第三章蛋白質(zhì)工程

ProteinEngineering主講教師林娜碩士主要講授內(nèi)容：1概述2蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)3蛋白質(zhì)工程的研究方法4蛋白質(zhì)工程技術(shù)的應(yīng)用5蛋白質(zhì)組學(xué)本章要求：了解蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)理解蛋白質(zhì)的研究方法了解蛋白質(zhì)的運(yùn)用了解蛋白質(zhì)組學(xué)在自然界中，構(gòu)成生命最基礎(chǔ)的物質(zhì)有：

蛋白質(zhì)最重要核酸最根本多糖脂類各種生命功能、生命現(xiàn)象、生命活動(dòng)都和蛋白質(zhì)有關(guān)1概述

1.1蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)很重要具體表現(xiàn)在：1）蛋白質(zhì)執(zhí)行著酶的功能2）通過激素調(diào)節(jié)代謝作用3）產(chǎn)生相應(yīng)的抗體4）構(gòu)建各種生物膜1.2蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程就是在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能為基礎(chǔ)，利用基因工程的手段，按照人類自身的需要，定向地改造天然的蛋白質(zhì)，甚至創(chuàng)造新的、自然界本不存在的、具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)分子。蛋白質(zhì)工程自誕生之日起，就與基因工程密不可分。2.1蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)（primarystructure)

2.1.1定義

指氨基酸按一定的順序通過肽鍵相連而成的多肽鏈，也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。

2.1.2Anfinsen原理

每一種蛋白質(zhì)分子都有自己特有的氨基酸的組成和排列順序即一級(jí)結(jié)構(gòu)，由這種氨基酸排列順序決定它的特定的空間結(jié)構(gòu)，也就是蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的二級(jí)三級(jí)等高級(jí)結(jié)構(gòu)2蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)2.1.3等電點(diǎn)蛋白質(zhì)顆粒的電荷，既取決于其分子組成中堿性和酸性氨基酸的含量，又受所處溶液的pH影響。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)游離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子（凈電荷為O)，此時(shí)溶液的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)pI)。2.1蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)2.2蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondarystructure）

2.2.1定義

二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助于氫鍵沿一維方向排列成具有周期性的結(jié)構(gòu)的構(gòu)象，是多肽鏈局部的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）2.2.2主要形式

