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论文

蛋白质工程——第二代遗传工程技术

背景：

目前,蛋白质工程技术日趋成熟,已经公认是第二代遗传工程技

术。美国加利福尼亚州的两个生物技术公司Genentech和Cetus在这

个领域正处于领先地位。工业上日益需要具有特殊性质的新的耐热、

耐酸碱的稳定蛋白质。酶是特殊类型的蛋白质,只能在较窄的条件(类

似于产酶的动物或植物细胞内的条件)范围内起作用。因此,酶很昂贵,

容易变性。要获得稳定酶,一个途径是蛋白质工程。

概念：

中文名称：蛋白质工程英文名称：proteinengineering

定义1：按人们意志改变蛋白质的结构和功能或创造新的蛋白质

的过程。包括在体外改造已有的蛋白质，化学合成新的蛋白质，通过

基因工程手段改造已有的或创建新的编码蛋白质的基因去合成蛋白

质等。为获得的新蛋白具备有意义的新性质或新功能，常对已知的其

他蛋白质进行模式分析或采取分子进化等手段。

定义2：利用遗传工程手段，包括用基因的点突变和基因表达等

改造蛋白质分子的结构与功能的技术。

蛋白质工程蛋白质工程，是指在基因工程的基础上，结合蛋白质

结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识通过对基

因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰，改造和拼接以生产出

能满足人类需要的新型蛋白质的技术。

研究内容：

蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子

遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋

白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。其

内容主要有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构

的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。

在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，

设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根

本的目标之一。

原理：

蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将不复存在。可

是，生物体内存在的天然蛋白质，有的往往不尽人意，需要进行改造。

由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有

自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质

的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的

一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一个重要

途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设

计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。这种通过造成一个或几

个碱基定点突变，以达到修饰蛋白质分子结构目的的技术，称为基因

定点突变技术。

蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子

遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋

白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。其

内容主要有蛋白质工程原理与技术两个方面：根据需要合成具有特定

氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与

生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质

的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，

这也是蛋白质工程最根本的目标之一。

一．编辑本段蛋白质工程的基本途径

从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测

应有的氨基酸序列→找到相对应的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相

对应的脱氧核糖核苷酸序列（DNA）蛋白质工程是指以蛋白质分子的

结构规律及其与生物功能的关系作为基础，通过基因修饰或基因合成，

对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类的生产

和生活的需求。也就是说，蛋白质工程是在基因工程的基础上，延伸

出来的第二代基因工程，是包含多学科的综合科技工程领域。

二．编辑本段研究的核心内容——蛋白质结构分析

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。三维空间结构的测定是验证蛋白

质设计的假设即证明是新结构改变了原有生物功能的必需手段。晶体

学的技术在确定蛋白质结构方面有了很大发展，但是最明显的不足是

需要分离出足够量的纯蛋白质（几毫克～几十毫克），制备出单晶体，

然后再进行繁杂的数据收集、计算和分析。另外