蛋白质工程
现代生物技术第六章 蛋白质工程
金属硫蛋白的作用与结构特点
金属硫蛋白（metallothionein，简称MT）是一类 小分子量的球蛋白，大量存在于哺乳动物体内，其 他低等动物如鱼、螃蟹、海胆中也有分布，在植物 和微生物中也发现有各种不同亚型的金属硫蛋白。 这类蛋白质分子中半胱氨酸的含且极高，约占全部 氨基酸总量的1/3左右，在分子中以与金属原子相结 合的方式存在。金属硫蛋白参与微量元素锌、铜等 的贮存、运输和代谢，参与重金属元素铜、汞、铅 等的解毒以及拮抗电离辐射和清除羟基游离基等， 在改善健康等诸多方面发挥着重要的作用。
分子设计 氨基酸序列 蛋白质 三维结构 折叠 预期功能 生物功能
DNA
mRNA 转录 翻译
多肽链
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、蛋白质工程的基本原理
基因工程与蛋白质工程的区别：
基因工程通过分离目的基因重组DNA分子，使目的 基因更换宿主得以异体表达，从而创造新类型，但 这只能合成自然界固有的蛋白质。 蛋白质工程则是运用基因工程的DNA重组技术，将 克隆后的基因编码序列加以改造，或者人工合成新 的基因，再将上述基因通过载体引入适宜的宿主系 统内加以表达，从而产生数量几乎不受限制、有特 定性能的“突变型”蛋白质分子，甚至全新的蛋白 质分子。
将金属硫蛋白的β结构域改造成为α结构域需 要利用蛋白质工程中的分子设计技术，对分 子改造的设计思想进行可行性分析，并提出 具体的改造方案。首先，应在大量生物学实 验的基础上，仔细分析金属硫蛋白的结构特 点和生物功能，并利用贮存于计算机中的生 物大分子信息数据库和序列分析、分子模型 等计算机软件，确定金属硫蛋白的氨基酸序 列、一级结构和高级结构。
金属硫蛋白α结构域多倍体的构建 用MT的α结构域二倍体代替天然MT，有可能使其结 合重金属能力提高一倍。我们知道，无论是天然MT， 还是人工构建MT的α结构域二倍体，在将其转人植 物中时，都需要用环状的DNA质粒作载体。如果能把 MT的α结构域二倍体首尾相接，构建MT的α结构域 多倍体，将有可能使表达产物成倍增加，消除镉金 属的能力也就会相应的成倍提高。 根据以上设想，可以利用基因工程的方法，构建金 属硫蛋白α结构域多倍体。
蛋白质工程四个基本步骤
蛋白质工程四个基本步骤蛋白质工程，听起来是不是很高深莫测呀？嘿嘿，其实没那么难理解啦！蛋白质工程有四个基本步骤，就好像盖房子要先打地基、砌墙、封顶、装修一样。
第一步呢，就是目标蛋白质的确定。
这就好比你要去一个地方，得先知道目的地是哪儿呀！你得清楚自己到底想要改造什么样的蛋白质，它有啥特点，要实现啥功能。
这可不是随随便便就能决定的哦，得经过深思熟虑呢！要是选错了目标蛋白质，那不就像在沙漠里挖井，白费力气嘛！接下来第二步，是蛋白质结构的分析。
哎呀呀，这就好像给蛋白质做个全身检查一样。
要仔细研究它的结构，看看哪里是关键部位，哪里可以动手脚。
就像了解一个人的性格脾气一样，只有清楚了蛋白质的“脾气”，才能更好地对它进行改造呀！你想想，如果对蛋白质的结构都不了解，那不是瞎折腾嘛！然后到了第三步，设计改造方案。
这可就是发挥想象力和创造力的时候啦！根据蛋白质的结构分析，想出各种奇妙的办法来让它变得更好。
这就好比给一个普通的东西加上各种新奇的功能，让它变得与众不同。
你可以想象一下，把一个普通的蛋白质变得超级厉害，那得多有成就感呀！最后一步，就是实施改造啦！这就像是把设计图变成现实一样。
通过各种技术手段，把之前设计的方案付诸实践。
这可不是一件容易的事儿哦，需要非常精细的操作和耐心。
要是不小心出了差错，那可就前功尽弃啦！就像做一道精致的菜肴，稍有不慎味道就变了。
蛋白质工程的这四个基本步骤，环环相扣，缺一不可呀！每一步都需要我们认真对待，用心去做。
只有这样，才能让蛋白质工程发挥出它最大的作用。
你说是不是呢？这四个步骤就像是通向成功的阶梯，只有一步步踏踏实实地走上去，才能看到最美的风景。
所以呀，可别小瞧了这四个步骤哦，它们可是蛋白质工程的精髓所在呢！大家一定要好好记住呀，说不定哪天你也能成为蛋白质工程的大师呢！哈哈！。
蛋白质工程
DNA shuffling
