蛋白質(zhì)工程以及應(yīng)用PPT

1、關(guān)于蛋白質(zhì)工程及應(yīng)用PPT第一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月概述 蛋白質(zhì)是對生命至關(guān)重要的一類生物大分子物質(zhì)，各種生命功能、生命現(xiàn)象、生命活動都和蛋白質(zhì)有關(guān)。在生命有機體催化、運動、結(jié)構(gòu)、識別和調(diào)節(jié)等許多方面，起著關(guān)鍵的作用。第二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月酶.幾乎全都是蛋白質(zhì)。肌肉收縮、精子移動、細(xì)胞分裂過程中的染色體移動.高等生物的有序生長和分化過程?？贵w蛋白能識別和結(jié)合特異性的外源物質(zhì)，使人體具備抵抗各種細(xì)菌、真菌和病毒的能力。由神經(jīng)細(xì)胞膜蛋白構(gòu)成的離子通道，負(fù)責(zé)神經(jīng)沖動的形成和傳導(dǎo)。血紅蛋白具有結(jié)合和釋放氧的能力，是血液中氧、二氧化碳和氫離子的攜帶者。另外，人

2、體的毛發(fā)和指甲屬于角蛋白，而血栓是由血纖蛋白單體聚合而成的。第三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能1.催化功能：酶2.調(diào)節(jié)功能：激素3.結(jié)構(gòu)功能：皮、毛、骨、牙、細(xì)胞骨架4.運輸功能：血紅蛋白5.免疫功能：免疫球蛋白6.運動功能：鞭毛、肌肉蛋白7.儲藏功能：酪蛋白8.生物膜功能：及神經(jīng)傳導(dǎo)等第四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)是生命的體現(xiàn)者，離開了蛋白質(zhì)，生命將不復(fù)存在?？墒?，生物體內(nèi)存在的天然蛋白質(zhì)，有的往往不盡人意，需要進(jìn)行改造。由于蛋白質(zhì)是由許多氨基酸按一定順序連接而成的，每一種蛋白質(zhì)有自己獨特的氨基酸順序，所以改變其中關(guān)鍵的氨基酸就能改變蛋白

3、質(zhì)的性質(zhì)。而氨基酸是由三聯(lián)體密碼決定的，只要改變構(gòu)成遺傳密碼的一個或兩個堿基就能達(dá)到改造蛋白質(zhì)的目的。蛋白質(zhì)工程的一個重要途徑就是根據(jù)人們的需要，對負(fù)責(zé)編碼某種蛋白質(zhì)的基因重新進(jìn)行設(shè)計，使合成的蛋白質(zhì)變得更符合人類的需要。第五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)工程就是以蛋白質(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)工程的概念1983年，美國生物學(xué)家額爾默首先提出了“蛋白質(zhì)工程”的概念。蛋白質(zhì)工程的實踐依據(jù)DNA指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)，因此，人們可以根據(jù)需要對負(fù)責(zé)編碼某種蛋白質(zhì)的基因

4、進(jìn)行重新設(shè)計，使合成出來的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變得符合人們的要求。第六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月具體地說，蛋白質(zhì)工程就是通過對蛋白質(zhì)已知結(jié)構(gòu)和功能的了解，借助計算機輔助設(shè)計，利用基因定點誘變等技術(shù)，特異性地對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基因進(jìn)行改造，借以改善蛋白質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)（熱穩(wěn)定性、酶的專一性）， 或利用化學(xué)和物理手段，對目標(biāo)基因按預(yù)期設(shè)計進(jìn)行修飾和改造，合成新的蛋白質(zhì)。并由此深入研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。蛋白質(zhì)工程的概念蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程就是運用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能和分子遺傳學(xué)知識，從改變或合成基因入手，定向地改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計制造新的蛋白質(zhì)第七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三個

