4个带负电的侧链，在六体中这种互斥的接触重复三次，应该有利于降低胰岛素分子的缔合作用。

经过这样的改造，双突变Ser B9 Asp/Thr B27 Glu有效地使二体在毫摩尔浓度下解聚为单体，它进入血液的吸收率也比天然胰岛素提高了三倍。

核磁共振谱研究表明它也保持了与天然蛋白相同的只要结构特征。

8、枯草杆菌蛋白酶BNP不含二硫键，用蛋白质工程引入二硫键时，会有怎样的效果？
答：蛋白质结构更加稳定，热稳定性增强，二硫键的形成迫使同一或不同肽链的不同区域的氨基酸残基向一起靠拢聚合，由此肽链迅速折叠并形成稳定的空间拓扑结构，该区域的氨基酸残基数量是高度密集的；同时疏水氨基酸残基围绕的二硫键，可形成局部疏水中心，拒绝水分子进入肽的内部破坏氢键，利于形成稳定的高级结构区域。

9、举例说明蛋白质工程在医药等领域的应用成果。

答：1、抗体工程：①临床用鼠源单抗，面临免疫排斥问题，引起失效和过敏，因此兴起了抗体工程。

有嵌合抗体、重构抗体、单链抗原结合区、单功能域抗体及全套抗体研究,其主要目的是使鼠源性抗体“人源化”。

②嵌合抗体——用DNA重组技术将鼠源单抗的可变区(V区)基因与人免疫球蛋白(Ig)的恒定区(C区 )基因相连接,构建成嵌合基因,导入宿主细胞进行表达,制成嵌合抗体。

目前国内外已制备了数十种嵌合抗体。

③该抗体的“人源化”使其免疫原性大为降低。

在初期临床试验中,人源化嵌合抗体能够解决一些问题,且半衰期可以延长许多倍。

但尚不能全部解决免疫原性问题, 有的嵌合抗体仍
引起免疫反应。

④重构抗体——是将动物抗体中的高可变区,又称补体决定区与人抗体相应的区域交换而重新构建抗体的补体决定区,以进一步“人源化”、降低单抗的免疫原性。

现已构建成功数种重构抗体，它们的抗原结合能力得以保持。

2、改良枯草杆菌蛋白酶的性质：①218位Asn，变成Ser，用65℃的失活半衰期衡量，从59分钟增到223分钟，酶的稳定性显著增加。

②1985年Wells证明若用其他氨基酸取代Met222，可以提高枯草杆菌蛋白酶的氧化稳定性而又保持高催化活性。

③枯草杆菌蛋白酶可作为洗涤剂的添加剂，但底物作用范围过窄（针对Phe羧基所形成的肽键），用Lys取代位于活性中心166位的Gly，使其底物作用范围拓宽。

3、改良胰岛素: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。

4、改良生长激素:生长素有时会结合催乳激素受体，引起副作用，18位、21位氨基酸改造，可能有望降低这种副作用。

5、改良治癌酶:改良疱疹病毒的胸腺嘧啶激酶有杀死癌细胞功能，有人筛选到6个AA替换后（活性部位附近），催化能力大大提高。

6、改良T4溶菌酶:将T4溶菌酶的第3位异亮氨酸变成半胱氨酸，后者与第97位的半胱氨酸形成二硫键，从而稳定了两个结构域所形成的活性中心，使酶在高温下的稳定性大大提高。

如果将该酶的第51位苏氨酸换成脯氨酸，可使酶的活性提高25倍。