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基因重组技术的应用是酶技术的又一革命性突破。通过转基因技术 , 目的蛋白的基因拷贝可以数十倍地增加 , 几乎可以达到微生物体系生产蛋白的极限 , 使得酶的生产成本又一次飞跃性地下降。 更重要的是 , 转基因技术在理论上使得几乎所有来源的酶的生产成为了可能 , 而在实践上也实现了相当多数来源的酶的人工生产。 酶的选择不再决定于其来源 , 而在于其性能。 教案引言 蛋白质工程——以重组DNA技术为基础,结合X-衍射分析技术、蛋白质溶液构象理论及计算机辅助设计发展起来的一种定点定位修饰技术体系,也是在基因水平进行蛋白质改造的技术科学。 一、酶蛋白质工程 (一)概述 1、蛋白质工程的主要目标 2、酶蛋白质工程所需基本信息 3、酶蛋白质工程的流程 4、酶蛋白质工程的前景 教案引言 1、蛋白质工程的主要目标 (1) 功能的改变 (2) 结构特性的改变 (3) 新体系的创造 蛋白质工程的主要目标 (1) 功能的改变 提高 Vm, 减小 km , 改变最适 pH, 去除抑制部位 , 改变催化反应的特异性 , 去除影响稳定性的残基。 (2) 结构特性的改变 提高热稳定性 , 提高在有机溶剂中的稳定性 , 改变物理化学特性 , 改变配位体的结合特异性。 (3) 新体系的创造 杂化和多功能酶 , 添加便于分离的片断 , 改进治疗用酶的有效性。? 教案引言 2、酶蛋白质工程所需基本信息 酶的基因克隆 ; 该基因的序列 ; 活性部位的作用机理 , 更理想的是涉及活性部位的氨基酸 ; 酶的晶体结构, 或者至少是同源性很高的蛋白质空间结构。 3、酶蛋白质工程的流程 相关的序列及 3D 结构数据库 4、酶蛋白质工程的前景 酶的蛋白质工程是典型的多学科综合研究 , 所涉及的学科不仅有酶学、蛋白质化学和分 子生物学 , 而且还涉及蛋白质结构解析和生物信息学分析。 在对于天然的蛋白分子的研究还未总结出可以基本涵盖绝大多数情况的结构与功能的规律之前 , 酶的蛋白质工程不可能成为主要的创造新酶源的手段。 酶的蛋白质工程将创造出大量具有新的、功能更好的酶产品,蛋白质工程对于分子性能的改善程度和功能创新的多样性, 将会超过现在最具想像力的预测。 (二)蛋白质结构分析与结构预测 蛋白质所具有的功能在很大程度上取决于其空间结构 , 因此对蛋白质空间结构的研究在蛋白质工程中有着极其重要的意义。 蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息 , 以便建立结构与功能之间关系的数据库 , 为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。 1、蛋白质结构测定 1)一级结构测定 2)三维结构测定 3)蛋白质结构分类 1)一级结构测定 蛋白质一级结构的测定是蛋白质立体结构测定的前提 , 其基本步骤是 : ①应用化学裂解法或蛋白酶水解法将多肤链专一性裂解 , 得到一系列肽段 ; ②逐一测定每个纯化的小肽段的顺序 ; ③根据肽段氨基酸顺序中的重叠区确定小肽段的排列次序 ; ④完成整条多肽链的顺序分析。 2)三维结构测定 测定蛋白质三维结构的方法主要有两类 : ①蛋白质晶体 X 线衍射法 ; ②多维磁共振法。 ①蛋白质晶体 X 线衍射法 X线衍射法是迄今为止研究蛋白质三维结构最有效的方法 , 所能达到的精度是任何其他方法所不能比拟的。它的缺点是蛋白质的晶体较难培养、晶体结构测定的周期较长。 0.5nm 分辨率 0.3nm 分辨率 0.2nm 分辨率 0.15nm 分辨率 0.5nm 分辨率 0.3nm 分辨率 0.2nm 分辨率 0.15nm 分辨率 ②多维磁共振法 多维磁共振法近年来发展较快 , 可以直接测定蛋白质在溶液中的构象 , 但对样品的需要量大、纯度要求高 , 被测定的蛋白质的相对分子质量一般不超过 20000, 因此其应用也受到很大限制。 3)蛋白质结构分类 大量蛋白质分子空间结构的测定使得有可能对蛋白质进行结构分类。目前一般将蛋白质按照空间结构分成如下几类: ①只含α—螺旋 , 如血红蛋白; ②只含β—折叠 , 如过 氧化物歧化酶; ③既有α—螺旋 , 又有β—折叠 , 又可分为两类 α /β类 : α—螺旋和β—折叠交替出现 , 如黄素氧化还原蛋白; α+β类 : α一螺旋和β—折叠彼此不相关 , 如天花粉蛋白。 其中 , 以第三类为最多 。 2、蛋白质结构预测 蛋白质三维结构很大程度上决定了蛋白质的功能 , 因此如何获得蛋白质的结构并对其分析研究是现代分子生物学的重要课题。 从遗传信息到最后的遗传物质的表达即具有活性的蛋白质 , 可以说包含两组密码 , 从 DNA
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