【正文】 全新的蛋白質(zhì)，即從頭設(shè)計(jì)合成新的蛋白質(zhì)。 雖然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究，不屬于嚴(yán)格意義上的蛋白質(zhì)工程的研究范圍，但是應(yīng)該看到它是蛋白質(zhì)工程研究的基礎(chǔ)，它能為蛋白質(zhì)的分子改造或分子構(gòu)建等設(shè)計(jì)過(guò)程提供基本參考數(shù)據(jù)。 對(duì)許多蛋白質(zhì)而言，精確結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系均不易明確，我們就不能用嚴(yán)格定義的蛋白質(zhì)工程方法來(lái)改造或構(gòu)建 ， 但有許多蛋白質(zhì)功能明確，而 且有靈敏、快速、高效、簡(jiǎn)便的功能檢測(cè)方法。這就可以用小鼠制備單抗，然后轉(zhuǎn)移給人的抗體，使重組體具有與人的單抗 一致 的效果，這種制備的方法要比直接制備方法簡(jiǎn)單方便。在研究過(guò)程中 不必對(duì)整體蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)及高級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系過(guò)于苛求，只要了解這些元件的結(jié)構(gòu) 和 功能關(guān)系就能夠滿足需要了，這樣 就 大大簡(jiǎn)化了蛋白質(zhì)工程的難度，使其操作的可行性增加。蛋白質(zhì)工程技術(shù)針對(duì)這一 問(wèn)題 ，對(duì)天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造改良或全新設(shè)計(jì)模擬，使目的蛋白質(zhì)具有特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，能夠抵御外界的不良環(huán)境，即使在極端惡劣條件下也能 繼續(xù)發(fā)揮作用，因而蛋白質(zhì)工程具有廣闊的應(yīng)用前景。 一、蛋白質(zhì)工程的概念 天然蛋白質(zhì)經(jīng)歷了自然界長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程，已經(jīng)能夠很好的適應(yīng)生物所處的內(nèi)外環(huán)境，有序而協(xié)調(diào)的 發(fā)揮其功能。 蛋白質(zhì)工程是繼基因工程以后又一個(gè)可根據(jù)人們自己的意愿改造天然生物大分子，甚至可以設(shè)計(jì)和創(chuàng)造全新的非天然的生物大分子的生物技術(shù)。生物科學(xué)理論和技術(shù)的迅速 發(fā)展 ，使人們?cè)谙嚓P(guān)方面的技術(shù)能力 上 達(dá)到了一個(gè)新的水平，分子遺傳學(xué)、基因工程、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為生物最基本的功能大分子之一的“蛋白質(zhì)”，它是幾乎所有生物功能的體現(xiàn)者，弄清蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能及其兩者相互關(guān)系的規(guī)律， 并且定向的改良蛋白質(zhì)，甚至構(gòu)建全 新的蛋白質(zhì)分子已成為客觀的迫切 需要。蛋白質(zhì)工程可賦予蛋白質(zhì)特殊的性質(zhì)和功能，滿足人們?cè)谀承┨囟l件下的特殊需要?？梢哉f(shuō)天然的正常構(gòu)象是蛋白質(zhì)的最佳狀態(tài)，它既能高效的發(fā)揮功能，又便于機(jī)體的正常調(diào)控，因而極易失活而中止作用。 二、蛋白質(zhì)工程的研究?jī)?nèi)容和技術(shù)方法 （一）蛋白質(zhì)工程的研究?jī)?nèi)容 （二）蛋白質(zhì)工程的主要研究方法 （一）蛋白質(zhì)工程的研究?jī)?nèi)容 1．建立蛋白質(zhì)工程的研究方法系統(tǒng) 2．隨機(jī)誘變基因庫(kù)的定向篩選 3．研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 4．嚴(yán)格意義上的蛋白質(zhì)工程 1．建立蛋白質(zhì)工程的研究方法系統(tǒng) 這是指在研究某些蛋白質(zhì) 一 級(jí)結(jié)構(gòu)及其與結(jié)構(gòu)功能元件相互關(guān)系的基礎(chǔ)上建立起應(yīng)用蛋白質(zhì)工程 技術(shù) 的系統(tǒng)。實(shí)際上，蛋白質(zhì)在自然界的進(jìn)化過(guò)程也極有可能就是采用這一方式進(jìn)行的 ， 因?yàn)檫@種方式可以在較短的時(shí)間內(nèi)獲得具有新性狀蛋白質(zhì)分子，同時(shí)也節(jié)約使用有限的遺傳信息資源，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。有些蛋白 質(zhì)的功能特性與特定的氨基酸側(cè)鏈有關(guān)，這類蛋白質(zhì)的改造，一般來(lái)說(shuō) 不 需要以完整的空間結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行分子設(shè)計(jì)，只要改變相應(yīng)的氨基酸種類即可，但是如何進(jìn)行改變，換成哪種氨基酸，置換后將會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能有何影響，則要仔細(xì)研究和篩選了。如果我們對(duì)目的蛋白質(zhì)基因或基因上某個(gè)區(qū)域在體內(nèi)或體外進(jìn)行隨機(jī)誘變，建立突變型基因庫(kù)，并通過(guò)載體系統(tǒng)表達(dá)突變蛋白質(zhì)，用高效檢測(cè)系統(tǒng)在預(yù)定條件下篩選，就可能獲得預(yù)期的突變蛋白質(zhì)。