1 蛋白质工程概论（研究生课程）

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1、第一节蛋白质工程概论1960年Anfinsen证明蛋白质的一级结构决定其立体结构。1980年代蛋白质工程的兴起。1997年提出蛋白组学研究的概念。1999年蛋白质芯片技术出现。基因工程诞生10周年之际著名科学家KevinM.Ulmer于1983年在SCIENCE(VOL.219)发表了论文«ProteinEngineering»,abstract：Theprospectsforproteinengineering,includingtherolesofx-raycrystallography,chemicalsynt

2、hesisofDNA,andcomputermodelingofproteinstructureandfolding,arediscussed.Itisnowpossibletoattempttomodifymanydifferentpropertiesofproteinsbycombininginformationoncrystalstructureandproteinchemistrywithartificialgenesynthesis.Suchtechniquesofferthepotentialforalt

3、eringproteinstructureandfunctioninwaysnotpossiblebyanyothermethod.该文的发表标志着作为生物工程三大技术之一的蛋白质工程诞生了。蛋白质工程（proteinengineering）研究在过去的20余年间发展迅速，已取得一批较好成果，并开始应用于医学、农业、轻工等各个领域，产生了较大的经济和社会效益。2000年6月26日，人类基因组的工作草图宣告完成，标志着人类跨进21世纪历史新纪元之际，生命科学也迎来了一个崭新的时代，即后基因组时代（post-genome

4、era）。在后基因组时代中，生物学的中心任务是揭示基因组及其所包含的全部基因的功能，并在此基础上阐明生命体的遗传、进化、发育、生长、衰老、死亡的基本生物学规律，以及与人类健康和疾病相关的生物学问题。由于基因的功能最终总是通过其表达产物蛋白质来实现的，因此，在人类基因组测序之后进一步集中研究蛋白质的结构及功能，是揭示基因组功能，阐释生命体重要生命活动规律和生命现象本质的基本途径，也是阐释疾病发生与发展的分子机理并进而战胜疾病的重要途径。而研究蛋白质的结构和功能，并在此项研究基础上人工改造蛋白质的结构，并获得我们所需要的

5、活性蛋白质，正是蛋白质工程的主要任务和目标。一、蛋白质工程的概念ProteinEngineering蛋白质工程是在重组DNA技术应用于蛋白质结构与功能研究之后发展起来的一门新兴学科。所谓蛋白质工程，就是通过对蛋白质已知结构和功能的了解，借助计算机辅助设计，利用基因定位诱变等技术，特异性地对蛋白质结构基因进行改造，产生具有新的特性的蛋白质的技术，并由此深入研究蛋白质的结构与功能的关系,并使蛋白质更好地造福于人类。蛋白质工程是在遗传工程取得的成就的基础上，融合蛋白质结晶学、蛋白质动力学、计算机辅助设计和蛋白质化学等学科而

6、迅速发展起来的一个新兴研究领域，它开创了按照人类意愿设计制造符合人类需要的蛋白质的新时期，因此，被誉为第二代遗传工程。蛋白质工程的出现，为认识和改造蛋白质分子提供了强有力的手段。基因功能的认识:反向遗传学技术二、蛋白质工程的理论基础（一）工、农业以及医药卫生事业的高速发展为蛋白质工程的开展开拓了广阔应用前景（二）蛋白质结构与功能关系研究技术的建立推动了蛋白质结构与功能关系的研究，从而为蛋白质改造提供了理论依据（三）基因工程理论和技术的发展，为蛋白质的改造和生产提供了必要的技术手段（一）工、农业以及医药卫生事业的高速发

7、展为蛋白质工程的开展开拓了广阔应用前景酶的专一性强，在温和条件下能有效地催化化学反应，使酶的应用日益广泛。药品、化学、食品工业及分析服务行业是酶开发的重要领地，为蛋白质工程的开展开拓了前景。防碍酶开发利用的原因主要有：生物材料中酶含量甚少，用传统方法分离纯化酶蛋白成本太高；酶蛋白分子结构的稳定性差，过酸、过碱、高温、氧化等因素可破坏其结构，使其丧失生物活性，因而在工业加工条件下，酶的半衰期短，利用率低；酶催化活性的最适pH值及底物专一性的范围较窄，与工业应用的要求有较大差距。因此，要想扩大酶蛋白的开发利用，需要建立

8、适当的方法，以改善酶蛋白的生物特性，使之适合于工业应用的需求。在多肽药物、抗体以及其他活性蛋白质的基础与应用研究中，同样存在着蛋白质结构的改造问题。如白细胞介素-2（IL-2）由133个氨基酸残基组成的多肽，有3个半胱氨酸残基，1个二硫键，而125位上的半胱氨酸残基处于游离状态，在分离纯化IL-2的过程中，易发生二硫键错配，致使整个多肽活性降低