蛋白质工程
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蛋白质工程研究与现状
报告人：李慧敏 专业： 2013年12月13日
主要内容
• 前言
• 组成部分
• 方法与技术
• 操作步骤 • 应用前景
前言
• 诞生
1983 年，美国 Genex 公司 K.Ulmer 在《Science》上发表以 《Protein Engineering.》为题的专论，第一次提出了蛋白质工 程的概念。
上遇到鼠抗体对人具有免疫原作用这个问题。通 过结构分析表明，通过CDR移植已构建了30多种改 型的人源化鼠抗，并通过序列分析比较和计算机 模拟进行分子设计，对特定碱基进行替换，保证
了改型后抗体亲和力不下降。可以相信，蛋白工
程在未来改造抗体中还将发挥更大作用，目前有 人研究通过抗体的多样性从抗体库中筛选具有酶 活性的分子，从而得到抗体酶。
方法与技术 • 理性进化
可用于改造蛋白质以及蛋白质结构和功能的研究，主 要是利用定点诱变技术，通过在已知 DNA 序列中取代、插 入或缺失一定长度的核苷酸片段达到定点突变氨基酸残基 的目的。
• 非理性进化
• 人为地制造进化条件，在体外对美的编码基因进行改 造和定向筛选，获得具有预期特征的改良酶，一定程度上 弥补了定点诱变技术的不足，具有很大的实际应用价值。
病毒疫苗的蛋白质工程
目前如乙肝等基因工程疫苗已开始得到应 用。通过抗原移植、构建各种颗粒体、活载体 及多价疫苗的研究已经成为生物技术领域的研 究热点。蛋白质工程技术将在今后的疫苗改造 中发挥重要的作用，不但可使抗原性得到最大 的提高，还可使重组疫苗抗病作用更加广泛。
抗体的蛋白质工程
蛋白质工程已成功用于解决单克隆抗体应用
操作程序
应用前景
• 医用蛋白质工程
• 工业用酶蛋白质工程
• 病毒疫苗蛋白质工程
• 抗体的蛋白质工程
医用蛋白质工程
首先用于人生长激素释放抑制因子、胰岛素等医 用蛋白质产品开发，大大降低了用于治疗的成本。 研究开发新的表达系统，如酵母、哺乳动物细胞
等，这方面已取得很大的成效。
利用分子设计和定点突变技术获得胰岛素突变体 的工作国内外都取得了相当多的成果 , 此外 ,干扰素、 尿激酶等蛋白质工程也都取得进展，即将得到长效、 速效、稳定、作用更广的蛋白质药物。
工业用酶的蛋白质工程
通过酶的结构或局部构象调整、改造，可 大大提高酶的耐高温、抗氧化能力，增加酶的 稳定性和适用pH范围，从而获得性质更稳定、 作用效率更高的酶用于食品、化工、制革、洗 涤等工业生产中，这方面已取得了许多成功的 先例，如食品工业中用于制备高果糖浆的葡萄 糖异构酶，用于干酷生产的凝乳酶，用于洗涤 工业的枯草杆菌蛋白酶等蛋白质工程产品都将 开发使用。
• 发展
1986年-被公认为是第二代遗传工程技术，当时，美国加利 福尼亚州的两个生物技术公司 Genentech 和 Cetus 处于该领域 的领先地位，进入90 年代以后, 从头设计合成新的蛋白质的 途径已取得突破性进展, 为蛋白质工程树立了新的里程碑。
组成部分
• 蛋白质放大扩增系统
提取少量蛋白→解析部分肽段一级结构→设计合成寡聚核
方法与技术 非理性进化
• 易错PCR技术
• DNA改组技术
• 外显子改组技术
• 家族改组技术
• 其他技术
操作程序
• 分离纯化目的蛋白
• 测定其氨基酸序列 • 解析蛋白质的二维结构和三维晶体结构 • 了解蛋白质的结构变化 • 设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变
• 分离、纯化新蛋白，功能检测后投入使用
苷酸片段→测定DNA序列并克隆→扩增蛋白质的量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 蛋白质结构分析及分子设计系统
分析蛋白质的一级结构和空间结构→进行分子结构分 析与模拟→设计、构建突变蛋白质分子
• 突变蛋白质的合成表达系统
引入突变→分离出突变DNA →引入载体表达系统→扩
增表达获得大量的突变蛋白质→分析
方法与技术
蛋白质改造办法
• 物理、化学法
对蛋白质进行变性、复性处理，修饰蛋白质侧链官能团，分割 肽链，改变表面电荷分布促进蛋白质形成一定的立体构像
• 生物化学法
使用蛋白酶选择性地分割蛋白质，利用转糖苷酶、酯 酶、酰酶等去除或连接不同化学基团，利用转酰胺酶使蛋 白质发生胶连