5、步驟：1、獲得目的蛋白質(zhì)晶體，并利用X射線技術(shù)通過晶體衍射儀收集衍射數(shù)據(jù)，然后對晶體進(jìn)行測量、分析，確定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。2、借助計算機對蛋白質(zhì)進(jìn)行飾變，通過建立數(shù)據(jù)庫和人工智能等途徑確定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系確定需要修飾的位點。蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)和研究過程目標(biāo)：根據(jù)人們的需要改造天然蛋白質(zhì)或設(shè)計創(chuàng)造自然界原來沒有的全新蛋白質(zhì)第八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三個步驟：3、運用定點突變技術(shù)等一系列基因操作技術(shù)手段來改變編碼蛋白質(zhì)的基因，從而實現(xiàn)對蛋白質(zhì)的改變。對已經(jīng)存在的蛋白質(zhì)“下手”，從結(jié)構(gòu)測定入手。創(chuàng)造全新的蛋白質(zhì)，要根據(jù)已有的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的信息資料進(jìn)行分子設(shè)計-基因表達(dá)-對

6、表達(dá)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行檢測、分析。必經(jīng)之路：（飾變、分析、檢測、修改）*N蛋白質(zhì)工程的目標(biāo)和研究過程第九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)工程是在深入理解目標(biāo)蛋白質(zhì)的“結(jié)構(gòu)-功能 ”關(guān)系的基礎(chǔ)上，進(jìn)行嚴(yán)格的分子設(shè)計，定向改造一個預(yù)期的新特性的蛋白質(zhì)。一般的兩種情況：對天然的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。（已有的蛋白質(zhì)）完全重建一個自然界原來沒有的蛋白質(zhì)。（全新的）對天然的蛋白質(zhì)操作有：少數(shù)幾個AA殘疾進(jìn)行替換（小改）分子剪裁（中改）局部重建（大改）第十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 重建一個自然界原來沒有的蛋白質(zhì)： 從頭設(shè)計一個全新的蛋白質(zhì) 目前，蛋白質(zhì)工程主要進(jìn)行的是中改、小

7、改。 “大改”和“從頭設(shè)計”，要求必須全面掌握蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)的規(guī)律，掌握高級結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性。 現(xiàn)存的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫還滿足不了對蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的研究 第十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月實例1：玉米中賴氨酸的含量比較低 如果對賴氨酸合成過程中的兩個關(guān)鍵酶進(jìn)行改造,可以使玉米葉片和種子中的游離賴氨酸分別提高5倍和2倍。 原因：賴氨酸合成過程中兩個關(guān)鍵酶天冬氨酸激酶和二氫吡啶二羧酸合成酶的活性，受細(xì)胞內(nèi)賴氨酸濃度的影響。當(dāng)賴氨酸濃度達(dá)到一定量時，就會抑制這兩種酶的活性。第十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 人類蛋白質(zhì)組計劃是繼人類基因組計劃之后，生命科學(xué)乃至自然

8、科學(xué)領(lǐng)域一項重大的科學(xué)命題。2001年，國際人類蛋白質(zhì)組組織宣告成立。之后，該組織正式提出啟動了兩項重大國際合作行動：一項是由中國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”；另一項是以美國科學(xué)家牽頭執(zhí)行的“人類血漿蛋白質(zhì)組計劃”，由此拉開了人類蛋白質(zhì)組計劃的帷幕。第十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”是國際上第一個人類組織器官的蛋白質(zhì)組計劃，由我國賀福初院士牽頭，這是中國科學(xué)家第一次領(lǐng)銜的重大國際科研協(xié)作計劃，總部設(shè)在北京，目前有16個國家和地區(qū)的80多個實驗室報名參加。它的科學(xué)目標(biāo)是揭示并確認(rèn)肝臟的蛋白質(zhì)，為重大肝病預(yù)防、診斷、治療和新藥研發(fā)的突破提供重要的科

9、學(xué)基礎(chǔ)。人類蛋白質(zhì)組計劃的深入研究將是對蛋白質(zhì)工程的有力推動和理論支持。 第十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月思考：對天然蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，你認(rèn)為應(yīng)該直接對蛋白質(zhì)分子進(jìn)行操作，還是通過對基因的操作來實現(xiàn)？應(yīng)該從對基因的操作來實現(xiàn)對天然蛋白質(zhì)改造，主要原因如下：（1）任何一種天然蛋白質(zhì)都是由基因編碼的，改造了基因即對蛋白質(zhì)進(jìn)行了改造，而且改造過的蛋白質(zhì)可以遺傳下去。如果對蛋白質(zhì)直接改造，即使改造成功，被改造過的蛋白質(zhì)分子還是無法遺傳的。（2）對基因進(jìn)行改造比對蛋白質(zhì)直接改造要容易操作，難度要小得多。 第十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、蛋白質(zhì)工程的基本原理1、蛋白質(zhì)工程

