北大现代分子生物学蛋白质工程概论

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1、蛋白质工程概论山东大学医学院生物化学与分子生物学研究所刘贤锡前言基因工程诞生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»,该文的摘要是:Theprospectsforproteinengineering,includingtherolesofx-raycrystallography,chemicalsynthesisofDNA,andcomputermodelingofproteinstructureandfolding,arediscussed.Itis

2、nowpossibletoattempttomodifymanydifferentpropertiesofproteinsbycombininginformationoncrystalstructureandproteinchemistrywithartificialgenesynthesis.Suchtechniquesofferthepotentialforalteringproteinstructureandfunctioninwaysnotpossiblebyanyothermethod.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

3、了。蛋白质工程（proteinengineering）研究在过去的25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。2000年6月26日，人类基因组的工作草图宣告完成，并进入了后基因组时代（post-genomeera）。后基因组时代，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

4、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。研究蛋白质的结构和功能，继而人工改造蛋白质的结构，并获得我们所需要的活性蛋白质，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，利用基因定点诱变等技术，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。蛋白质工

5、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。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

6、）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1.酶的开发利用依赖于蛋白质工程的研发酶的专一性强，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。加酶去污剂:洗衣粉、漂白分等；医药：链激酶、尿激酶、TPA等。妨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，

7、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，这就需要利用蛋白质工程对蛋白质进行改造。如加酶洗衣粉就是在洗衣粉中加入一种蛋白水解酶枯草杆菌蛋白酶,提高洗衣粉的洗涤效果.但是,由于其稳定性较差,最适pH值和最适温度较窄,在洗衣机中洗衣服时效果较差.经蛋白质工程改造后大大提高了其应用价值,现已成为加酶洗衣粉的重要成分.2.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）是一种免疫反应调节因子，在医学上具有广泛的

8、用途。结构研究证明，IL-2是由133个氨基酸残基组成的多肽，有3个半胱氨酸，1个二硫键，而1