蛋白质工程及其应用前景

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1、第5卷第1期华南热带农业大学学报1999年3月Vol.5No.1JOURNALOFSOUTHCHINAUNIVERSITYOFTROPICALAGRICULTUREMar.1999蛋白质工程及其应用前景刘志昕(中国热带农业科学院热带作物生物技术国家重点实验室)摘要对蛋白质的生物学功能及其在人类经济生活中的作用,以及蛋白质研究的历史进程进行概述,并着重阐述了蛋白质工程学科的创立、发展及基本原理和内容,介绍其研究现状和应用前景。1蛋白质的存在及其重要性究课题。蛋白质(protein)属于生物有机大分子,可以说它是决定生命存在和运

2、动的最重2蛋白质研究的历史进程要的一类物质。从极其复杂的具有多细胞和17世纪后人们开始对自然界中存在的组织、器官分化的高等动、植物,到简单的单物质的性质有所认识,导致了“有机化学”这细胞原核生物甚至无细胞的分子生命形式门学科的产生,其后经过实践对有机物的性病毒,一切生命体的繁衍、代谢、生存、发展质和本质有了正确的认识,有机结构理论也都离不开蛋白质,蛋白质在构成有机体和完得以形成。19世纪以后,人们开始认识到含成体内精确的生化代谢和机体多样的生理氮的这类蛋白质物质的存在及其重要性,于功能中发挥着重要作用。从整个生态系统来是把它

3、做为化学研究对象加以研究,后来成看,蛋白质的代谢和利用是维持物种关系和为生物化学的重要内容。本世纪随着生物学生态平衡的重要部分,因为高等动物需要从研究的深入以及现代物理、化学实验技术的动植物获得蛋白质做为必须营养物质,而他应用,蛋白质化学及生物化学研究得到了长们的分解代谢又为植物和微生物生存提供足的进步,三四十年代通过分离、提纯等手大部分氮源。对于整个自然界来说,蛋白质段对各类蛋白质的组成和性质有了较多的做为一种主要的有机氮存在方式,它在物质认识,并开始了对其空间结构的研究,五六循环中起着重要作用,它的出现和演变对生十年代分

4、子生物学的创立,把生物大分子的命的起源和物种的形成、进化无异具有重要结构和功能联系起来,使人们对蛋白质的生的意义。对于人类社会来说,蛋白质作为基物学作用有了更深一步的了解,尤其是中心本营养成份是人类生存所需的基本物质,人法则指明了蛋白质和作为生命遗传物质的类不断发展也越来越依赖于对蛋白质的合DNA之间的关系,随后编码氨基酸的三联理利用。所以说对蛋白质的研究、开发和利体密码得到解读,这些理论为蛋白质的生物用不论过去、现代和将来都是非常重要的研合成奠定了基础。与此同时,蛋白质的人工©1994-2010ChinaAcademicJ

5、ournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net40华南热带农业大学学报第5卷[1,2]合成和化学修饰也取得了成功。相比之下蛋白质工程的盲目性减少了,科学性增加了,工程性加强了,有人也把它称为3蛋白质工程诞生的历史背景及其与其它“第二代基因工程”。第三,本世纪电子计算学科的关系机的问世,以及机算机技术向生物学领域渗蛋白质的化学合成和修饰以及利用基透对蛋白质工程的建立起了决定性的作用。因工程进行蛋白质表达是人类认识和利用因为蛋白质空间结构

6、分析是一项复杂仔细蛋白质的巨大的飞跃。然而人们并不能满足的工作,有大量数据处理,单靠人脑和手工于此,因为不论是蛋白质的人工合成还是天是远远不能实现的,而要实现特定功能的结然蛋白质的化学修饰都存在很多局限,如得构改变也需要把数据转变成图象进行结构到的多肽长度、成本、修饰专一性等问题。相预测和分子设计,能胜任这些工作的非计算比之下基因工程表达蛋白质有很大的优势,机莫属,因此蛋白质工程的创立和发展很大但离达到人们所需要的蛋白质的性能还有程度上取决于计算机技术的应用和发展。总很大距离。这就向蛋白质的研究利用提出了之,正是以上这些学科

7、的高度集成,在本世更高的要求,蛋白质工程恰恰能够满足这个纪80年代初蛋白质工程这门新学科应运而[3]要求。生。蛋白质工程就是通过对蛋白质结构和功能关系的认识,按人类的需要通过基因工4蛋白质工程的基本原理及研究内容程途径定向地改造和创造蛋白质的理论及蛋白质工程所要实现的目标就是根据实践。它是一门应用多学科知识和技术的综人类的需要改造天然蛋白质或设计创造自合性的学科,需要有多学科的基础。首先,蛋然界没有的新蛋白质。实现蛋白质工程目标白质结构分子生物学的研究和深入,特别是有三个环节的工作要做。第一需要用结晶学对酶等蛋白质空间结构的

8、细节的了解认识,技术诱生、培养获得蛋白质晶体,而且尽可为阐明蛋白质的生物学功能和进一步改造能得到微晶,利用X射线技术通过晶体衍蛋白质奠定了基础。因此可以说蛋白质工程射仪收集衍射数据,经等密度图转换,对晶是蛋白质化学和结构分子生物学研究走向体进行测量、分析,确定蛋白质的三维结构。深入的产物。