蛋白質(zhì)工程及應(yīng)用-閱讀頁(yè)
2024-09-03 23:26本頁(yè)面
【正文】 硫鍵： 作用很強(qiáng) ， 對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象起重要作用 ?氫鍵 、 離子鍵 、 疏水作用和范德華力等次級(jí)鍵是非共價(jià)鍵 ?肽鍵 、 二硫鍵 、 酯鍵等被稱(chēng)之為共價(jià)鍵 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu) 二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助于氫鍵沿一維方向排列成具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象，是多肽鏈局部的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象） 主要形式： α 螺旋 、 β 折疊 、 β 轉(zhuǎn)角 、 無(wú)規(guī)卷曲 等 β轉(zhuǎn)角 蛋白質(zhì)分子的二級(jí)結(jié)構(gòu) α螺旋 β折疊片 β轉(zhuǎn)角 自由回轉(zhuǎn) 三級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步盤(pán)曲而成特定格式的三級(jí)結(jié)構(gòu)。 這些多肽鏈之間只是通過(guò)疏水作用等次級(jí)鍵結(jié)合成為有序排列的特定的空間結(jié)構(gòu)，形成了四級(jí)結(jié)構(gòu)。 血紅蛋白中四亞基兩兩相同，分別稱(chēng)為 α1 、 α β β2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 （ 1）相似的結(jié)構(gòu)具有相似的功能。 催產(chǎn)素、抗利尿激素都是由下丘腦神經(jīng)細(xì)胞合成的九肽類(lèi)激素 ,前者具有催產(chǎn)及使乳腺 (Phe的作用 .如圖為催產(chǎn)素結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式 ,若將異亮氨酸 (He)和亮氨酸 (Leu)分別替換為苯丙氨酸和精氨酸則為抗利尿劑。 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 （ 2）不同的結(jié)構(gòu)具有不同的功能 盡管催產(chǎn)素、抗利尿激素有相似的功能，但它們的結(jié)構(gòu)并不完全相同，因此生物學(xué)活性也有很大差異 催產(chǎn)素的催產(chǎn)功能強(qiáng)于抗利尿劑激素。 所以，一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其功能必然改變。 核糖核酸酶，不破壞它的一級(jí)結(jié)構(gòu)，只是破壞其氫鍵，二硫鍵還原為巰基，該酶也會(huì)失去活性。 食品蛋白的改性 人類(lèi)迫切需求具有 功能特性 和 營(yíng)養(yǎng)特性 的蛋白質(zhì) 一方面，開(kāi)發(fā)蛋白質(zhì)資源（優(yōu)質(zhì)蛋白）。 蛋白質(zhì)的改性是指通過(guò)物理、化學(xué)和生物 (酶 )的方法改變蛋白質(zhì)的 結(jié)構(gòu) ，從而改善它們的功能特性，使之達(dá)到食品所需要的品質(zhì)特性，以擴(kuò)大蛋白質(zhì)在不同類(lèi)型食品體系中的應(yīng)用范圍。 蛋白質(zhì)改造方法 在基因水平上對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，按改造的規(guī)模和程度可以分為： 小改：個(gè)別氨基酸的改變和一整段氨基酸序列的刪除、置換或插入 中改：蛋白質(zhì)分子的剪裁，如結(jié)構(gòu)域的拼接 大改：局部重建 從頭設(shè)計(jì)合成新型蛋白質(zhì) 一、 小改 造 ?通過(guò)基因突變方法，以達(dá)到改變氨基酸進(jìn)而改造蛋白質(zhì)的目的。 這種通過(guò)造成一個(gè)或幾個(gè)堿基 定點(diǎn)突變 ，以達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目的的技術(shù)，稱(chēng)為基因定點(diǎn)突變技術(shù) 。 利用定位突變?cè)跀M改造的氨基酸密碼兩側(cè)造成兩個(gè)原載體和基因上沒(méi)有的 內(nèi)切酶切點(diǎn) ，用該內(nèi)切酶消化基因，再用合成的發(fā)生不同變化的雙鏈 DNA片段替代被消化的部分。 盒式突變技術(shù) 二、蛋白質(zhì)分子的高級(jí)改造（結(jié)構(gòu)域的拼接） ?研究證明，在二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之間還有一個(gè)結(jié)構(gòu)層次，即 結(jié)構(gòu)域 ?結(jié)構(gòu)域由 α 螺旋、 β 折疊等二級(jí)結(jié)構(gòu)單位按一定的拓?fù)鋵W(xué)規(guī)則構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)實(shí)體。 三、全新蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建 ?上述兩種蛋白質(zhì)改造方法，通常是從一個(gè)已知順序、結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)出發(fā)，根據(jù)一定的目標(biāo)和設(shè)計(jì)方案，使用多肽合成或者基因工程的方法，改變它的結(jié)構(gòu)，以期達(dá)到改變其性質(zhì)的目的。 蛋白質(zhì)工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程自問(wèn)世以來(lái)，短短十幾年的時(shí)間，已取得了引人矚目的進(jìn)展，在醫(yī)學(xué)和工業(yè)用酶方面也獲得了良好的應(yīng)用前景。 一、 消除酶的被抑制特性 ?1985年，美國(guó)的埃斯特爾借助寡核苷酸介導(dǎo)的定位突變技術(shù)，用 19種 其他氨基酸分別替代枯草芽孢桿菌蛋白酶 分子第 222位殘基上 易氧化 的甲硫氨酸，獲得了一系列活性差異很大的突變酶。 二、引入二硫鍵，改善蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性 ?溶菌酶分子：由一條肽鏈構(gòu)成，并在空間上折疊形成二個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，酶活性中心位于二個(gè)結(jié)構(gòu)域之間。因此，提高酶熱穩(wěn)定性最常用的辦法是在分子中增加一對(duì)或數(shù)對(duì)二硫鍵。 ?對(duì)釀酒酵母的 磷酸丙糖異構(gòu)酶 進(jìn)行誘變改造。 ?通過(guò)寡核苷酸介導(dǎo)的定向誘變技術(shù)，將第 14位和第 78位上的 2個(gè) 天冬酰胺 分別轉(zhuǎn)變成 Thr(蘇氨酸 )和 Ile(異亮氨酸 )殘基 ，大幅度提高突變酶的熱穩(wěn)定性。 ?采用 盒式突變技術(shù) 將葡萄糖異構(gòu)酶分子中酸性氨基酸 (Glu谷或 Asp天冬 )集中的區(qū)域置換為堿性氨基酸(Arg精或 Lys賴(lài) )，可使葡萄糖異構(gòu)酶的最適 pH值變?yōu)樗嵝?，即可在高溫下進(jìn)行反應(yīng) 五、提高酶的催化活性 ?酶的催化活性由酶分子上的 必需基團(tuán) 決定 ?如對(duì)酪氨酸 tRNA合成酶進(jìn)行定點(diǎn)突變 ?在天然狀態(tài)下，酪氨酸 tRNA合成酶分子內(nèi)第 51位蘇氨酸殘基的 羥基 能與底物酪氨酰腺嘌呤核苷酸戊糖環(huán)上的 氧原子 形成 氫鍵 ，這個(gè)氫鍵的存在影響酶分子與另一底物 ATP的親和力。 六、修飾酶的催化特異性 ?利用定點(diǎn)突變技術(shù)葡萄糖淀粉酶的催化特性。 ?Nisin分子結(jié)構(gòu)中包含 5種稀有氨基酸，即 ABA、 DHA、DHB、 ALASALA和 ALASABA，它們通過(guò)硫醚鍵形成五
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