10、的目標(biāo) 根據(jù)人們對蛋白質(zhì)功能的特定需求，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分子設(shè)計。2、天然蛋白質(zhì)的合成過程DNA（基因）轉(zhuǎn)錄mRNA翻譯蛋白質(zhì)基因表達(dá)（轉(zhuǎn)錄和翻譯）形成氨基酸序列的多肽鏈形成具有高級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)行使生物功能第十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月中心法則 （central dogma）生物的遺傳信息從 DNA傳遞給mRNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄。根據(jù)mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程，被稱為翻譯和表達(dá)。1958年Crick將生物遺傳信息的這種傳遞方式稱為中心法則。第十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA中心法則：遺傳信息由DNA mRNA

11、蛋白質(zhì)的流動途徑。補充和完善之處：A：RNA作為遺傳物質(zhì)能自我復(fù)制，并作為mRNA指導(dǎo)PRO的合成。 B：RNA能以逆轉(zhuǎn)錄的方式將遺傳信息傳遞給DNA分子。 第十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 復(fù)制：是親代雙鏈DNA按堿基配對原則，準(zhǔn)確形成兩個相同核苷酸序列的子代DNA分子的過程。兩條DNA鏈都可作為復(fù)制的模板。 轉(zhuǎn)錄：是以一條DNA鏈為模板，將DNA鏈上儲存的遺傳信息按堿基配對原則準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成互補的mRNA的過程。 翻譯：是以mRNA為模板，將mRNA上的遺傳信息轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)的氨基酸序列的過程。 中心法則：遺傳信息由DNA mRNA 蛋白質(zhì)的流動途徑。 第十九張，PPT共七十二頁

12、，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月、蛋白質(zhì)工程的基本途徑預(yù)期的蛋白質(zhì)功能設(shè)計預(yù)期的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)推測應(yīng)有的氨基酸序列找到相對應(yīng)的脫氧核苷酸序列（基因）第二十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月討論：某多肽鏈的一段氨基酸序列是：丙氨酸色氨酸賴氨酸甲硫氨酸苯丙氨酸（1）怎樣得出決定這一段肽鏈的脫氧核苷酸序列？請把相應(yīng)的堿基序列寫出來。首先應(yīng)該根據(jù)三聯(lián)密碼子推出mRNA序列，每種氨基酸都有對應(yīng)的三聯(lián)密碼子，只要查一下遺傳密碼子表，就可以將上述氨基酸序列的編碼序列查出來。再根據(jù)堿基互補配對規(guī)律推出脫氧核苷酸序列。

13、但是由于上述氨基酸序列中有幾個氨基酸是由多個三聯(lián)密碼子編碼，因此其堿基排列組合起來就比較復(fù)雜，至少可以排列出16種。第二十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月密碼子：UCAUGAUUAmRNA密碼子密碼子密碼子mRNA上決定一個氨基酸的三個相鄰堿基密碼子總數(shù)：43=64種(其中61種密碼子是對應(yīng)氨基酸 和起始；另有3個不對應(yīng)氨基酸，只對應(yīng)終止)1種密碼子只對應(yīng)1種氨基酸；1種氨基酸可以對應(yīng)多種密碼子。 密碼子在生物界基本是通用的。這也是生物彼此間存在親緣關(guān)系的證據(jù)之一 。第二十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月GCU（或C或A

14、或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C） mRNA序列 脫氧核苷酸序列GCT (或C或A或G) TGGAAA (或G)ATGTTT (或C)CGA (或G或T或C) ACCTTT（或C)TACAAA (或G)（2）確定目的基因的堿基序列后，怎樣才能合成或改造目的基因（DNA）？確定目的基因的堿基序列后，就可以根據(jù)人類的需要改造它，通過人工合成的方法或從基因庫中獲取。第二十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月4、蛋白質(zhì)工程與基因工程的關(guān)系 蛋白質(zhì)工程是在基因工程的基礎(chǔ)上，延伸出來的第二代基因工程，是包含多學(xué)科的綜合科技工程領(lǐng)域。 基因工程是通過基因操作把外源基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)纳矬w內(nèi)，

