北大现代分子生物学课件蛋白质工程概论

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.Itisnowpossibletoattempttomodifymanydifferentpropertiesofproteinsbycombininginformationoncrystalstructureandproteinchemistrywithartificialgenesynthesis.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）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，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.在多肽药药物、抗抗体以及及其他活活性蛋白白质的基基础与应应用研究究中，同同样存在在着蛋白白质结构构的改造造问题如白细胞胞介素-2（IL-2）是一种种免疫反反应调节节因子，，在医学学上具有有广泛的的用途。。结构研研究证明明，IL-2是由133个氨基酸酸残基组组成的多多肽，有有3个半胱氨氨酸，1个二硫键键，而125位上的半半胱氨酸酸处于游游离状态态，在分离离纯化IL-2的过程中中，易发发生二硫硫键错配配，致使使整个多多肽活性性降低。。定点诱变变将编码码链上编编码125位半胱氨氨酸的密密码子TGT转换成丝丝氨酸或或丙氨酸酸的密码码(TCT或GCA)，结果可可以避免免二硫键键的错配配，使产产品IL-2的活性提高了7倍。再如:单克隆抗抗体是很很有希望望的疾病病治疗用用药,但是,单克隆抗抗体技术术建立起起已有数数十年,并早已认认识到其其药用价价值,但至今应应用不佳佳,原因是鼠鼠源单抗抗对人来来说是异异体蛋白白。其人人源化改改造需蛋蛋白质工工程才能能完成。。可见，改改造蛋白白质的空空间结构构以改变变蛋白质质的某些些生物学学特性，，在拓宽宽蛋白质质的用途途，推动动生物技技术产业业化方面面至关重重要。而而蛋白质质精细结结构的改改造，只只有利用用蛋白质质工程技技术才能能得以实实现。（二）蛋蛋白质结结构与功功能关系系研究技技术的建建立推动动了蛋白白质结构构与功能能关系的的研究，，从而为为蛋白质质改造提提供了理理论依据据蛋白质工工程的重重要目标标之一，，是通过过改造蛋蛋白质的的结构来来提高其其开发利利用的价价值。这这就是说说，蛋白白质的结结构改变变了，其其生物学学功能不不能变。。研究表明明，蛋白白质功能能部位的的几个氨氨基酸残残基决定定着蛋白白质的功功能，但但是这几几个负责责功能的的氨基酸酸残基必必须处于于一个极极其精密密的空间间状态下下才能发发挥功能能。只有有能维持持蛋白质质结构域域的必须须氨基酸酸及其空空间构象象不变，，其功能能域的生生物学活活性才会会保持不不变。因此此在在对对蛋蛋白白质质进进行行改改造造之之前前必必需需对对其其结结构构与与功功能能的的关关系系进进行行充充分分地地研研究究，，了了解解影影响响蛋蛋白白质质特特性性的的氨氨基基酸酸或或氨氨基基酸酸序序列列是是哪哪些些？？改改变变这这个个（（些些））氨氨基基酸酸是是否否会会影影响响蛋蛋白白质质的的功功能能？？阐明明蛋蛋白白质质的的三三维维结结构构，，进进而而研研究究其其与与生生物物学学功功能能的的关关系系已已成成为为了了解解生生命命现现象象的的关关键键，，并并成成为为蛋蛋白白质质工工程程的的基基础础。。蛋白白质质结结构构与与功功能能关关系系研研究究技技术术主主要要包包括括蛋蛋白白质质晶晶体体学学、、蛋蛋白白质质动动力力学学、、生生物物信信息息学学等等。。1．