蛋白质与酶工程中期复习——生工一班.docVIP

蛋白质与酶工程中期复习 蛋白质工程（Protein engineering）：是以蛋白质的结构与功能的关系研究为基础，利用基因工程技术对现存蛋白质加以改造，组建成新型蛋白质的现代生物技术。（或：以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过有控制的修饰和合成，对现有蛋白质加以定向改造、设计、构建并最终生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更加符合人类社会需要的新型蛋白质。） 酶工程（Enzyme engineering）：是指从应用的目的出发研究酶，将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。包括酶制剂的生产和应用两个方面。 凯氏定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量＝蛋白氮×6 .25 蛋白质的生物学功能主要体现在以下几个方面：1）生物催化功能；2）调节功能；3）运输功能；4）运动功能；5）机械功能；6）防御和保护功能；7）信息传递功能；8）可作为生物体发育和生长的营养物质。 蛋白质工程的理论依据——基因指导蛋白质的合成 蛋白质的生物功能总是与蛋白质的结构紧密相关的。在有些情况下，即使在整个蛋白质分子中仅发生一个氨基酸残基的异常，其功能也会受到明显影响。如镰刀形细胞贫血症即由于血纤蛋白的两条β链的第6位上的Glu（谷氨酸）转变为Val（缬氨酸），在血红蛋白表面形成了一个疏水区，并导致血红蛋白聚集成不溶性的纤维素，进而引起红细胞镰刀状化和输氧能力降低。 蛋白质工程的主要研究方向：1）蛋白质结构分析；2）蛋白质结构预测；3）改造或创造新蛋白质。 蛋白质融合 （Protein fusion）：将不同蛋白质的特性集中在一种蛋白质上，显著地改变蛋白质的特性“嵌合抗体”和“人缘化抗体”等。 “分子病”--由于基因突变造成蛋白质分子中仅一个氨基酸残基的变化就引起的疾病 。常见分子病：镰刀形细胞贫血症、苯丙酮尿症。 “折叠病”--蛋白质分子的氨基酸序列没有改变，只是结构或者构象改变引起的疾病。常见折叠病：疯牛病、阿尔茨海默病、克雅氏病。 人类疯牛病的起因——朊蛋白（PrP）的错误折叠。感染型朊蛋白也会导致天然型朊蛋白转变为感染型朊蛋白。 朊蛋白特点：1）只有蛋白质而无核酸；2）既有感染性，又有遗传性；3）无病毒的形态，呈纤维状；4）病毒潜伏期长。 阿尔茨海默病（AD）的起因：神经细胞异常产生的大量β淀粉样蛋白，不仅会在大脑中沉淀形成老年斑，而且会引起大脑神经纤维丝缠结和神经细胞死亡等病理变化，从而导致阿尔茨海默症。显微病理基础：一是神经斑，另一是神经纤维缠结。 分子设计（Molecular design）：从分子、电子水平上，通过数据库等大量实验数据，结合现代量子化学方法，利用计算机图形学技术设计新的分子的过程。 蛋白质分子设计按照被改造部位的多寡分为三类：1）“小改”——定点突变，即对已知结构的蛋白质进行几个残基的替换来改善蛋白质的结构和功能；2）“中改”——蛋白质分子拼接，即对天然蛋白质分子进行大规模地肽链或结构替换以及对不同蛋白质的结构域进行拼接组装；3）“大改”——蛋白质的从头设计，即在了解蛋白质结构和功能的基础上，从蛋白质的一级结构出发，设计自然界不存在的全新蛋白质。 蛋白质分子设计的基础：1）蛋白质生物功能；2）蛋白质功能与结构的关系；3）蛋白质一级结构与功能的关系；4）蛋白质空间构象与功能活性的关系；5）结构生物学与生物信息学促进蛋白质分子设计。 蛋白质分子设计的原则：1）活性设计；2）对专一性设计；3）框架设计；4）疏水基团与亲水基团分布；5）氨基酸侧链最优化几何排列。 蛋白质的化学修饰（Chemical modification of protein）：通过活性基团的引入与去除，而使蛋白质一级结构发生改变的过程。 蛋白质化学修饰的类型：1）蛋白质侧链基团的化学修饰；2）蛋白质位点的专一性修饰；3）蛋白质的聚乙二醇修饰；4）蛋白质的化学交联和化学偶联。 蛋白质侧链基团的化学修饰的修饰机制：选择性的试剂或者亲和标记试剂与侧链上的特定功能团发生化学反应。类型有：巯基、氨基、羧基、二硫键的修饰。 DTNB是目前最常用的巯基修饰试剂之一；磷酸吡哆醛是一种非常专一的赖氨酸修饰试剂；二硫键经还原剂，如巯基乙醇处理后很容易自动氧化，重新形成二硫键，因而需要经过羧甲基处理，防止重新形成二硫键。 亲和标记（Affinity labeling）：是一类专一性化学修饰，试剂（抑制剂）可以专一地标记于酶的活性部位上，使酶不可逆的失活，因此也称专一性的不可逆抑制作用。 光亲和标记试剂除了专一性标记酶活性部位外，还有光反应基团。在暗条件下，试剂先与蛋白质的活性部位发生特异性结合，然后光照试剂被激活产生一个高度活泼的功能基团，与活性部位的侧链基团发生反应。 蛋白质的聚乙二醇修饰（PEG mo