15、并在其中進(jìn)行表達(dá)，它的產(chǎn)品是該基因編碼的天然存在的蛋白質(zhì)。第二十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)工程就是根據(jù)蛋白質(zhì)的精細(xì)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，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。蛋白質(zhì)工程根據(jù)對分子預(yù)先設(shè)計的方案，通過對天然蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行改造，來實現(xiàn)對它所編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行改造。因此，它的產(chǎn)品已不再是天然的蛋白質(zhì)，而是經(jīng)過改造的、具有了人類所需要的優(yōu)點的蛋白質(zhì)。第二十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月5 蛋白質(zhì)工程與酶工程的關(guān)系 絕

16、大多數(shù)酶都是蛋白質(zhì)，酶工程與蛋白質(zhì)工程有什么區(qū)別？ 酶工程就是指將酶所具有的生物催化作用，借助工程學(xué)的手段，應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、醫(yī)療診斷和環(huán)境保護等方面的一門科學(xué)技術(shù)。概括地說，酶工程是由酶制劑的生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面組成的。酶工程的應(yīng)用主要集中于食品工業(yè)、輕工業(yè)以及醫(yī)藥工業(yè)中。 第二十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 通常所說的酶工程是用工程菌生產(chǎn)酶制劑，而沒有經(jīng)過由酶的功能來設(shè)計酶的分子結(jié)構(gòu)，然后由酶的分子結(jié)構(gòu)來確定相應(yīng)基因的堿基序列等步驟。因此，酶工程的重點在于對已存酶的合理充分利用，而蛋白質(zhì)工程的重點則在于對已存在的蛋白質(zhì)分子的改造。當(dāng)然，隨著蛋白質(zhì)工程的發(fā)展，其成果也會應(yīng)用到酶工

17、程中，使酶工程成為蛋白質(zhì)工程的一部分。 第三十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)分子的生物功能，與蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)密不可分。決定蛋白質(zhì)這種特殊生物功能的關(guān)鍵因素是它的分子構(gòu)象 。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 第三十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月基本組成單位-氨基酸第三十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月組成生物體蛋白質(zhì)的20種氨基酸第三十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月組成生物體蛋白質(zhì)的20種氨基酸第三十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 肽（肽鍵與肽) 肽鍵就是由氨基酸的-羧基與相鄰的氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵第三十五張，PPT共七十二

18、頁，創(chuàng)作于2022年6月肽（肽鍵與肽)肽:氨基酸通過肽鍵連結(jié)起來的化合物二肽:兩個氨基酸形成的肽三肽:三個氨基酸形成的肽多肽:許多氨基酸形成的肽蛋白質(zhì):大多為100個以上氨基酸組成的多肽第三十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月氨基酸殘基:多肽鏈中不完全的氨基酸。氨基酸由于形成肽鍵而失去了一分子水，因此表現(xiàn)出其分子的不完整。氨基末端：多肽鏈中含有自由-氨基的一端。簡稱N-端羧基末端：多肽鏈中含有自由-羧基的一端。 簡稱C-端第三十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指氨基酸按一定的順序通過肽鍵

19、相連而成的多肽鏈，也是蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu)。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)的一級結(jié)構(gòu)決定了蛋白質(zhì)的二級、三級等高級結(jié)構(gòu)。第三十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)第四十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（1）氫鍵：氫原子與負(fù)電性強的原子（如氧、氮等）間形成。對蛋白質(zhì)分子三維構(gòu)象的維護很重要。（2）靜電引力：正負(fù)帶電基團之間的吸引力。對蛋白質(zhì)分子三維構(gòu)象的穩(wěn)定貢獻(xiàn)不是很大，也稱為離子鍵或鹽鍵（3）范德華力：原子團相互接近時誘導(dǎo)所致。它變化多樣，對維持蛋白質(zhì)

20、活性中心的構(gòu)象影響很大維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵第四十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月（4）疏水相互作用：是非極性基團為了避開水相而群集在一起的作用力。疏水作用是維持蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的重要因素（5）二硫鍵：作用很強，對穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象起重要作用氫鍵、離子鍵、疏水作用和范德華力等次級鍵是非共價鍵肽鍵、二硫鍵、酯鍵等被稱之為共價鍵第四十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu) 二級結(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結(jié)構(gòu)的構(gòu)象，是多肽鏈局部的空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）主要形式：-螺旋、-折疊、 -轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲等第四十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十