蛋蛋白白质质晶晶体体学学蛋白白质质晶晶体体学学（（proteincrystallography）是是利利用用X射线线衍衍射射法法（（X-raydiffractionmethod）的的原原理理解解释释蛋蛋白白质质晶晶体体中中的的原原子子在在空空间间的的位位置置与与排排列列，，并并了了解解其其与与功功能能的的关关系系。。20世纪纪50年代代末末用用X射线线晶晶体体学学方方法法测测定定了了第第一一个个蛋蛋白白质质———肌红红蛋蛋白白的的结结构构.现已已有有400多种种蛋蛋白白质质的的三三维维结结构构被被搞搞清清。。通过过蛋蛋白白质质三三维维结结构构的的研研究究有有助助于于了了解解蛋蛋白白质质是是如如何何发发挥挥生生物物学学功功能能的的。。近年年来来又又发发展展了了核磁磁共共振振（（NMR）技技术术，它它是是确确定定蛋蛋白白质质分分子子在在溶溶液液中中结结构构信信息息广广为为使使用用的的方方法法。。核核磁磁共共振振技技术术使使用用较较低低强强度度辐辐射射能能测测定定蛋蛋白白质质分分子子在在流流动动化化液液态态下下的的三三维维结结构构信信息息，，从从而而更更真真实实地地反反映映蛋蛋白白质质在在生生物物环环境境下下的的结结构构信信息息，，并并能能确确定定小小分分子子与与大大分分子子复复合合物物的的结结构构。。2．蛋蛋白白质质动动力力学学线性性多多肽肽是是如如何何折折叠叠成成具具有有三三维维特特征征的的天天然然结结构构？？蛋蛋白白质质在在与与其其他他物物质质（（蛋蛋白白质质、、核核酸酸或或酶酶的的底底物物等等））相相互互作作用用时时，，其其三三维维结结构构又又是是经经历历怎怎样样的的动动态态过过程程而而发发挥挥其其活活性性？？只只有有了了解解这这些些问问题题，，才才能能预预测测基基因因水水平平的的改改造造最最终终会会对对蛋蛋白白质质结结构构与与功功能能产产生生何何种种后后果果，，才才能能谈谈得得上上具具有有真真正正意意义义的的分分子子设设计计，，才才能能真真正正的的理理解解生生命命现现象象。。蛋蛋白白质质动动力力学学正正是是研研究究这这一一课课题题的的。。3.生物信信息学学生物信信息学学的神速速发展展为蛋蛋白质质动力力学的的研究究提供供了方方便有有效的的技术术。生物信信息学学是利利用计计算机机控制制的图像显显示系系统，把所所要研研究蛋蛋白质质的已已知三三维结结构显显示在在屏幕幕上，，分析析哪些些残基基对分子内内相互作作用可可能是是重要要的，，哪些些残基基对分子间间相互作作用可可能是是重要要的。。前者者通常常为结结构的的稳定定所必必需，，后者者多系系分子子识别别及活活性重重要部部位。。然后通通过计计算机机按预预先设设想替替换一一些侧侧链基基团，，再用用计算算机寻寻找经经过““微扰扰”后后蛋白白质分分子的的能量量趋于于极小小的状状态，，预测测由于于这种种替换换可能能造成成的后后果。。生物信信息学学是蛋蛋白质质工程程研究究必不不可少少的。。目前前已有有蛋白白质结结构与与特性性分析析所需需的生生物信信息数数据库库，可可供选选择。。（三））基因因工程程理论论和技技术的的发展展，为为蛋白白质的的改造造和生生产提提供了了必要要的技技术手手段1.基因克克隆、、表达达与纯纯化技技术的的成熟熟为提提高蛋蛋白质质得率率提供供了重重要技技术策策略随着基基因工工程理理论和和技术术的发发展，，人们们已经经能克克隆特特异蛋蛋白质质的基基因，，并令令其在在适宜宜宿主主菌中中表达达，使使蛋白白质的的产量量大大大提高高，因因而降降低蛋蛋白质质纯化化成本本的问问题已已基本本解决决。重重要的的问题题是提提高酶酶蛋白白的稳稳定性性，改改良其其生物物学特特性。。2.定点诱诱变技技术的的建立立为改造造蛋白白质的的特性性提供供了技技术策策略稳定蛋蛋白质质空间间构象象的主主要因因素是是蛋白白质分分子众众多基基团间间的相相互作作用，，如肽键、、氢键键、静静电作作用、、疏水残残基间间的疏水键键以及二硫键键等。