北大現(xiàn)代分子生物學(xué)蛋白質(zhì)工程概論(已修改)
2025-01-25 11:33 本頁面
【正文】 蛋白質(zhì)工程概論 山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院 生物化學(xué)與分子生物學(xué)研究所 劉賢錫 前言 ? 基因工程誕生 10周年之際著名科學(xué)家 Kevin 1983年在 SCIENCE()發(fā)表了論文171。Protein Engineering187。,該文的摘要是 : ? The prospects for protein engineering ,including the roles of xray crystallography,chemical synthesis of DNA ,and puter modeling of protein structure and folding,are is now possible to attempt to modify many different properties of proteins by bining information on crystal structure and protein chemistry with artificial gene techniques offer the potential for altering protein structure and function in ways not possible by any other method. ? 該文的發(fā)表標(biāo)志著作為生物工程三大技術(shù)之一的蛋白質(zhì)工程誕生了。 ?蛋白質(zhì)工程（ protein engineering）研究在過去的 25年間發(fā)展迅速，已取得一批較好成果，并開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、輕工等各個(gè)領(lǐng)域。 ? 2022年 6月 26日，人類基因組的工作草圖宣告完成，并進(jìn)入了后基因組時(shí)代（ postgenome era）。 ?后基因組時(shí)代，中心任務(wù)是揭示基因組及其所包含的全部基因的功能，并在此基礎(chǔ)上闡明生命體的遺傳、進(jìn)化、發(fā)育、生長、衰老、死亡的基本生物學(xué)規(guī)律，以及與人類健康和疾病相關(guān)的生物學(xué)問題。 ?由于基因的功能最終是通過其表達(dá)產(chǎn)物蛋白質(zhì)來實(shí)現(xiàn)的，因此，在人類基因組測序之后進(jìn)一步集中研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能，是揭示基因組功能，闡釋生命活動規(guī)律和生命現(xiàn)象本質(zhì)的基本途徑，也是闡釋疾病發(fā)生與發(fā)展的分子機(jī)理并進(jìn)而戰(zhàn)勝疾病的重要途徑。 ?研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，繼而人工改造蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，并獲得我們所需要的活性蛋白質(zhì)，正是蛋白質(zhì)工程的主要任務(wù)和目標(biāo) 。 一、蛋白質(zhì)工程的概念 Protein Engineering ?蛋白質(zhì)工程是在重組 DNA技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能研究之后發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。 ?所謂蛋白質(zhì)工程，就是通過對蛋白質(zhì)已知結(jié)構(gòu)和功能的了解，借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，利用基因定點(diǎn)誘變等技術(shù)，特異性地對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行改造，產(chǎn)生具有新的特性的蛋白質(zhì)的技術(shù)，并由此深入研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。 ?蛋白質(zhì)工程是在遺傳工程取得的成就的基礎(chǔ)上，融合蛋白質(zhì)結(jié)晶學(xué)、蛋白質(zhì)動力學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)化學(xué)等學(xué)科而迅速發(fā)展起來的一個(gè)新興研究領(lǐng)域，它開創(chuàng)了按照人類意愿設(shè)計(jì)制造符合人類需要的蛋白質(zhì)的新時(shí)期，因此，被譽(yù)為第二代遺傳工程。 ?蛋白質(zhì)工程的出現(xiàn)，為認(rèn)識和改造蛋白質(zhì)分子提供了強(qiáng)有力的手段。 二、蛋白質(zhì)工程的理論基礎(chǔ) ?（一）工、農(nóng)業(yè)以及醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的高速發(fā) 展為蛋白質(zhì)工程的開展開拓了廣闊應(yīng)用前景 ?（二）蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系研究技術(shù)的建立推動了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究，從而為蛋白質(zhì)改造提供了理論依據(jù) ?（三）基因工程理論和技術(shù)的發(fā)展，為蛋白質(zhì)的改造和生產(chǎn)提供了必要的技術(shù)手段 （一）工、農(nóng)業(yè)以及醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的高速發(fā)展 為蛋白質(zhì)工程的開展開拓了廣闊應(yīng)用前景 ? ?酶的專一性強(qiáng)，在溫和條件下能有效地催化化學(xué)反應(yīng)，使酶的應(yīng)用日益廣泛。藥品、化學(xué)、食品工業(yè)及分析服務(wù)行業(yè)是酶開發(fā)的重要領(lǐng)地。 ?加酶去污劑 : 洗衣粉、漂白分等； ?醫(yī)藥：鏈激酶、尿激酶、 TPA等。 ? 妨礙酶開發(fā)利用的原因主要有： ? 生物材料中酶含量甚少，用傳統(tǒng)方法分離純化酶蛋白成本太高； ? 酶蛋白分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性差，過酸、過堿、高溫、氧化等因素可破壞其結(jié)構(gòu)，使其喪失生物活性，因而在工業(yè)加工條件下，酶的半衰期短，利用率低； ? 酶催化活性的最適 pH值及底物專一性的范圍較窄，與工業(yè)應(yīng)用的要求有較大差距。 ? 因此，要想擴(kuò)大酶蛋白的開發(fā)利用，需要建立適當(dāng)?shù)姆椒?，以改善酶蛋白的生物特性，使之適合于工業(yè)應(yīng)用的需求，這就需要利用蛋白質(zhì)工程對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。 ?如加酶洗衣粉就是在洗衣粉中加入一種蛋白水解酶枯草桿菌蛋白酶 ,提高洗衣粉的洗滌效果 .但是 ,由于其穩(wěn)定性較差 ,最適 pH值和最適溫度較窄 ,在洗衣機(jī)中洗衣服時(shí)效果較差 .經(jīng)蛋白質(zhì)工程改造后大大提高了其應(yīng)用價(jià)值 ,現(xiàn)已成為加酶洗衣粉的重要成分 . ? 、抗體以及其他活性蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究中，同樣存在著蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改造問題 ?如白細(xì)胞介素 2（ IL2）是一種免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)因子，在醫(yī)學(xué)上具有廣泛的用途。結(jié)構(gòu)研究
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