第七章 蛋白质工程.ppt

1、第七章 蛋白质工程,主讲人：黄 循 吟,一、概述,问题： 1、什么是蛋白质？它有哪些功能？ 2、什么是蛋白质工程？ 3、蛋白质工程的理论依据是什么？ 4、蛋白质工程诞生的背景是什么？ 5、蛋白质工程具有什么作用和意义？,二、蛋白质工程的基础学科,蛋白质工程并不是一个独立发展起来的技术体系，它是在基因工程取得成就的基础上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学、分子遗传学和计算机辅助设计等多学科和技术而快速发展起来的一个新兴的研究领域。 （一）、蛋白质晶体学： 是x射线晶体学的一个新分支。即根据x射线原理来解析蛋白质中的原子在空间的位置和排列（立体结构）。,通过这个技术从这些众多的蛋白质三

2、维结构中，我们可以看出： 1、蛋白质中成行千上万的原子在三维空间精巧而复杂的排布是怎样与它们特定的生物学功能相关联，大自然赋予每个蛋白质分子一个独特的结构，使它们具有高度的专一性； 2、通过蛋白质结构的分析，可以看出蛋白质的基本结构是有规律的，多肽链可能的析叠方式也是有限的，大干蛋白质世界从三维上可以归为简单的几大类。,目前为止，蛋白质晶体学仍是人类所掌握的可以精确测定蛋白质分子中每个原子在本维空间的位置的唯一工具，并且通过比较蛋白质与配体结合前后的结构和不同活性状态的结构，提出该蛋白质发挥活性作用的分子机理。 蛋白质晶体学的缺点： 1）、必须分离到足够量的纯蛋白质（至少几毫克到几十毫克）；

3、2）、制备出衍射率优于0.3毫米的单晶体； 3）、数年的繁杂的数据收集、计算和分析工作。,（二）、蛋白质动力学,问题的提出： 1、蛋白质晶体学所提供的毕竟是一个静态的结构，更深刻的问题在于一维多肽链究竟是怎样析叠成三维蛋白质的？ 2、蛋白质在与其作用对象相互作用时，它的三维结构又是经历了怎样的动态过程以发挥其活性？ 这些就是蛋白质动力学研究课题。,也只有深刻了解这些问题，才能预测基因水平的改造最终会对蛋白质结构与功能产生什么样后果，才能说得上具有真正意义的分子设计。,三、基因修饰技术,（一）、定位突变技术： 1、理论依据：我们知道，一个氨基酸是由一个三联密码所决定的。而三联密码中又是第一或第二

4、碱基决定了氨基酸的性质，因此改变一个或二个碱基，就可以将蛋白质分子中的一种氨基酸残基改变为另一种氨基酸残基。,2、方法：,（二）、盒式突变技术：,（三）、基因拼接与基因合成： 四、蛋白质工程的目标及技术路线： 从要质上讲，蛋白质工程好比人类用自己掌握的现代科学理论和技术，在实验室的有限时间和空间里，实现自然界跨越巨大时空的进化和选择历程，但是所选择的目标不是自然界物种的进化，而是满足人类的自身需要。 目前，蛋白质工程的目标主要有： 1、改变热稳定性；,2、提高对氧的稳定性； 3、增强对重金属的稳定性； 4、提高对PH值的稳定性； 5、改进酶学性质； 6、蛋白质拼接改造。,蛋白质工程的技术路线：

5、,五、蛋白质工程实例,从严格意义来说，蛋白质工程研究的内容是以蛋白质结构与功能关系的知识为基础，通过周密的分子设计，把蛋白质改造成有预期的新特征的突变蛋白质。在实际工作中，粗略地说有小改、中改和大改等方法。,1、小改：是在天然蛋白质多肽链内的确定位置上，进行一个或少数几个氨基酸残基的改变。,2、中改：,3、大改：是从头设计一个全新的自然界不存在的蛋白质顺序。 从头设计一个蛋白质的具体化步骤还没有 一个统一的模式，从事这方面研究的科学家各自发展了不同的方法，其基本原则是： 第一，根据选定的设计目标，提出一个草图； 第二，要选定一个能与目标结构相匹配的氨基酸顺序；,第三，把设计草图的细节 化； 第四，在初步选定氨基酸顺序之后，再用Monte Carlo法或分子动力学计算将它的三维模型优化，继之以能量极小计算，使用权构象的能量水平达到最低和稳定。最后还要用考核蛋白质结构合理性的各种判据来进行检验，以便对所设计的模型进行