研究表表明，，上述述稳定定蛋白白质空空间构构象的的因素素是由由蛋白白质一一级结结构中中某一一个或或某一一段氨氨基酸酸序列列决定定的，，人工工改变变或修修饰这这些氨氨基酸酸残基基，有有可能能增加加蛋白白质的的稳定定性，，又不不影响响其生生物学学活性性。如野生生型枯枯草杆杆菌蛋蛋白酶酶的218位天冬冬酰胺胺(Asn)是酶活活性部部位有有关的的氨基基酸残残基，，若将将其变变成丝氨酸酸(Ser)，用65℃℃的失活活半衰衰期衡衡量，，从59分钟增增到223分钟，，酶的的稳定定性显显著增增加。。再如氧氧化失失活使使枯草草杆菌菌蛋白白酶在在工业业上的的应用用受到到严重重限制制。枯草杆杆菌蛋蛋白酶酶在少少量H2O2作用下下很快快失活活是由由于埋埋藏在在催化化部位位Ser221邻近的的Met222氧化成成硫氢氢化物物的原原因。1985年Wells证明若若用其其他氨氨基酸酸取代代Met222，可以以提高高酶的的氧化化稳定定性而而又保保持高高催化化活性性。目前我我们已已经能能对蛋蛋白质质的结结构进进行改改造，，甚至至于能能制造造出全全新的的蛋白白质，，这得得益于于分子子生物物学理理论与与技术术的发发展。。20世纪70年代初初期，，DNA重组技技术诞诞生，，并成成功地地应用用于基基因操操作，，从而而产生生了基基因工工程。。而基因因工程程的诞诞生，，特别是是DNA重组技技术和和定点点诱变变技术术的建建立，使我我们有有可能能从基基因水水平改改造蛋蛋白质质分子子中氨氨基酸酸的序序列，，为蛋蛋白质质工程程的诞诞生，，奠定定了技技术基基础。。所谓基因定定点诱诱变（site-directedmutagenesis），就就是在在DNA水平上上，在在体外外试管管中通通过碱碱基取取代、、插入入或缺缺失改改变基基因DNA序列中中任何何一个个（或或几个个）特特定的的碱基基，使使蛋白白质结结构基基因中中某个个或某某些氨氨基酸酸编码码顺序序加以以改变变，从从而改改变蛋蛋白质质结构构的技技术。。该技术术具有有简单单易行行重复复性高高等优优点。。它适适用于于:基因结结构与与功能能的研研究，，通过改改变基基因的的密码码子来来改造造天然然蛋白白质，，用于确确定蛋蛋白质质中每每一个个氨基基酸在在结构构和功功能上上的作作用，，为人人工改改造蛋蛋白质质提供供理论论依据据。寡核苷苷酸定定点诱诱变技技术所所依据据的原原理是是:按照体体外DNA重组技技术，，将待待诱变变的目目的基基因插插入到到M13噬菌体体上，，制备备此种种含有有目的的基因因的M13单链DNA，即正正链DNA。再使用用化学学合成成的含含有突突变碱碱基的的寡核核苷酸酸短片片段作作引物物，启启动单单链DNA分子进进行复复制，，随后后这段段寡核核苷酸酸引物物更新新成为为新合合成的的DNA子链的的一个个组成成部分分。因因此所所产生生的新新链便便具有有已发发生突突变的的碱基基序列列，经经表达达即可可获得得改造造后的的蛋白白质。。为了使使目的的基因因的特特定位位点发发生突突变，，所设设计的的寡核核苷酸酸引物物的序序列除除了所所需的的突变变碱基基外，，其余余的则则与目目的基基因编编码链链的特特定区区段完完全互互补。。定点诱诱变原原理示示意图图总之，，蛋白白质结结构和和动力力学研研究是是蛋白白质结结构与与功能能关系系研究究的重重要手手段，，而改改造蛋蛋白质质结构构，则则依靠靠基因因工程程，基基因工工程的的发展展从技技术上上提供供了改改变蛋蛋白质质个别别氨基基酸残残基或或肽段段的手手段，，使结结构改改变已已能在在实验验室实实施，，二者者结合合则产产生了了蛋白白质工工程。。