DNA shuffling：即将DNA拆散后重排。 它是模仿自然进化的一种DNA 体外随机突 变方法。 这种方法不仅可以对一种基因人为进化， 而且可以将具有结构同源性的几种基因 进行重组，共同进化出一种新的蛋白质。
DNA shuffling基本过程包括四个步骤： 1、目的基因片段的准备：根据不同的需要 选择一个基因或其片段，也可以是几个 序列上具有较高同源性的基因； 2、DNaseI酶切：将基因随机切割成约1050bp或300bp 左右的小片段；
优点： StEP法重组发生在单一试管中, 不需分离 亲本DNA和产生的重组DNA。 它采用的是变换模板机制, 这正是逆转录 病毒所采用的进化过程。 该法简便且有效, 为酶的体外定向进化提 供了又一强有力的工具。
体外随机引发重组
体外随机引发重组（random-priming in vitro recombination, RPR）： 以单链DNA为模板, 配合一套随机序列引物, 先 产生大量互补于模板不同位点的短DNA片段, 由于碱基的错配和错误引发, 这些短DNA片段 中也会有少量的点突变，在随后的PCR反应中, 它们互为引物进行合成, 伴随组合, 再组装成 完整的基因长度。如果需要, 可反复进行上述 过程,直到获得满意的进化酶性质。
改造工业用酶
1、合理设计 2、定向进化 作用： 1、提高酶的稳定性 2、提高酶的活性 3、增强酶的选择性 4、改变酶的表面活性
成熟蛋白质常规修饰
N端-乙酰化（Acetylation） 甲酰化（Formylation） C-端酰胺化（Amidation，C-termainal） 磷酸化（Phosphorylation） 生物素修饰（Biotin） 环化修饰（N-端和C-端首尾成环、Lys和Asp或Glu环化、 其他环化修饰） 肉豆蔻酸（Myristoyl） 香豆素修饰 pGlu焦谷氨酸修饰
蛋白质工程
蛋白质工程一、名词解释：1.蛋白质工程:是研究蛋白质结构和定点改造蛋白质结构的一门学科。
它运用基因工程手段，通过有控制的基因修饰和基因合成，对现有蛋白质进行定向改造，以期获得性能更加优良、更符合人类社会需要的蛋白质分子。
2. 抗体:指机体的免疫系统在抗原刺激下产生的可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。
3. 人-鼠嵌合抗体：用鼠可变区和人恒定区融合形成的抗体。
4.人源化抗体：将鼠杂交瘤抗体的超变区嫁接到人抗体上形成的抗体。
5. 一级结构：是多肽链中氨基酸残基从N-末端到C-末端的排列顺序及二硫键的位置。
6.二级结构：是指多肽链主链借助氢键排列成特有的规则的反复构象。
7.超二级结构（结构模体）：一级顺序上相邻的二级结构在三维折叠中，彼此靠近、按特定的几何排布形成排列规则的、在空间结构上可以辨认的、可以同一结构模式出现在不同蛋白质中的二级结构组合体，称为结构模体。
8.发夹式β模体（或ββ组合单位）：两段相邻的反平行β链被一环链连接在一起构成的组合单位，其形貌与发夹相似，称为发夹式β模体。
9.希腊钥匙模体：四段紧邻的反平行β链以特定的方式来回往复组合，其形貌类似于古希腊钥匙上特有的回形装饰纹，故称为希腊钥匙型模体。
11.结构域：二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，称为结构域。
12.三级结构：在二级结构、结构模体的基础上，进一步盘曲、折叠形成的，涉及主链、侧链在内的所有原子和基团的空间排布。
13.四级结构：是指在多条肽链组成的一个蛋白质分子中，各亚单位在寡聚蛋白质中的空间排布及亚单位间的互相作用。
14.优势构象：任何氨基酸侧链中的组成基团都可以绕着其间的C-C单键旋转，从而产生各种不同的构象。
AA分子的各种构象异构体并不是平均分布的, 总是以其最稳定的构象为重要的存在形式即为优势构象。
15.交错构象：是能量上最有利的排布，在这种构象中，一个碳原子的取代基正好处在另一个碳原子的两个取代基之间。
蛋白质工程的概念高中
蛋白质工程的概念高中生物学知识点之一就是蛋白质工程。
蛋白质工程是一种利用基因重组技术对蛋白质进行改造的方法，能够增强或改变其性质，从而满足不同的应用需求。
