以蛋白质工程为例的蛋白质研究与进展分析模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。以蛋白质工程为例的蛋白质研究与进展分析为期十周的生物资源化学课程马上就结课了,短短的十周里,我真的有所学,有所收获。选择这门课,首先是出于对生物和化学的兴趣;其次则是:大一选修了肖志东老师的《化学研究与进展》。这两门课有很大的联系,因此大二接着选修了相关的课程。这门课,对于我这样一个经管院的文科生来说,具有一定挑战性。因此论文就从自己了解的更多的方面—蛋白质,阐述我的观点。本文大致结构如下:蛋白质的定义及概述,蛋白质研究与进展(以蛋白质工程为例),小结。1蛋白质定义及概述1.1蛋白质定义化学课本上对于蛋白质的定义:由α—氨基酸按一定顺序结合形成一条多肽链,再由一条或一条以上的多肽链按照其特定方式结合合而成的高分子化合物。更深入的了解蛋白质,则是:蛋白质是一种复杂的有机化合物。氨基酸是组成蛋白质的基本单位,氨基酸经过脱水缩合连成肽链。蛋白质是由一条或多条多肽链组成的生物大分子,每一条多肽链有二十至数百个氨基酸残基(-R)不等;各种氨基酸残基按一定的顺序排列。蛋白质的氨基酸序列是由对应基因所编码。除了遗传密码所编码的20种基本氨基酸,在蛋白质中,某些氨基酸残基还能够被翻译后修饰而发生化学结构的变化,从而对蛋白质进行激活或调控。多个蛋白质能够一起,往往是经过结合在一起形成稳定的蛋白质复合物,折叠或螺旋构成一定的空间结构,从而发挥某一特定功能。合成多肽的细胞器是细胞质中糙面型内质网上的核糖体。而我们平时食入的蛋白质,在体内经过消化被水解成氨基酸被吸收后,重新合成人体所需蛋白质,同时新的蛋白质又在不断代谢与分解,时刻处于动态平衡中。因此,食物蛋白质的质和量、各种氨基酸的比例,关系到人体蛋白质合成的量,特别是青少年的生长发育、孕产妇的优生优育、老年人的健康长寿,都与膳食中蛋白质的量有着密切的关系。1.2蛋白质的组成蛋白质是由C(碳)、H(氢)、O(氧)、N(氮)组成,一般蛋白质可能还会含有P、S、Fe(铁)、Zn(锌)、Cu(铜)、B(硼)、Mn(锰)、I(碘)、Mo(钼)等。这些元素在蛋白质中的组成百分比约为:碳50%氢7%氧23%氮16%硫0~3%其它微量1.3蛋白质的性质①具有两性:在蛋白质分子中存在着氨基和羧基,因此跟氨基酸相似,蛋白质也是两性物质。②可发生水解反应:蛋白质在酸、碱或酶的作用下发生水解反应,经过多肽,最后得到多种α-氨基酸。蛋白质水解时,应找准结构中键的”断裂点”,水解时肽键部分或全部断裂。③溶水具有胶体的性质:有些蛋白质能够溶解在水里(例如鸡蛋白能溶解在水里)形成溶液。蛋白质的分子直径达到了胶体微粒的大小,因此蛋白质具有胶体的性质。④加入电解质可产生盐析作用:少量的盐(如硫酸铵、硫酸钠等)能促进蛋白质的溶解。盐析是个可逆过程。利用这个性质,采用分段盐析方法能够分离提纯蛋白质。⑤蛋白质的变性:在热、酸、碱、重金属盐、紫外线等作作用下,蛋白质会发生性质上的改变而凝结起来。这种凝结是不可逆的。蛋白质变性后,失去了它们生理上的作用。⑥颜色反应:蛋白质能够跟许多试剂发生颜色反应。⑦蛋白质在灼烧分解时,能够产生一种烧焦羽毛的特殊气味。利用这一性质能够鉴别蛋白质。2蛋白质研究与进展--蛋白质工程伴随着科学技术的飞速发展以及人们对于蛋白质研究程度的加深,继”基因工程”之后,”蛋白质工程”紧跟其后,被提上议事日程。作为新世纪新阶段的科技跨越之一的蛋白质工程,被称为”第二代的基因工程”,越来越被人们所熟知。2.1基本概念与内容1960年Lederberg,推荐使用寡脱氧核糖核苷酸作为体外诱变剂1978年,美国Hutchison使用实现了定位突变(Site—directedmutagenesis)试验培育出了多种具有生物学特性的突变株。1981年,美国Gene公司厄尔默(K．U1mer)将此定位突变试验冠以”蛋白质工程”Proteinengineering。蛋白质工程即经过蛋白质化学、蛋白质晶体学和动力学的研究获取关于蛋白质物理、化学等方面的信息,在此基础上对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造,并经过基因工程等手段将其进行表示和分离纯化,最终将其投入实际应用。