三、蛋白质质工程程的研研究内内容（一））利用用已知知蛋白白质一一级结结构的的信息息作为为应用用研究究（二））定量量蛋白白质结结构与与功能能关系系的研研究（三））根据据已知知结构构-功能的的关系系人工工改造造蛋白白质（一））利用用已知知蛋白白质一一级结结构的的信息息作为为应用用研究究蛋白质质的结结构决决定蛋蛋白质质的功功能和和理化化性质质，而而蛋白白质功功能区区的某某个或或某些些氨基基酸残残基可可能在在维持持蛋白白质的的结构构、功功能、、理化化性质质中起起重要要作用用。因此，，定点点改变变这些些氨基基酸序序列，，即可可能改改变蛋蛋白质质的功功能和和特性性，使使之更更适合合于工工业化化生产产的要要求。。如前所所述枯枯草杆杆菌蛋蛋白酶酶之所所以易易被氧氧化失失活，，是由由于催催化部部位的的Ser221邻近的的Met222易被氧氧化成成硫氢氢化物物，若若以其其他氨氨基酸酸取代代Met222，则可可提高高酶的的氧化化稳定定性而而又不不影响响其催催化活活性。。这是是结构构分析析和定定点突突变改改造蛋蛋白质质的成成功范范例。。（二））定量量研究究蛋白白质结结构与与功能能的关关系这是目目前蛋蛋白质质工程程研究究的主主体。。这一一类研研究的的课题题很广广泛，，包括括蛋白白质三三维结结构模模型的的建立立，配配体结结合和和酶催催化的的性质质，蛋蛋白质质折叠叠和稳稳定性性研究究，蛋蛋白质质变异异等等等。这这类研研究看看起来来偏重重理论论，但但对于于指导导实际际工程程意义义重大大。（三））根据据已知知结构构-功能关关系人人工改改造蛋蛋白质质蛋白质质工程程是研研究蛋蛋白质质结构构和定定点改改造蛋蛋白质质结构构的一一门学学科，，其创造造性成成就在在于开开创了了按照照人类类意愿愿设计计制造造符合合人类类需要要的蛋蛋白质质的新新时期期。根据蛋白质结结构和功能的的关系，采用用基因定点诱诱变技术，人人工改造蛋白白质则是蛋白白质工程的主主要研究内容容之一。其主主要研究内容容如下：通过改变蛋白白质的活性部部位，提高其其生物功效及及独立工作的的能力用定点诱变技技术不仅可以以提高蛋白质质的稳定性，，还可以提高高酶的活性。。要改变酶的的活性，需要要一个详细描描述了酶的活活性位点的图图谱。有了这这样的资料，，研究者们即即可推测酶与与底物的亲和和程度，并利利用定点诱变变技术对蛋白白质进行改造造，提高酶的的活性。表4－4天然和诱变酪酪氨酰-tRNA合成酶活性酶Kcat(s-1)Km(mmol/L)Kcat/Km(s-1mol-1)Thr-514.72.51.860Ala-514.01.23.200Pro-511.80.01995.800通过改变蛋白白质的结构顺顺序，提高其其在极端条件件（如酸、碱碱、热等）下下的稳定性；；例如:蛋白质分子中中两个半胱氨氨酸残基上的的巯基（－SH）之间氧化脱脱氢即形成二二硫键（－ＳＳ－Ｓ－）。。二硫键的数量量与蛋白质的的稳定性有关关，增加蛋白白质分子中的的二硫键，可可提高蛋白质质分子的热稳稳定性、有机机溶剂稳定性性和酸碱稳定定性。在一项研究中中，通过寡核核苷酸定点诱诱变构建了T4溶菌酶的六种种变异体,比较了它们的的活性.表4－1T4溶菌酶和6种设计的变体体特性酶氨氨基酸的位置置二二硫键的的数目相对对活性Tm39215497142164(%)(℃)wtαIleIleThrCysCysThrLeu010041.9pwtIleIleThrThrAlaThrLeu010041.9ACysIleThrThrCysThrLeu19646.7BIleCysThrThrAlaThrCys110648.3CIleIleCysThrAlaCysLeu1052.9DCysCysThrThrCysThrCys29557.6EIleCysCysThrAlaCysCys2058.9FCysCysCysThrCysCysCys3065.9wtα：野生型T4溶菌酶；pwt:假野生型酶；；A－F：六种设计的的半胱氨酸变变体；Tm:熔点温度通过改变蛋白白质的结构顺顺序