下面将从定义、发展历程、应用领域、技术流程和未来发展等方面进行详细介绍。
一、定义蛋白质工程是指利用基因重组技术对蛋白质进行改造的过程，旨在增强或改变其性质，以满足不同的应用需求。
该技术可以通过改变蛋白质的氨基酸序列来实现目标。
二、发展历程20世纪70年代，科学家们开始研究如何利用基因重组技术来制造人工合成的蛋白质。
1982年，第一个人工合成的人类胰岛素被批准上市销售。
此后，随着生物技术的快速发展和进步，蛋白质工程技术也得到了广泛应用和推广。
三、应用领域1. 医药领域：通过蛋白质工程技术可以制造出具有特定功能的蛋白质，如人类胰岛素、生长激素、白介素等，用于治疗疾病。
2. 工业领域：利用蛋白质工程技术可以制造出各种酶，如纤维素酶、淀粉酶等，用于工业生产中的废水处理、食品加工等领域。
3. 农业领域：通过蛋白质工程技术可以制造出抗虫、抗病、耐旱等特性的作物品种，提高农业生产效率和产量。
四、技术流程1. 基因克隆：从目标蛋白质所在的组织或细胞中提取RNA或DNA，并进行PCR扩增和克隆到载体中。
2. 转化表达：将克隆好的基因载体转化到宿主细胞中，并利用表达系统使其高效表达所需的目标蛋白质。
3. 纯化分析：通过离心、层析等技术对目标蛋白质进行纯化和分析。
4. 鉴定验证：对目标蛋白质进行活性测试和结构分析，验证其功能和性质。
五、未来发展随着生物技术的不断发展和进步，蛋白质工程技术也将不断完善和改进。
未来，蛋白质工程技术将更加注重对目标蛋白质的结构和功能进行精准设计，以满足更加复杂多样的应用需求。
同时，随着人工智能、大数据等技术的应用，蛋白质工程技术也将更加高效和智能化。
蛋白质工程定义
蛋白质工程定义介绍蛋白质工程是一门综合学科，涉及到生物学、生物化学、生物信息学等多个领域。
蛋白质工程的目标是通过合成或改造蛋白质的结构和性质，开发出具有特定功能的新型蛋白质。
蛋白质工程在药物研发、生物能源、农业和环境保护等领域具有广泛的应用前景。
蛋白质工程的起源和发展蛋白质工程起源于20世纪70年代，当时科学家们开始尝试通过改变蛋白质的氨基酸序列来改变其性质。
随着技术的进步，研究人员可以通过基因工程的手段来合成具有特定性质的蛋白质。
1982年，第一个通过基因工程合成的人类蛋白质——胰岛素成功问世，这标志着蛋白质工程的重要突破。
蛋白质工程的方法和技术蛋白质工程利用多种方法和技术来实现对蛋白质的改造，其中常用的包括：1. 随机突变通过人工合成或随机突变的方式，改变蛋白质的氨基酸序列，进而改变蛋白质的结构和功能。
这种方法常用于寻找具有新功能的蛋白质。
2. 有针对性的突变通过对蛋白质的氨基酸序列进行有选择性的突变，例如点突变、插入突变和缺失突变，可以改变蛋白质的稳定性、抗原性以及其他性质。
3. 蛋白质摘要和重组将两个或多个蛋白质的功能单元进行重新组合，可以获得具有新特性的重组蛋白质。
4. 手性选择通过合成手性选择性的氨基酸或引入特定的修饰基团，改变蛋白质的手性结构，并调节其生物活性。
5. 蛋白质折叠和组装通过调控蛋白质的折叠和组装过程，可以控制蛋白质的结构和功能。
这种方法常用于改善蛋白质的稳定性和可溶性。
蛋白质工程在药物研发中的应用蛋白质工程在药物研发中发挥着重要作用。
通过对药物靶点蛋白质的改造，可以提高药物的选择性和疗效，减少副作用。
同时，蛋白质工程还可以用于合成新型药物载体和药物传递系统，提高药物的稳定性和药效。
蛋白质工程在生物能源领域的应用蛋白质工程在生物能源领域也有广泛的应用。
通过改造酶和微生物的代谢途径，可以提高生物能源的产量和转化效率。
蛋白质工程还可以用于合成新型酶类催化剂，提高能源生产过程中的反应速率和选择性。
高三知识点生物蛋白质工程
高三知识点生物蛋白质工程生物蛋白质工程是现代生物技术领域的一个重要分支，它的出现对于改善人类生活质量、促进医药发展具有重要的意义。
本文将探讨高三生物知识中的蛋白质工程，深入了解其原理、应用和未来发展。
一、蛋白质工程的概念和原理蛋白质工程是通过改变蛋白质的结构和功能，利用现代生物技术手段，创造具备特定功能和特性的新型蛋白质，或者改进现有蛋白质的性质和表达方式。
其原理主要通过研究蛋白质的结构和功能关联，以及蛋白质的基因序列来实现。
