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1、教学计划 绪论第一章蛋白质结构基础第二章蛋白质分子设计第三章蛋白质的修饰与表达第四章蛋白质的物理化学性质第五章蛋白质结构解析第六章生物信息学在蛋白质工程中的应用第七章蛋白质的分离纯化与鉴定第八章现代生物学技术在蛋白质工程中的应用第九章蛋白质组学第十章蛋白质工程的应用 绪论 蛋白质工程以蛋白质的结构和功能为基础 通过基因修饰或基因合成而改造现存蛋白质或组建新型蛋白质的现代生物技术后基因组时代 蛋白质组研究 1 结构生物学 80年代 结构生物学揭示了蛋白质分子的精确立体结构及其与复杂生物功能的关系 为设计改造天然蛋白质提供了蓝图 2 分子遗传学 分子遗传学发展了以定位诱变为中心的基因操作技术 为通
2、过基因修饰蛋白质提供了工具 这两方面的融合 促进了蛋白质工程的诞生 蛋白质工程的诞生 蛋白质工程的主要内容和基本目的以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础 通过有控制的基因修饰和基因合成 对现有蛋白质加以定向改造 设计 构建并最终产生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 蛋白质工程正在形成以改造现有蛋白质和制造新型蛋白质为中心的第二代遗传工程 蛋白质的结构与功能 一级结构相似的蛋白质 其功能往往相似参与功能部位的残基或处于特定构象关键部位的残基对蛋白质的生物学功能往往起决定性作用功能与其特定的空间构象密切相关镰刀状细胞贫血症 蛋白质工程的理论基础 三联
3、体密码 氨基酸顺序 结构 功能 蛋白质工程设计 在知道需要改造的蛋白质的结构和功能的基础上 通过理论的方法 提出蛋白质改造的设计方案在功能基因开发的基础上对编码蛋白质的基因进行改造对制造出的蛋白质进行加工 修饰 如糖基化 磷酸化 小改 对已知结构的蛋白质进行几个残基的替换中改 对天然蛋白质分子进行大规模地肽链或结构域替换对不同蛋白质的结构域进行拼接组装大改 从蛋白质一级结构出发 设计自然界不存在的全新蛋白质 蛋白质工程的程序 源蛋白纯化 鉴定空间结构解析生物信息学分析预测空间结构与功能关系确定修饰的位点克隆表达基因突变体 蛋白质工程相关技术 生物化学结构分子生物学计算机辅助设计软件基因工程技术
4、 基因突变技术和蛋白质筛选系统生物信息学 蛋白质工程与其他学科的关系发酵工程基因工程细胞工程酶工程生物信息技术 蛋白质工程与发酵工程 优良稳定的工程菌株微生物菌体大规模培养技术蛋白质产品的分离纯化 蛋白质工程与基因工程 对基因进行切割 拼接 重新组合蛋白质基因克隆 表达 突变及活性检测限制性内切酶 DNA连接酶质粒的构建 重组 转化 表达 蛋白质工程与细胞工程 提供了改良性状的蛋白质生产载体 微生物 动植物细胞系细胞与组织培养技术 细胞融合技术 细胞拆合技术 染色体改造及导入技术 基因转移技术克服了远缘杂交的局限性 通过大规模培养增殖获得大量产物 蛋白质工程与酶工程 大部分酶的化学本质是蛋白质
5、固定化酶及固定化细胞技术生物反应器 蛋白质工程与生物信息技术 生物信息的收集 存储 管理和提供基因组序列信息的提取和分析功能基因组相关信息的分析生物大分子的结构模拟和药物设计蛋白质结构的预测 其他相关技术 蛋白质结构分析 X射线晶体学氨基酸序列的测定蛋白质的人工合成 自动蛋白结晶仪 X射线衍射仪 蛋白质自动测序仪 蛋白自动处理系统 圆二色光谱仪 蛋白质组学凝胶工作站 蛋白质工程的应用 提高重组蛋白的活性 热稳定性及抗氧化能力 增强对胞内蛋白酶的抗性延长体内半衰期 降低制品的免疫原性改变酶促反应的Km与Vmax改变酶的底物专一性改变酶的别构调节部位 减少反馈抑制简化纯化过程 提高产率 蛋白质工程
6、在医药领域的应用 临床应用蛋白质药物的生产人胰岛素突变体 降低胰岛素的聚合作用 增加了作用速度 干扰素 提高稳定性病毒疫苗 改良免疫原性嵌合抗体和人源化抗体 消除对人体免疫原性 蛋白质工程在生物材料设计领域的应用 活性生长因子共价耦联生物材料 将调控细胞行为的分子信号固定于医学材料上 应用于人体具有更长的半衰期和高活性 细胞调控因子功能的改造与重新设计 蛋白质工程在能源领域的应用 利用现代生物技术将纤维素材料转化为饲料 酒精等能源产品纤维素酶热稳定性 底物专一性 吸附状态活性的改造 蛋白质工程在工农业领域的应用 提高微生物蛋白农药的杀虫率获得高比活 耐高温 pH作用范围广 抗胃肠道蛋白酶性能的水解酶提高了工业生产用酶的耐高温 抗氧化能力 稳定性及pH范围 蛋白质工程在其他领域的应用 环境领域 污染物的酶促降解 扩大作用的底物范围食品领域 生产具有特殊营养价值的蛋白质食品
