《蛋白質(zhì)工程》課件

蛋白質(zhì)工程蛋白質(zhì)工程是一門以蛋白質(zhì)為研究對象，利用基因工程、細(xì)胞工程、酶工程等生物技術(shù)手段，對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行改造和優(yōu)化，以創(chuàng)造出具有新功能、高活性、高穩(wěn)定性的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的定義定義蛋白質(zhì)工程是指利用基因工程等技術(shù)，對蛋白質(zhì)進(jìn)行改造和優(yōu)化，以創(chuàng)造出具有新功能、高活性、高穩(wěn)定性的蛋白質(zhì)。目標(biāo)通過改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，以滿足人類在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用需求。蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)1一級結(jié)構(gòu)氨基酸序列2二級結(jié)構(gòu)α-螺旋和β-折疊3三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的整體空間結(jié)構(gòu)4四級結(jié)構(gòu)多個(gè)亞基的相互作用蛋白質(zhì)的功能酶催化加速生物化學(xué)反應(yīng)結(jié)構(gòu)支撐提供細(xì)胞骨架和組織結(jié)構(gòu)運(yùn)輸物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸免疫防御抗體識別和清除病原體蛋白質(zhì)的分類酶催化生物化學(xué)反應(yīng)結(jié)構(gòu)蛋白提供細(xì)胞骨架和組織結(jié)構(gòu)運(yùn)輸?shù)鞍卓缒まD(zhuǎn)運(yùn)和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸抗體識別和清除病原體蛋白質(zhì)的合成過程1DNA轉(zhuǎn)錄成mRNA2mRNA翻譯成蛋白質(zhì)3蛋白質(zhì)折疊形成三維結(jié)構(gòu)基因工程技術(shù)1基因克隆獲取目標(biāo)基因2基因表達(dá)載體的構(gòu)建將目標(biāo)基因連接到表達(dá)載體3基因?qū)胨拗骷?xì)胞將表達(dá)載體導(dǎo)入宿主細(xì)胞4蛋白質(zhì)的表達(dá)和純化誘導(dǎo)宿主細(xì)胞表達(dá)目標(biāo)蛋白質(zhì)DNA重組技術(shù)限制性內(nèi)切酶識別特定DNA序列并切割DNADNA連接酶連接DNA片段載體將目標(biāo)基因?qū)胨拗骷?xì)胞細(xì)胞株培養(yǎng)技術(shù)細(xì)胞系的選擇選擇合適的宿主細(xì)胞系細(xì)胞培養(yǎng)條件提供適宜的培養(yǎng)條件細(xì)胞的擴(kuò)增擴(kuò)大細(xì)胞規(guī)模細(xì)胞的維持長期保存細(xì)胞系蛋白質(zhì)的分離純化1細(xì)胞裂解破碎細(xì)胞釋放蛋白質(zhì)2粗提去除細(xì)胞碎片和雜質(zhì)3層析分離根據(jù)蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)分離4純化得到純度較高的目標(biāo)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的表達(dá)系統(tǒng)大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)成本低、效率高，適用于表達(dá)簡單蛋白質(zhì)酵母表達(dá)系統(tǒng)可以表達(dá)更復(fù)雜的蛋白質(zhì)，但效率低于大腸桿菌昆蟲細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)復(fù)雜蛋白能力強(qiáng)，可進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯后修飾哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)表達(dá)復(fù)雜蛋白能力最強(qiáng)，可進(jìn)行完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)1成本低培養(yǎng)成本低2效率高蛋白表達(dá)效率高3易于操作操作簡便4適合表達(dá)適合表達(dá)簡單的蛋白質(zhì)酵母表達(dá)系統(tǒng)優(yōu)勢可以表達(dá)更復(fù)雜的蛋白質(zhì)，可以進(jìn)行部分蛋白質(zhì)的翻譯后修飾劣勢表達(dá)效率低于大腸桿菌，成本相對較高昆蟲細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)可以進(jìn)行多種蛋白質(zhì)的翻譯后修飾缺點(diǎn)成本較高，操作相對復(fù)雜哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)優(yōu)勢表達(dá)復(fù)雜蛋白能力最強(qiáng)，可進(jìn)行完整的蛋白質(zhì)翻譯后修飾劣勢成本最高，操作最復(fù)雜蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)藥工業(yè)應(yīng)用1藥物開發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)新的藥物2診斷試劑開發(fā)新的診斷方法和試劑3治療性抗體開發(fā)用于治療疾病的抗體4基因治療開發(fā)用于治療遺傳疾病的基因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用轉(zhuǎn)基因作物提高產(chǎn)量和抗逆性抗蟲害開發(fā)抗蟲害的作物抗病害開發(fā)抗病害的作物營養(yǎng)改良提高作物的營養(yǎng)價(jià)值食品工業(yè)應(yīng)用食品酶提高食品加工效率和品質(zhì)食品添加劑改善食品的風(fēng)味、口感和外觀食品安全檢測開發(fā)新的食品安全檢測方法環(huán)境治理應(yīng)用1生物降解開發(fā)用于降解污染物的酶2生物傳感器監(jiān)測環(huán)境污染3生物修復(fù)修復(fù)受污染的環(huán)境科研檢測應(yīng)用1蛋白質(zhì)研究研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能2生物標(biāo)志物開發(fā)用于疾病診斷的生物標(biāo)志物3抗體開發(fā)開發(fā)用于科研實(shí)驗(yàn)的抗體蛋白質(zhì)工程的前景展望新型表達(dá)技術(shù)開發(fā)更高效、更穩(wěn)定的蛋白質(zhì)表達(dá)系統(tǒng)新型分離純化技術(shù)開發(fā)更快速、更有效率的蛋白質(zhì)分離純化技術(shù)功能蛋白的工程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和開發(fā)具有特定功能的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組學(xué)研究利用蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)研究蛋白質(zhì)的整體功能新型表達(dá)技術(shù)細(xì)胞工廠利用工程化的細(xì)胞生產(chǎn)蛋白質(zhì)無細(xì)胞表達(dá)在體外進(jìn)行蛋白質(zhì)表達(dá)合成生物學(xué)設(shè)計(jì)和合成新的蛋白質(zhì)新型分離純化技術(shù)親和層析利用蛋白質(zhì)的特異性結(jié)合進(jìn)行分離純化超濾利用分子量大小進(jìn)行分離純化離子交換層析利用蛋白質(zhì)的電荷性質(zhì)進(jìn)行分離純化疏水層析利用蛋白質(zhì)的疏水性進(jìn)行分離純化功能蛋白的工程設(shè)計(jì)1酶的改造提高酶的催化效率和穩(wěn)定性2抗體的優(yōu)化提高抗體的親和力和特異性3新的蛋白質(zhì)功能賦予蛋白質(zhì)新的功能蛋白質(zhì)組學(xué)研究1蛋白質(zhì)的鑒定2蛋白質(zhì)的定量分析3蛋白質(zhì)相互作用分析4蛋白質(zhì)修飾分析結(jié)構(gòu)生物學(xué)應(yīng)用蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測預(yù)測蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)藥物設(shè)計(jì)根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新的藥物蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行蛋白質(zhì)工程設(shè)計(jì)人工酶的開發(fā)催化效率提高催化效率穩(wěn)定性提高穩(wěn)定性特異性提高特異性應(yīng)用范圍擴(kuò)大應(yīng)用范圍基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9靶向基因編輯技術(shù)TALEN靶向基因編輯技術(shù)ZFN靶向基因編輯