α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角等四種戀不同該的α－螺香旋在平匹行（A）和航反平健行（B）β－折乞疊片濟(jì)中污氫鍵攪的排飽列反向β－折脅疊RN湊as弄e的一腿些二麥級(jí)結(jié)蠻構(gòu)2.萬3三級(jí)它結(jié)構(gòu)知（te階rt摟ia女ry察s羊tr姻uc襖tu撫re）三級(jí)身結(jié)構(gòu)妹主要贈(zèng)針對(duì)宿球狀品蛋白草質(zhì)是指謙整條喚多肽銀鏈由復(fù)二級(jí)號(hào)結(jié)構(gòu)乎元件境構(gòu)建蚊成的煩總?cè)秊⒕S結(jié)煤構(gòu)胰島芹素的舉三級(jí)倉(cāng)結(jié)構(gòu)2.鄉(xiāng)豐4四級(jí)盲結(jié)構(gòu)墻（qu憐at暫er存na役ry待s保tr媽uc駁tu彩re）四級(jí)輸結(jié)構(gòu)眾是指吃在亞聞基和吩亞基川之間選通過松疏水濾作用繁等次雜級(jí)鍵步結(jié)合厚成為冷有序芝排列礙的特具定的火空間綠結(jié)構(gòu)他。四級(jí)描結(jié)構(gòu)綱的蛋暈白質(zhì)酒中每淚個(gè)球升狀蛋藍(lán)白質(zhì)宮稱為勝亞基血紅暫蛋白衡的四撒級(jí)結(jié)化構(gòu)2.圓5蛋白父質(zhì)分焰子間煙的相柴互作技用亞基敘間的觀聚合詞可以遠(yuǎn)被解術(shù)離，遞可以真重新重聚合四級(jí)必結(jié)構(gòu)沫的蛋其白質(zhì)撇分子脹亞基盲間可輝以雜信交多肽秤與蛋什白質(zhì)典分子侍間可催以聚往合2.激6蛋白乞質(zhì)空門間結(jié)期構(gòu)分笑析蛋白貨質(zhì)工便程的渴核心亭內(nèi)容鄙之一欠就是群收集銅大量砍的蛋失白質(zhì)胸分子尤結(jié)構(gòu)臉的信征息，皮以便鑼建立學(xué)結(jié)構(gòu)課與功遲能之湯間關(guān)膠系的齡數(shù)據(jù)口庫，無為蛋目白質(zhì)妙結(jié)構(gòu)常與功士能之禍間關(guān)燈系的慶理論誼研究京奠定貌基礎(chǔ)傾。蛋白梁質(zhì)數(shù)柴據(jù)庫橫，HP殖DB數(shù)據(jù)疲庫蛋白圣質(zhì)空賣間結(jié)晝構(gòu)預(yù)醒測(cè)，端如Ho羞mo爪lo貨gy等軟方件分控析常用裁蛋白原序列報(bào)和結(jié)慚構(gòu)數(shù)勁據(jù)庫PD珍B蛋白詳質(zhì)三電維結(jié)芬構(gòu)SW葬IS傭S-錢PR魔OT蛋白婆質(zhì)序提列數(shù)賊據(jù)庫PI獲R蛋白床質(zhì)序挖列數(shù)步據(jù)庫OW啟L非冗耗余蛋啞白質(zhì)架序列EM役BL核酸標(biāo)序列緒數(shù)據(jù)忍庫Tr筒EM核BL丈EM弄BL的翻侄譯數(shù)龍據(jù)庫Ge慚nB英AN鐘K核酸盈序列乞數(shù)據(jù)沒庫PR抖OS深I(lǐng)T撤E蛋白威質(zhì)功幼能位秧點(diǎn)SW挽IS帥S-箏MO壟DE籍L從序省列模屈建結(jié)絲式構(gòu)SW登IS莊S-姻3D謊IM擾AG灰E三維桌結(jié)構(gòu)殿圖示DS急SP蛋白賓質(zhì)二急級(jí)結(jié)壇構(gòu)參婆數(shù)FS觸SP已知扇空間絮結(jié)構(gòu)裁的蛋濫白質(zhì)勺家族SC帥OP蛋白私質(zhì)分坦類數(shù)洞據(jù)庫CA五TH蛋白裙質(zhì)分鬧類數(shù)閣據(jù)庫Pf伴am蛋白蘋質(zhì)家孫族和凝結(jié)構(gòu)層域2.近7蛋白宜質(zhì)結(jié)外構(gòu)與蝦功能樸的關(guān)節(jié)系2.激7.帝1結(jié)構(gòu)健決定卷功能必須禾基團(tuán)卸、非躬必須示基團(tuán)2.蠶7.劫2如何坑利用熔結(jié)構(gòu)董執(zhí)行鵝特定少的功平能的義呢？正逐環(huán)步被臭揭示3蛋白句質(zhì)工裙程的貪研究犧方法3.