21、四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月-轉(zhuǎn)角第四十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu) 螺旋折疊片轉(zhuǎn)角自由回轉(zhuǎn)第四十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤曲而成特定格式的三級結(jié)構(gòu)。四級結(jié)構(gòu)很多蛋白質(zhì)分子是由兩個或兩個以上獨立的、具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈組成的。這些多肽鏈之間只是通過疏水作用等次級鍵結(jié)合成為有序排列的特定的空間結(jié)構(gòu)，形成了四級結(jié)構(gòu)。在四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子中，每個具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈單位稱為亞基，亞基多無生物學(xué)活性，具有完整四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分

22、子才有生物活性。第四十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月血紅蛋白中四亞基兩兩相同，分別稱為1 、2、1、2第四十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 1、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（1）相似的結(jié)構(gòu)具有相似的功能。 一級結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間結(jié)構(gòu)及功能也相似。 催產(chǎn)素、抗利尿激素都是由下丘腦神經(jīng)細(xì)胞合成的九肽類激素,前者具有催產(chǎn)及使乳腺(Phe的作用.如圖為催產(chǎn)素結(jié)構(gòu)簡式,若將異亮氨酸(He)和亮氨酸(Leu)分別替換為苯丙氨酸和精氨酸則為抗利尿劑。

23、催產(chǎn)素兼有抗利尿劑激素作用，抗利尿劑激素也兼有催產(chǎn)素的作用。第五十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 1、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（2）不同的結(jié)構(gòu)具有不同的功能 盡管催產(chǎn)素、抗利尿激素有相似的功能，但它們的結(jié)構(gòu)并不完全相同，因此生物學(xué)活性也有很大差異 催產(chǎn)素的催產(chǎn)功能強于抗利尿劑激素。 抗利尿劑激素的利尿作用遠(yuǎn)強于催產(chǎn)素。 所以，一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其功能必然改變。第五十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 2、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是其生物活性的基礎(chǔ)，空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其功能也必然隨之改變。 核糖核酸酶，

24、不破壞它的一級結(jié)構(gòu)，只是破壞其氫鍵，二硫鍵還原為巰基，該酶也會失去活性。 原因：二級、三級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 恢復(fù)結(jié)構(gòu)，酶的活性也可得到恢復(fù)。第五十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月 食品蛋白的改性 人類迫切需求具有功能特性和營養(yǎng)特性的蛋白質(zhì) 一方面，開發(fā)蛋白質(zhì)資源（優(yōu)質(zhì)蛋白）。 另一方面，對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改造-改性蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)的改性是指通過物理、化學(xué)和生物 (酶)的方法改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改善它們的功能特性，使之達(dá)到食品所需要的品質(zhì)特性，以擴大蛋白質(zhì)在不同類型食品體系中的應(yīng)用范圍。 實質(zhì)：利用生化因素或物理因素切斷蛋白質(zhì)分子中的主鏈或是對蛋白質(zhì)分子的側(cè)鏈基團進(jìn)行修飾，從 而引發(fā)蛋白

25、質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的改變，獲得具有功能特性和營養(yǎng)特性較好的蛋白質(zhì)。第五十五張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)改造方法 在基因水平上對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造，按改造的規(guī)模和程度可以分為：小改：個別氨基酸的改變和一整段氨基酸序列的刪除、置換或插入中改：蛋白質(zhì)分子的剪裁，如結(jié)構(gòu)域的拼接大改：局部重建從頭設(shè)計合成新型蛋白質(zhì) 第五十六張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、小改造通過基因突變方法，以達(dá)到改變氨基酸進(jìn)而改造蛋白質(zhì)的目的。目前，主要采用的基因突變方法：基因定點突變盒式替換技術(shù)第五十七張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月基因定點突變根據(jù)三聯(lián)體密碼，編碼DNA（目的基因）的確

26、定位點，改變其組成核苷酸的順序或種類，使基因發(fā)生定向變異，使其控制合成的氨基酸種類、順序發(fā)生改變，合成出具有預(yù)期氨基酸序列的修飾蛋白質(zhì)。這種通過造成一個或幾個堿基定點突變，以達(dá)到修飾蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)目的的技術(shù)，稱為基因定點突變技術(shù)。第五十八張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月1985年Wells提出的一種基因修飾技術(shù)，可經(jīng)過一次修飾，在一個位點上產(chǎn)生20種不同氨基酸的突變體，從而可以對蛋白質(zhì)分子中某些氨基酸進(jìn)行“飽和性”分析。利用定位突變在擬改造的氨基酸密碼兩側(cè)造成兩個原載體和基因上沒有的內(nèi)切酶切點，用該內(nèi)切酶消化基因，再用合成的發(fā)生不同變化的雙鏈DNA片段替代被消化的部分。這樣一次處理就