該研究?jī)?nèi)容包括：蛋白質(zhì)活性中心 ( 催化中心和調(diào)節(jié)中心 ) 的鑒定、蛋白質(zhì)中各個(gè)關(guān)鍵氨基酸殘基在結(jié)構(gòu)和功能中的作用和貢獻(xiàn)、蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程及其折疊中間體的能量狀態(tài)和穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間 以及蛋白質(zhì)與其他生物大分子之間的相互作用和相互識(shí)別等。對(duì)于局部重建的大改和從頭設(shè)計(jì)的構(gòu)建來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)我們已經(jīng)基本掌握了蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與高級(jí)機(jī)構(gòu)之間的關(guān)系，掌握了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間相互關(guān)系的規(guī)律以后，才能真正地把握這一過(guò)程。如已有實(shí)驗(yàn)獲得了幾種降鈣素的類似物；合成模擬胰凝乳蛋白酶，一個(gè)具有分支四螺旋多肽結(jié)構(gòu)，其酶的催化活性與天然蛋白質(zhì)相比僅相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)；另外，人工合成鈣選擇性離子通道也有報(bào)道，這些都是類似蛋白質(zhì)全新合成的產(chǎn)物。另一方面，蛋白質(zhì)和多肽的化學(xué)合成，無(wú)論是從合成的長(zhǎng)度方面，還是從合成的精度方面，都有了很大的突破，并且已經(jīng)拼接兩個(gè)肽片段，使蛋白質(zhì)的肽鏈合成擺脫了必須線性單向延長(zhǎng)的單一模式，向多元化合成方式發(fā)展。這不僅會(huì)對(duì)生命科學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響，最終將徹底改變傳統(tǒng)工業(yè)的高溫、高壓、高能耗的局面，使之成為節(jié)省能源，但卻更為高效的生產(chǎn)方式。 三、蛋白質(zhì)工程技術(shù)的發(fā)展歷史 蛋白質(zhì)工程的研究和發(fā)展是與對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的深入了解密不可分的。 80 年代以來(lái)，由于基因工程技術(shù)能夠讓大腸桿菌大量產(chǎn)生人們感興趣的蛋白質(zhì)，科學(xué)家可以方便地 對(duì)那些在機(jī)體內(nèi)含量極微卻又難以提取的蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)研究。 四、蛋白質(zhì)工程技術(shù)的展望 蛋白質(zhì)工程作為一種新型的強(qiáng)有力的研究手段，對(duì)一些基本生物學(xué)問(wèn)題的研究和解決發(fā)揮了重要作用。它已經(jīng)在蛋白質(zhì)藥物改造、酶工程、抗體工程、分子電子器件和新型醫(yī)學(xué)生物材料研制中獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。迄今為止，從基因到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)再到生物功能，是分子生物學(xué)的中心和主流，它的成就對(duì)現(xiàn)代生物學(xué)的發(fā)展起了巨大 的 作用。蛋白質(zhì)工程是希望與挑戰(zhàn)并存、艱辛與碩果同在的嶄新研究領(lǐng)域。又如，利用高溫均質(zhì)對(duì)醇法大豆?jié)饪s蛋白進(jìn)行改性處理，可使其溶解度、乳化性和起泡性提高（表 6 1 ）。近年來(lái)，對(duì)濃堿高溫下可能生成賴氨酰丙氨酸的毒性問(wèn)題也提及過(guò)，在堿性試劑作用下，氨基酸由 L 型轉(zhuǎn) D 型可能性增加，成品的發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性均很高，色澤呈乳白。酸堿處理可催化多種反應(yīng)，從而使蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及功能特性發(fā)生重大變化，這反應(yīng)包括肽鍵水解 、 酰胺基水解 、 精氨酸側(cè)鏈水解 等 某些氨基酸被破壞。 （ 4）乙?；饔? 將醋酸酐引入到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的氨基上即成為乙酰化蛋白，把這種反應(yīng)叫做乙?；饔?，乙?；饔媚苁拐被x子轉(zhuǎn)移到帶電的中性殘基上，從而得到一個(gè)凈負(fù)電荷，反應(yīng)過(guò)程 為： 蛋白質(zhì) NH2和乙酸酐在 pH7 . 2 ～ 7 . 8 作用下，生成乙酰化蛋白。 無(wú)毒和可消化性是把?；鞍踪|(zhì)應(yīng)用到食品制造中所必不可少的條件， Fr an jen 指出，琥珀?；鸵阴；牡鞍踪|(zhì)可以說(shuō)是最理想的，因?yàn)殓晁岷痛姿岽嬖谟谌梭w內(nèi)三羧酸循環(huán)中，和它們的其他同系物相比它們的衍生物是無(wú)毒的。 如， 磷酸化大豆分離蛋白 的 制取 把大豆分離蛋白粉以 3 ％濃度溶解到水里 ，pH 值控制在 8 .0 ，加入 STP 的量為 3 ％，反應(yīng)溫度控制在 35 ℃，反應(yīng)時(shí)間 3 . 5h ，反應(yīng)結(jié)束后，把樣品的 p H 值調(diào)到 4 . 0 ，攪拌 30 min ， 2023r p min 下離心 15min ，取沉淀部分冷凍干燥，大豆蛋白功能特性水溶性、發(fā)泡能力、乳化能力、擇水能力有了明顯提高，蛋白溶液 粘 度也提高了 , 見(jiàn)表 6