二、蛋白质工程的应用1. 药物研发：蛋白质工程在药物研发中发挥了重要的作用。
通过改造蛋白质的结构和功能，可以提高药物的有效性和生物利用度，降低副作用和毒性，进一步提高药物的安全性和疗效。
2. 农业领域：蛋白质工程可以用于农业生产中，通过改变植物的基因表达，使其在抗病虫害、抗逆境等方面具有更好的性能，从而提高作物的产量和质量。
3. 工业应用：蛋白质工程在工业领域中也得到了广泛应用。
例如，通过改造微生物菌株的基因，制造出能够高效产生酶的工业微生物，用于生产生物降解剂、生物染料等工业原料。
4. 环境保护：蛋白质工程可以应用于环境保护领域。
例如，通过改良植物和微生物的基因，使其具有更强的污染物降解能力，从而实现土壤和水体的修复和净化。
三、蛋白质工程的挑战与前景尽管蛋白质工程在各个领域中具有广泛的应用前景，但仍然面临一些挑战。
首先是基因编辑技术的不完善，目前的技术存在着剪切效率低、难以定点编辑等问题；其次是目前对于蛋白质结构与功能的理解还不够深入，限制了蛋白质设计和修饰的效果；此外，生物安全问题也是蛋白质工程发展中需要重视的问题。
然而，蛋白质工程仍然被广泛认为是生物技术的热点领域，它的发展前景十分广阔。
随着技术不断进步，蛋白质工程有望为医学、农业、环境保护等领域的问题提供更好的解决方案。
例如，疫苗的研发、治疗性蛋白质的生产和应用，都将得到更大的突破和进展。
结语蛋白质工程是一门融合了生物学、化学、医学等多学科知识的科学技术。
简述蛋白质工程的基本步骤
简述蛋白质工程的基本步骤
蛋白质工程是利用分子生物学和生物化学的方法对蛋白质进行人工改造，以获得具有特定功能的蛋白质分子。
它在药物研发、工业生产和农业改良等领域具有广泛应用。
蛋白质工程的基本步骤如下：
第一步：目标设定
在蛋白质工程之前，首先需要明确目标，确定想要改造的蛋白质的特性和功能。
这可以是增强蛋白质的稳定性、改善其活性、增加结合亲和力等。
第二步：设计变异
根据目标设定，设计需要引入的变异或改造。
这可以通过基因突变或基因重组技术来实现，如点突变、插入、删除、置换等。
第三步：构建表达载体
将设计好的蛋白质基因插入到适当的表达载体中，以便在宿主细胞中进行表达。
表达载体通常包括启动子、转录终止子、选择标记等。
第四步：转染或转化
将构建好的表达载体导入到宿主细胞中，通过转染或转化的方法，使其进入细胞
质中。
第五步：蛋白质表达和纯化
经过转染或转化后，宿主细胞开始表达目标蛋白质。
通过优化培养条件和选择适当的蛋白质纯化方法，可以获得高纯度的目标蛋白质。
第六步：功能验证
对蛋白质进行功能验证，例如酶活性分析、结合亲和力测定、药物筛选等。
这可以通过体外实验或体内实验来进行。
第七步：优化改良
根据功能验证结果，对蛋白质进行进一步的优化改良。
这可以包括重复前面的步骤，或者采用互补的改造策略。
蛋白质工程是一个复杂的过程，需要综合运用多种技术手段和方法。
通过不断的优化和改进，可以获得具有特定功能和优良性能的蛋白质，为科学研究和应用开辟了新的可能性。
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1．应用
(1)提高：举例说明。
(2)改变：举例说明
(3)合成：举例说明
2.意义
蛋白质工程汇集了当代_________等学科的最新成就，将_________与_________的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方而的应用开拓了诱人的前景。
【对、群学】
1、蛋白质工程的一般设计流程是什么？
4、蛋白质工程制造的蛋白质是（）
A、天然蛋白质B、稀有蛋白质C、自然界中不存在的蛋白质D、血红蛋白质
5、天然蛋白质合成遵循的法则是（）
A、中心法则B、转录C、翻译D、复制
6、关于蛋白质工程的说法错误的是（）
A、蛋白质工程能定向改造蛋白质的分子结构，使之更加符合人类的需要
B、蛋白质工程是在分子水平上对蛋白质分子直接进行操作，定向改变分子结构
2、蛋白质工程的起点、实质、产物分别是什么？
3、蛋白质工程的操作手段是什么？实际上是改造什么？
4、蛋白质工程操作程序的基本思路与基因工程有什么不同?