墨1蛋白潛質(zhì)工蹄程的脹研究越策略反向堂生物摧學(xué)技做術(shù)根據(jù)饅對(duì)天幣然蛋潔白質(zhì)老結(jié)構(gòu)柿與功笑能分蹤蝶析建俗立起包來的僑數(shù)據(jù)螺庫里租的數(shù)愛據(jù)，肯可以填預(yù)測(cè)吊一定說氨基住酸序碎列肽繩鏈空畝間結(jié)均構(gòu)和自生物頑功能悲；反之卸也可雹以根孩據(jù)特吃定的搭生物童功能玻，設(shè)脈計(jì)蛋游白質(zhì)燒的氨銀基酸恢序列私和空容間結(jié)至構(gòu)。序列袋功能雕預(yù)測(cè)書流程橡圖蛋白肌質(zhì)結(jié)扣構(gòu)預(yù)友測(cè)流繳程圖3.玻2蛋白攜質(zhì)全幅新設(shè)勸計(jì)3.篩2.朝1設(shè)計(jì)奸目標(biāo)仁的選公擇3.猜2.到2蛋白琴質(zhì)設(shè)淺計(jì)技甩術(shù)與際方法序列趕最簡(jiǎn)喜化法3.辦2.四3改變釋現(xiàn)有概蛋白總質(zhì)的木結(jié)構(gòu)3.毯2.咽3.宵1基本蓬步驟3.辟2.首3.置2人工朽定點(diǎn)掠突變M1基3載體癥法PC塞R法4蛋白平質(zhì)工蟲程技接術(shù)的汁應(yīng)用4.晨1胰蛋壁白酶4.欣2金屬攻硫蛋辰白4.影3人白飛細(xì)胞是介素-24.虧4組織部纖溶狡酶原歇激活襯因子4.鉛5枯草亡桿菌舟蛋白既酶金屬毛硫蛋愧白（Me掀ta轟ll桐ot執(zhí)hi街on淺ei幻玉n)，簡(jiǎn)稱MT含有物豐富孤的巰姐基，話能螯茂合大葡量的奶金屬紙離子MT分子經(jīng)呈橢分圓形籃，分波子量舞為65殘00道爾言頓，蓄兩個(gè)勻結(jié)構(gòu)技域拼掀接在削一起藍(lán)，每估個(gè)分倡子含7-狡12個(gè)金遞屬原臣子，下具有策特殊揭的光矛吸收岸，構(gòu)笛象較鍋堅(jiān)固方，具拉有較矩強(qiáng)的為耐熱襯性。4.覽2金屬森硫蛋棗白金屬枯硫蛋太白的六大冤功能1)清除殃體內(nèi)胖自由豪基、勝防止搏機(jī)體稼衰老：MT是體蓮內(nèi)清乓除自摸由基因能力脖最強(qiáng)畏的一乖種，瓜其清華除羥訂自由張基的離能力攏約為SO司D的10豆,0駐00倍2)解除勒重金爆屬的遲毒性：MT的巰杏基基威團(tuán)（-S礦H）能盯強(qiáng)烈歪螯合略有毒軍金屬氏汞、堪銀、財(cái)鉛、阻鎘、駱砷、遇鉻、渠鎳等3)參與違體內(nèi)忍微量很元素殃的代質(zhì)謝：在孕體內(nèi)南，MT可根延據(jù)體接內(nèi)微倡量元慶素的翻狀況擇對(duì)鋅膚、銅臭、錳宮、鐵祝、鉬館、硒咬、鈷嫌、碘仁的吸貧收、徹儲(chǔ)存劍、運(yùn)衡輸和超釋放顏等進(jìn)慨行精悟細(xì)調(diào)很節(jié)，悠使機(jī)組體達(dá)惰到最功佳生爹理狀難態(tài)。4.愧2金屬貿(mào)硫蛋單白4)增強(qiáng)閉機(jī)體膝對(duì)各贊種不牽良狀歲態(tài)的討適應(yīng)牌能力：當(dāng)件機(jī)體即處于讀各種溫不良甜狀態(tài)欄時(shí)，牽體內(nèi)MT含量匹增加漲，從故而提給高鋅逝、銅賠、錳甩、鐵能、鉬銀、硒豪、鈷壓、碘譽(yù)等微哀量元壓素的身濃度巾，機(jī)推體適污應(yīng)能諒力隨問之增枕強(qiáng)。5)鋅元妖素的傾貯存皇庫：每10拉0毫克乞鋅金露屬硫融蛋白饑含6.披9毫克粥鋅，走肝、呆腎中凝的鋅煤元素蠢主要已是以雪金屬疫硫蛋蓬白的皇形式寨貯存磨。6)防止逮細(xì)胞警癌變：MT可消遞除自敞由基螺、重盯金屬港（砷映、汞酒、鎘助、鉻加、鎳明）、嚇烷化壤劑、可電離凱輻射戚以及汗紫外證線對(duì)DN紅A、RN跟A、酶希、蛋諒白質(zhì)騎以及圾細(xì)胞晚膜的搶損傷漂，從淺而可摔以防須止它縱們的副致癌宜、致舉突變寒作用4.族2金屬抱硫蛋理白從19岸78年到19虜99年共菜舉行炭了四次國(guó)際棉專題膛研討敗會(huì)，總我國(guó)攜將MT列入86幼3重大衫攻關(guān)補(bǔ)計(jì)劃素，19有95年列奪入國(guó)摸家級(jí)[火炬四計(jì)劃]。結(jié)果宰表明速：MT在抗蚊電離耀輻射筑、紫撿外線清照射敲、解遇除金屯屬毒昨素、影治療叨消化激道潰褲瘍、南心肌如梗塞丑、各匆種炎圖癥、渾各種栽癌癥弦、美叫容護(hù)稻膚、亂減輕葬吸煙速及環(huán)唐境污紀(jì)染對(duì)凳人體毯的危敞害及悼抗過爹敏等帶方面笛均有頭顯著碎療效直。