27、可以得到多種突變型基因。 盒式突變技術(shù) 第五十九張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、蛋白質(zhì)分子的高級改造（結(jié)構(gòu)域的拼接） 研究證明，在二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之間還有一個結(jié)構(gòu)層次，即結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域由螺旋、折疊等二級結(jié)構(gòu)單位按一定的拓?fù)鋵W(xué)規(guī)則構(gòu)成的三維結(jié)構(gòu)實體。結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)分子中一種基本的結(jié)構(gòu)單位，結(jié)構(gòu)域拼接是通過基因操作把位于兩種不同蛋白質(zhì)上的幾個結(jié)構(gòu)域連接在一起，形成融合蛋白，它兼有原來兩種蛋白的性質(zhì)。 第六十張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月三、全新蛋白質(zhì)的設(shè)計與構(gòu)建 上述兩種蛋白質(zhì)改造方法，通常是從一個已知順序、結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)出發(fā)，根據(jù)一定的目標(biāo)和設(shè)計方案，使用多肽合成或

28、者基因工程的方法，改變它的結(jié)構(gòu)，以期達(dá)到改變其性質(zhì)的目的。如果要從頭設(shè)計和構(gòu)建一個自然界不存在的蛋白質(zhì)，則需要借助多功能模板和蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)元件組裝成某種具有特定功能的人工蛋白質(zhì)分子。 第六十一張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用 蛋白質(zhì)工程自問世以來，短短十幾年的時間，已取得了引人矚目的進(jìn)展，在醫(yī)學(xué)和工業(yè)用酶方面也獲得了良好的應(yīng)用前景。 提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性包括以下幾個方面：延長酶的半衰期；提高酶的熱穩(wěn)定性；延長藥用蛋白的保存期；抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性喪失。 第六十二張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月一、消除酶的被抑制特性 1985年，美國的

29、埃斯特爾借助寡核苷酸介導(dǎo)的定位突變技術(shù)，用19種其他氨基酸分別替代枯草芽孢桿菌蛋白酶分子第222位殘基上易氧化的甲硫氨酸，獲得了一系列活性差異很大的突變酶。發(fā)現(xiàn)除了用半胱氨酸代替甲硫氨酸的突變體以外，其他突變體的酶活性都降低了。 第六十三張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月二、引入二硫鍵，改善蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性 溶菌酶分子：由一條肽鏈構(gòu)成，并在空間上折疊形成二個相對獨立的結(jié)構(gòu)域，酶活性中心位于二個結(jié)構(gòu)域之間。該酶分子在第97位和54位殘基上是兩個未形成二硫鍵的半胱氨酸由于二硫鍵是一種穩(wěn)定蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的重要共價化學(xué)鍵，有如建筑所用的鋼筋一樣，因而能將分子中的不同部位牢固地聯(lián)結(jié)在一起。因此，提高酶熱穩(wěn)定性最常用的辦法是在分子中增加一對或數(shù)對二硫鍵。 第六十四張，PPT共七十二頁，創(chuàng)作于2022年6月在高溫下天冬酰胺和谷氨酰胺容易脫氨形成天冬氨酸和谷氨酸，而導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的改變，使蛋白質(zhì)失去活性。對釀酒酵母的磷酸丙糖異構(gòu)酶進(jìn)行誘變改造。這種酶有兩個相同的亞基，每個亞基含有2個天冬酰胺，由于它們都位于亞基之間的界面上，可能對酶的熱穩(wěn)定性起決定性作用。通過寡核苷酸介導(dǎo)的定向誘變技術(shù)，將第14位和第78位上的2個天冬酰胺分別轉(zhuǎn)變成Thr(蘇氨酸)和Ile(異亮氨酸)殘基，大幅度提高突變酶的熱穩(wěn)定性。 三、轉(zhuǎn)化氨基酸殘基，改善蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性 第六十五張