使其便便于分离纯化化这项研究虽然然难度较大，，但随着人类类基因组研究究、后基因组组研究的不断断深入和完善善，随着蛋白白质工程研究究技术和手段段的不断发展展，该项研究究必将获得丰丰硕的成果。。四、蛋白质工工程的基本程程序蛋白质工程是是从DNA的水平改变基基因入手，设设计合成或改改造蛋白质的的技术。该技术综合运运用蛋白质的的三维结构，，结构与功能能关系的详细细信息，用定定点诱变基因因的方法直接接修饰改变基基因，或人工工合成基因，，从而定向改改变蛋白质的的结构，使其其成为具有人人们所希望性性能的新型蛋蛋白质，或者者创造自然界界不存在的蛋蛋白质。蛋白质工程的的程序分离纯化0.1~1.0mg纯蛋白质，测定其部分肽肽段一段结构构，根据编码码原则合成相相应同位素标标记的寡苷酸酸探针;以此从基因库库中分离编码码该蛋白质的的克隆化基因因，转入噬菌菌体M13系统，用双脱脱氧末端终止止法进行DNA序列分析;通过表达载体体获得较大量量(0.1~1.0克)该蛋白质用于于空间结构测测定及结构与与功能研究，，借助计算机机提出分子预预测性质及改改造方案;通过寡核苷酸酸M13系统定点诱变变并分离其突突变体，引入入表达载体生生产并纯化多多量突变性蛋蛋白质，分析析其性质指导导进一步分子子设计，以最最终获得所预预期性质的分分子。五、蛋白白质工程的应应用（一）研究蛋蛋白质结构与与功能的关系系（二）改变蛋蛋白质的特性性（三）生产蛋蛋白质和多肽肽类活性物质质（四）设计合合成全新蛋白白质（一）研究蛋蛋白质结构与与功能的关系系研究蛋白质结结构与功能的的关系是按照照人类的意愿愿改造蛋白质质的特性、产产业化生产活活性蛋白质、、甚至设计和和制造全新蛋蛋白质的基础础。而蛋白质工程程则为研究蛋蛋白质结构与与功能的关系系提供了必要要的理论和技技术，使我们们有可能利用用基因工程技技术研究蛋白白质的结构与与功能的关系系。（二）改变变蛋白质的的特性蛋白质工程程的建立，，使人们有有可能通过过改造蛋白白质的结构构来改变蛋蛋白质的生生物学特性性。如改变酶的的催化活性性、酶对底底物的专一一性、酶与与配体的结结合能力、、酶在pH变化、温度度变化以及及溶剂系统统变化条件件下分子结结构的稳定定性等等。。这些都可可以通过蛋蛋白质工程程将酶分子子中某个或或某一段氨氨基酸残基基更换、增增加、删除除或修饰来来实现。如前所述枯枯草杆菌蛋蛋白酶之所所以易被氧氧化失活，，是由于催催化部位的的Ser221邻近的Met222易被氧化成成硫氢化物物，若以其其他氨基酸酸取代Met222，则可提高高酶的氧化化稳定性而而又不影响响其催化活活性。这是是结构分析析和定点突突变改造蛋蛋白质的成成功范例。。枯草杆菌蛋蛋白酶可作作为洗涤剂剂的添加剂剂，但由于于其只能水水解笨丙氨酸Phe羧基所形成的肽肽键，底物物作用范围围过窄而限限制了洗涤涤剂的高效效性，若用用带正电荷荷的赖氨酸Lys取代位于活活性中心166位的甘氨酸Gly，所获得的的突变酶不不仅能水解解Phe羧基所形成成的肽键，，而且可以以水解酸性性氨基酸谷氨酸Glu所形成的肽肽键，使其其底物作用用范围拓宽宽，因而可可能成为最最高效的洗洗涤剂添加加酶，这是是定点诱变变改变蛋白白质生物学学活性的成成功例子。。（三）生产产蛋白质和和多肽类活活性物质1．提高酶的的产量和创创建新型酶酶天然酶的产产量低、稳稳定性差，，限制了酶酶的开发利利用。DNA重组技术对对酶工业的的渗透，导导致了酶工工业的迅速速发展。目目前已有多多种酶实现现了克隆化化，并在适适宜宿主菌菌中表达成成功，从而而极大地提提高了酶的的产量。