結(jié)構(gòu)案域的導(dǎo)拼接5蛋白占質(zhì)組樓學(xué)（Pr抱ot黎eo耳mi俘cs）20望01年的Sc鏈ie凍nc數(shù)e雜志扎已把黨蛋白絕質(zhì)組內(nèi)學(xué)列伐為六感大研腰究熱皆點(diǎn)之他一，鉆其“無熱度亡”僅鹽次于簽干細(xì)針胞研仿究5.陶1人類賭蛋白肝質(zhì)組停計(jì)劃析概述20那01年，恐國(guó)際榮人類洞蛋白竊質(zhì)組思組織帽宣告償成立篩。一項(xiàng)兔是由藍(lán)中國(guó)余科學(xué)嫌家牽對(duì)頭執(zhí)混行的遼“人類胖肝臟境蛋白當(dāng)質(zhì)組古計(jì)劃”；另一協(xié)項(xiàng)是渴以美畢國(guó)科擠學(xué)家殖牽頭抄執(zhí)行雖的“人類賴血漿炮蛋白倦質(zhì)組鞠計(jì)劃”，賊由此躍拉開椅了人驅(qū)類蛋魄白質(zhì)董組計(jì)揚(yáng)劃的吸帷幕券。5.芹2蛋白蒸質(zhì)組身學(xué)研霧究的錢研究耍意義圓和背會(huì)景隨著克人類平基因惱組計(jì)海劃的灣實(shí)施愚和推滔進(jìn)，究生命回科學(xué)爪研究驗(yàn)已進(jìn)炕入了后基順因組洪時(shí)代。在添這個(gè)害時(shí)代填，生擊命科棗學(xué)的坡主要裙研究板對(duì)象煮是功能詢基因惡組學(xué)，包偏括結(jié)構(gòu)宜基因延組研究個(gè)和蛋白予質(zhì)組研究嗓等。19慕96年，刪澳大矛利亞頁建立煎了世懶界上墨第一舞個(gè)蛋俗白質(zhì)遠(yuǎn)組研炒究中旅心：Au咽st謙ra主li屠a棗P仔ro滴te宜om副e捕A激na瞎ly載si傷s草F糊ac腸il干it迎y才(狐AP武AF酸)5.貫3蛋白撿質(zhì)組踏學(xué)的甜研究噴內(nèi)容幕包括艙：5.葵3.浮1蛋白察質(zhì)鑒監(jiān)定：付可以橫利用璃一維殃電泳圣和二窗維電質(zhì)泳并善結(jié)合We輝st陸er幫n等技嫩術(shù)，率利用牽蛋白習(xí)質(zhì)芯性片和顛抗體故芯片讓及免鹿疫共準(zhǔn)沉淀路等技晶術(shù)對(duì)帝蛋白渴質(zhì)進(jìn)慢行鑒蘆定研歌究。5.犧3.慕2翻譯銜后修減飾：桃很多mR煎NA表達(dá)旨產(chǎn)生蹈的蛋么白質(zhì)茫要經(jīng)忠歷翻稿譯后牙修飾甩如磷歡酸化悟，糖款基化穿，酶題原激妨活等僚。翻經(jīng)譯后純修飾遵是蛋羅白質(zhì)桶調(diào)節(jié)面功能略的重舊要方刊式。5.聰3.蔬3蛋白陣質(zhì)功燙能確童定：上如分?jǐn)辔雒概；钚灶櫤痛_望定酶昨底物差，細(xì)耗胞因嗓子的樂生物屢分析劍，配希基-受體銀結(jié)合柄分析漠，基比因表塌達(dá)產(chǎn)它物-蛋白蠶質(zhì)的除功能膊分析姻。另股外對(duì)呢蛋白員質(zhì)表普達(dá)出偷來后尤在細(xì)惜胞內(nèi)浩的定擠位研榆究也邊在一澡定程舅度上抓有助董于蛋農(nóng)白質(zhì)貼功能刃的了注解。繳熒光呈蛋白刷表達(dá)鎖系統(tǒng)觀就是薯研究拌蛋白棕質(zhì)在佛細(xì)胞勉內(nèi)定孫位的像一個(gè)輪很好市的工遲具。5.沃3.援4分子貍醫(yī)學(xué)沉的發(fā)朝展。臘如尋枝找藥豬物的盾靶分賣子。儉很多熄藥物臣本身姜就是工蛋白糧質(zhì)，模而很宅多藥悼物的紙靶分次子也偷是蛋匠白質(zhì)坑。藥退物也煤可以并干預(yù)題蛋白鏟質(zhì)-蛋白迫質(zhì)相券互作蜻用。5.竿4蛋白寇質(zhì)組析學(xué)研芝究技孩術(shù)5.省4.嫂1蛋白答質(zhì)組因研究距中的妄樣品劍制備5.學(xué)4.幅2蛋白根質(zhì)組榨研究救中的朱樣品送分離舊和分制析雙向萬凝膠素電泳秤－質(zhì)撞譜技妄術(shù)、襯二維撲色譜(2療D-應(yīng)LC尖)、二呼維毛蒙細(xì)管陽電泳(2娃D(zhuǎn)-討CE扭)、液加相色加譜－掛毛細(xì)楚管電告泳(L逆C-防CE飾)5.舒5蛋白善質(zhì)組茅學(xué)發(fā)耗展趨膽勢(shì)在基精礎(chǔ)研躬究方閉面，崇蛋白然質(zhì)組自研究濤技術(shù)煙被應(yīng)澆用到轎各種俗生命蘋科學(xué)孩領(lǐng)域在應(yīng)芝用研滾究方斗面，下蛋白創(chuàng)質(zhì)組誓學(xué)將搞成為攔尋找驢