• 基因重组或人工合成DNA
可以改造蛋白质而且可以实现从头合成全新的蛋白质
报告人：李慧敏 专业： 2013年12月13日
主要内容
• 前言
• 组成部分
• 方法与技术
• 操作步骤 • 应用前景
前言
• 诞生
1983 年，美国 Genex 公司 K.Ulmer 在《Science》上发表以 《Protein Engineering.》为题的专论，第一次提出了蛋白质工 程的概念。
上遇到鼠抗体对人具有免疫原作用这个问题。通 过结构分析表明，通过CDR移植已构建了30多种改 型的人源化鼠抗，并通过序列分析比较和计算机 模拟进行分子设计，对特定碱基进行替换，保证
了改型后抗体亲和力不下降。可以相信，蛋白工
程在未来改造抗体中还将发挥更大作用，目前有 人研究通过抗体的多样性从抗体库中筛选具有酶 活性的分子，从而得到抗体酶。
方法与技术 • 理性进化
可用于改造蛋白质以及蛋白质结构和功能的研究，主 要是利用定点诱变技术，通过在已知 DNA 序列中取代、插 入或缺失一定长度的核苷酸片段达到定点突变氨基酸残基 的目的。
• 非理性进化
• 人为地制造进化条件，在体外对美的编码基因进行改 造和定向筛选，获得具有预期特征的改良酶，一定程度上 弥补了定点诱变技术的不足，具有很大的实际应用价值。
病毒疫苗的蛋白质工程
目前如乙肝等基因工程疫苗已开始得到应 用。通过抗原移植、构建各种颗粒体、活载体 及多价疫苗的研究已经成为生物技术领域的研 究热点。蛋白质工程技术将在今后的疫苗改造 中发挥重要的作用，不但可使抗原性得到最大 的提高，还可使重组疫苗抗病作用更加广泛。
抗体的蛋白质工程
蛋白质工程已成功用于解决单克隆抗体应用
操作程序
应用前景
• 医用蛋白质工程
• 工业用酶蛋白质工程
• 病毒疫苗蛋白质工程
• 抗体的蛋白质工程
医用蛋白质工程
首先用于人生长激素释放抑制因子、胰岛素等医 用蛋白质产品开发，大大降低了用于治疗的成本。 研究开发新的表达系统，如酵母、哺乳动物细胞
等，这方面已取得很大的成效。
利用分子设计和定点突变技术获得胰岛素突变体 的工作国内外都取得了相当多的成果 , 此外 ,干扰素、 尿激酶等蛋白质工程也都取得进展，即将得到长效、 速效、稳定、作用更广的蛋白质药物。
工业用酶的蛋白质工程
通过酶的结构或局部构象调整、改造，可 大大提高酶的耐高温、抗氧化能力，增加酶的 稳定性和适用pH范围，从而获得性质更稳定、 作用效率更高的酶用于食品、化工、制革、洗 涤等工业生产中，这方面已取得了许多成功的 先例，如食品工业中用于制备高果糖浆的葡萄 糖异构酶，用于干酷生产的凝乳酶，用于洗涤 工业的枯草杆菌蛋白酶等蛋白质工程产品都将 开发使用。
• 发展
1986年-被公认为是第二代遗传工程技术，当时，美国加利 福尼亚州的两个生物技术公司 Genentech 和 Cetus 处于该领域 的领先地位，进入90 年代以后, 从头设计合成新的蛋白质的 途径已取得突破性进展, 为蛋白质工程树立了新的里程碑。
组成部分
• 蛋白质放大扩增系统
提取少量蛋白→解析部分肽段一级结构→设计合成寡聚核
方法与技术 非理性进化
• 易错PCR技术
• DNA改组技术
• 外显子改组技术
• 家族改组技术
• 其他技术
操作程序
• 分离纯化目的蛋白
• 测定其氨基酸序列 • 解析蛋白质的二维结构和三维晶体结构 • 了解蛋白质的结构变化 • 设计编码该蛋白的基因改造方案，如点突变
• 分离、纯化新蛋白，功能检测后投入使用
苷酸片段→测定DNA序列并克隆→扩增蛋白质的量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 蛋白质结构分析及分子设计系统
分析蛋白质的一级结构和空间结构→进行分子结构分 析与模拟→设计、构建突变蛋白质分子
• 突变蛋白质的合成表达系统
引入突变→分离出突变DNA →引入载体表达系统→扩
增表达获得大量的突变蛋白质→分析
方法与技术
蛋白质改造办法
• 物理、化学法
对蛋白质进行变性、复性处理，修饰蛋白质侧链官能团，分割 肽链，改变表面电荷分布促进蛋白质形成一定的立体构像
• 生物化学法
使用蛋白酶选择性地分割蛋白质，利用转糖苷酶、酯 酶、酰酶等去除或连接不同化学基团，利用转酰胺酶使蛋 白质发生胶连
• 基因重组或人工合成DNA
可以改造蛋白质而且可以实现从头合成全新的蛋白质