蛋白质工程程技术的兴兴起，给创创建新型酶酶、改变酶酶的生理特特性提供了了强有力的的工具。如如利用基因因定点诱变变技术，将将T4溶菌酶的第3位异亮氨酸酸变成半胱氨酸，后者与第第97位的半胱氨氨酸形成二二硫键，从而稳定定了两个结结构域所形形成的活性性中心，使使酶在高温温下的稳定定性大大提提高。如果果将该酶的的第51位苏氨酸换成脯氨酸，可使酶的的活性提高25倍。2．设计和研研制新型抗抗体传统的抗体体是经过抗抗原免疫动动物获得的的，称为多克隆抗体体。1975年，Kohler及Milstein等通过杂交交瘤技术制制备了单克隆抗体体，这是免疫疫学上划时时代的伟大大进展之一一。单抗用用于临床疾疾病治疗，，效果不尽尽人意，原原因在于目目前用于治治疗的单抗抗多为小鼠鼠单抗，对对人而言是是一种异体体蛋白，会引起人产产生人抗鼠鼠抗体（humananti-mouseantibodies,HAMA），，此此时时再再使使用用小小鼠鼠单单抗抗，，HAMA与小小鼠鼠单单抗抗结结合合后后，，不不但但会会中中和和单单抗抗使使之之失失效效，，还还会会产产生生有有害害的的过过敏敏反反应应。。为为解解决决这这一一问问题题，，人人们们应应用用基基因因工工程程等等手手段段进进一一步步研研究究抗抗体体的的结结构构与与功功能能的的关关系系，，并并对对抗抗体体基基因因进进行行改改造造，，制制备备出出了了第第三三代代抗抗体体────基因因工工程程抗抗体体（geneticengineeringantibody,GeAb），，使使抗抗体体的的制制备备更更加加简简化化，，并并且且拓拓宽宽了了抗抗体体的的应应用用范范围围。。基因因工工程程抗抗体体技技术术主主要要包包括括两两部部分分内内容容：对已已有有的的单单克克隆隆抗抗体体进进行行改改造造，，包包括括单单抗抗的的人人源源化化、、小小分分子子抗抗体体以以及及抗抗体体融融合合蛋蛋白白的的制制备备；；通过过抗抗体体库库的的构构建建，，使使得得抗抗体体不不需需抗抗原原免免疫疫即即可可筛筛选选并并克克隆隆新新的的单单抗抗。。运运用用蛋蛋白白质质工工程程技技术术对对抗抗体体进进行行改改造造，，被被称称为为抗体体工工程程，主主要要包包括括嵌合合抗抗体体、重构构抗抗体体、单链链抗抗体体、单区区抗抗体体及新新近近出出现现的的全全套套抗抗体体的的研研究究。。3．设设计计和和研研制制多多肽肽及及蛋蛋白白质质类类药药物物随着着蛋蛋白白质质工工程程技技术术的的建建立立和和发发展展，，医医药药生生物物高高科科技技产产品品也也迅迅速速发发展展。。当当前前，，人人们们不不仅仅可可以以利利用用基基因因克克隆隆和和表表达达技技术术，，使使可可以以应应用用与与临临床床的的微微量量蛋蛋白白质质（（如如胰胰岛岛素素、、干干扰扰素素、、某某些些酶酶类类等等））得得以以产产业业化化生生产产，，而而且且可可以以应应用用蛋蛋白白质质工工程程“重新新设设计计”的思思想想，，以以DNA重组组技技术术为为手手段段，，对对多多肽肽和和蛋蛋白白质质类类药药物物的的结结构构加加以以改改造造，，以以期期更更好好地地解解决决蛋蛋白白质质类类药药物物的的导导向向性性问问题题。。目前前已已能能产产业业化化生生产产并并应应用用于于临临床床治治疗疗的的基基因因工工程程药药物物有有激激素素类类及及神神经经递递质质类类药药物物、、细细胞胞因因子子类类药药物物、、酶酶类类药药物物及及凝凝血血因因子子等等不不同同类类别别的的多多种种药药物物。。基基因因工工程程药药物物是是目目前前国国内内外外发发展展较较快快的的一一个个产产业业，，同同时时也也使使人人类类疾疾病病的的防防治治水水平平得得到到了了提提高高。。如重组胰胰岛素的的生产.4．设计合合成全新新蛋白质质根据蛋白白质结构构与功能能关系