2.2蛋白质工程与基因工程的区别蛋白质工程基因工程概念根据蛋白质的空间结构结构与功能之间的关系,经过分子设计和由设计结果所指导的特定的基因修饰,定向地改造天然的蛋白质,甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。某种生物细胞的基因或人工合成的基因经重组后,把外源基因转入适当的生物细胞内,在其中进行表示,并在此种细胞内大量合成该基因编码的蛋白质(或多肽),改变此种细胞的基因表型。合成的蛋白质(或多肽),提纯后形成基因工程产品。非天然性蛋白质工程根据对分子预先设计的方案,经过对天然蛋白质的基因进行改造,来实现对它所编码的蛋白质进行改造。因此,它的产品已不再是天然的蛋白质。基础基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传等学科。融合了蛋白质晶体学、动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科主要内容根据需要合成具有特定aa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。实现从aa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。人类需要蛋白质工程是以蛋白质结构功能关系的知识为基础,根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计,使合成出来的蛋白质的结构,改造为合乎人类需要的新的突变蛋白质。2.3蛋白质工程进展蛋白质工程是发展较快的分子工程。在进行蛋白质分子设计后,已可应用高效的基因工程来进行蛋白的合成。最早的蛋白工程:Forsht等在1982-1985年,对酪氨酰-tRNA合成酶的分子改造。根据XRD(X射线衍射)实测该酶与底物结合部位结构,用定位突变技术改变与底物结合的aa残基,用动力学方法测量所得变异体酶的活性。Perry1984年将溶菌酶中Ile(3)改成Cys(3),进一步氧化生成Cys(3)-Cys(97)二硫键,提高了酶热稳定性。福什特1987年将枯草杆菌蛋白酶分子表面的Asp(99)和Glu(156)改成Lys,导致活性中心His(64)质子pKa从7下降到6,酶在pH＝6时的活力提高10倍。另外,还可对酶的催化活性、底物专一性、抗氧化性、热变性、碱变性等加以改变。还有以某个典型的折迭进行”从头设计”(denovoorabinitioproteindesign)1988年杜邦成功设计合成了由四段反平行α—螺旋组成为73aa的成果。预测结构的模型法,结合模型法,经过分子工程来预测高级结构,奠定分子生物学基础。最终结果:蛋白质工程汇集分子生物学前沿领域的最新成就,将核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合一体。其过程:确定改造目的蛋白;克隆表示目的蛋白,用多种分析方法确定野生型蛋白的性质特征;利用突变技术估价蛋白质功能所必须的结构单元,或用计算机模拟技术预测突变蛋白质结构;对已确定的功能位点进行改造,从而获得具有新的性质功能的蛋白质。目的是:增加蛋白质稳定性;增强酶催化活性;改变配体－受体结合能力;改进底物特异性;有助于纯化;改变蛋白质在体内的代谢过程;降低免疫原性。最终达到基于结构的药物设计和确定蛋白质从头设计的基本规律,按照预定的结构和功能设计创造蛋白质的目标。3小结经过前两部分对于蛋白质以及蛋白质工程的分析,我们对于蛋白质这种近在咫尺的化学物质有了比较深刻的了解。科学家们对于蛋白质的研究还在不断深入,蛋白质工程取得的进展也向人们展示出诱人的前景。例如,科学家经过对胰岛素的改造,已使其成为速效型药品。如今,生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面。用蛋白质工程方法制成的电子元件,具有体积小、耗电少和效率高的特点,因此有极为广阔的