个性笔记
班级：小组：姓名：评价：
5、蛋白质工程与基因工程的主要区别？联系又是什么呢？
6、基因工程和蛋白质工程的比较
基因工程
蛋白质工程
操作环境（场所）
操作核心
可以通过人工合成的方法获取或基因的定点诱变技术来改变。
操作起点
基本过程
实质
结果
典型例题：
以下关于蛋白质工程的说法正确的是
A．蛋白质工程以基因工程为基础B．蛋白质工程就是酶工程的延伸
C．蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D．蛋白质工程只能生产天然的蛋白质
能பைடு நூலகம்提升：
1、蛋白质工程的实质是（）
A、改变氨基酸结构B、改造蛋白质结构C、改变肽链结构D、改造基因结构
(2)、确定目的基因的碱基序列后，怎样才能合成或改造目的基因（DNA）？
【课后反思】
答案
1、D 2、A 3、B 4、C5、A6、B
10由于上述氨基酸序列中有几个氨基酸是由多个三联密码子编码,因此其碱基排列组合起来就比较复杂,至少可以排列出16种。同学们可以根据学过的排列组合知识自己排列一下。首先应该根据三联密码子推出mRNA序列为GCU（或C或A或G）UGGAAA（或G）AUGUUU（或C），再根据碱基互补配对规律推出脱氧核苷酸序列：CGA（或G或T或C）ACCTTT（或C）TACAAA（或G）。
2、基因工程的实质是（）
A、基因重组B、基因突变C、产生新的蛋白质D、产生新的基因
3、科学家将β干扰素基因进行定点突变导入大肠杆菌表达，使干扰素第17位的半胱氨酸改变成丝氨酸，结果大大提高β-干扰素的抗病性活性，并且提高了储存稳定性，该生物技术为（）
A、基因工程B、蛋白质工程C、基因突变D、细胞工程
利用_________对_________或直接对蛋白质进行有目的的改造，从而创造出。蛋门质工程也被称为_________。
2．蛋白质工程的分子设计分三类：
一是小范围改造，就是对已知结构的蛋白质进行___ ____，从而改善蛋白质的性质和功能；二是对_________，期望转移相应的功能；三是蛋白质从头设计，从_________出发，设计制造出自然界不存在的全新蛋白质，使之具有特定的______。
C、蛋白质工程能产生出自然界中不曾存在过的新型蛋白质分子
D、蛋白质工程又称为第二代基因工程
7、某多肽链的一段氨基酸序列是：……-丙氨酸-色氨酸-赖氨酸-甲硫氨酸-苯丙氨酸-
丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG色氨酸：UGG赖氨酸：AAA、AAG
甲硫氨酸：AUG苯丙氨酸：UUU、UUC
(1)、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。
高二生物导学案
编号：cq14sw-3课型：理科新授编制人：梁丽娟年级主任：刘鹏时间:2月29日
《蛋白质工程》
【学习目标】
1、描述蛋白质工程的含义。
2、举例说出速效胰岛素制剂生产过程。
3、简述蛋白质工程的基本原理和应用前景。
【独学】
一、蛋白质的分子设计：
1．蛋白质工程的概念：根据_________和_________之间的关系，按照人类自身的需要，