《蛋白质工程》课件

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1、蛋白质工程与食品产业内容一、蛋白质的功能与结构二、蛋白质工程的诞生三、蛋白质工程的基本步骤和改造方法四、蛋白质工程在食品产业中的应用一、蛋白质的功能与结构1.1蛋白质的功能1.2蛋白质的结构1.1蛋白质的功能(1)蛋白质是构成生命的重要物质之一蛋白质是一类重要而复杂的生物大分子，它广泛地存在于所有生物界的机体之中，具有许多重要的作用：构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质-酶的催化下进行的；高等动物的免疫反应，也主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的；运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的；运

2、输氧和二氧化碳的是血红蛋白；具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。(2)蛋白质的应用①蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。人们需要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质营养。②用蛋白质诊断和治疗某些疾病。淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮助消化，治疗某些消化不良性疾病；胰岛素用于治疗严重的糖尿病；转氨酶作为肝病变的指标等。③食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利用蛋白质的性质制造各种产品。例如，酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。用于人类衣着的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。1.2蛋白质的结构氨基酸是蛋

3、白质的基本结构单位，各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线形头尾相连，构成不同长短的肽链。肽键的形成肽链又以一定方式折叠盘绕成独特的空间结构，这时才产生具有生物活性的天然蛋白质。多肽链的折叠可分为四种不同层次的结构。一级结构：仅指肽链中的氨基酸线型排列顺序，不考虑空间的排列。牛胰岛素的氨基酸序列二级结构：主链原子的局部空间排列，不包括侧链构象和与其他链段的相互关系，如-螺旋、-折叠等主链构象单元就是二级结构。-螺旋三级结构：蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构。碳酸酐酶的

4、多肽骨架示意图四级结构：具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构。其中，每个具有独立三级结构的多肽链单位称为亚基。四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局。如血红蛋白分子中四个亚基之间的空间关系。血红蛋白的结构内容一、蛋白质的功能与结构二、蛋白质工程的诞生三、蛋白质工程的基本步骤和改造方法四、蛋白质工程在食品产业中的应用二、蛋白质工程的诞生蛋白质工程是指基于蛋白质结构功能的研究结果，通过基因工程技术，改造现有蛋白质和设计制造新蛋白质，因而也称为第

5、二代基因工程。美国斯坦福大学的CharlesYanofsky教授，在1987年的美国微生物学会的年会上说，生物理论和技术在下列九方面的发展促进了蛋白质工程的诞生。①新的克隆技术，特别是完整的cDNA的克隆技术；②快速测定DNA序列的方法；③从DNA序列推算蛋白质序列的较好的计算机程序系统；④蛋白质序列数据库的建立，使一级结构相似的蛋白质能被很快地鉴定出来，并由此研究其功能上的相似性；⑤对原核生物和真核生物基因表达调控的进一步深入了解；⑥用于基因体外诱变的化学、酶学和合成技术的进展；⑦X-光晶体学的进展，包括较好的长晶体

6、策略、同步辐射的应用、电子区域检测器的出现，以及计算机辅助的数据分析；⑧用计算机图像系统为工具直接观察晶体数据；⑨核磁共振技术的改进，使溶液中的原子分布能得到直接检测。内容一、蛋白质的功能与结构二、蛋白质工程的诞生三、蛋白质工程的基本步骤和改造方法四、蛋白质工程在食品产业中的应用三、蛋白质工程的基本步骤和改造方法3.1蛋白质工程研究的基本步骤3.2蛋白质改造方法3.1蛋白质工程研究的基本步骤分离纯化目的蛋白，使之结晶并作X晶体衍射分析，结合核磁共振等其他方法的分析结果，得到其空间结构的尽可能多的信息。对目的蛋白的功能作

7、详尽的研究，确定它的功能域。通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系的分析，找出关键的基团和结构。在蛋白质结构与功能研究的基础上，借助于计算机图像显示和分子辅助设计，提出对目的蛋白分子的改建或构建方案，并用基因工程的方法去实施。对经过改造的蛋白质进行功能性测定，看看改造的效果如何。蛋白质工程的程序3.2蛋白质改造方法3.2.1天然蛋白质的改造3.2.1.1基因的定向诱变技术3.2.1.2结构域的拼接3.2.1.1基因的定向诱变技术一般，含有单一或少数几个突变位点的基因定向改变可以采用M13-DNA寡聚核苷酸

8、介导诱变技术、寡核苷酸介导的PCR诱变技术、随机诱变技术和盒式突变技术。（1）M13-DNA寡聚核苷酸介导诱变技术.将要改造的蛋白质的目的基因插入到M13单链DNA中作为模板，以含有要改变的碱基的一段寡聚核苷酸作为引物，在体外用DNA聚合酶进行双链DNA的合成，用DNA连接酶连接成环状将杂合DNA双链再转入大肠杆菌中将含突变目的基