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蛋白质工程的概念原理步骤蛋白质工程是一种利用基因工程和蛋白质化学技术对蛋白质进行设计、改造和优化的方法。
蛋白质工程的目的是创造新的功能蛋白质或改进已有蛋白质的性能。
下面将介绍蛋白质工程的概念、原理和步骤。
一、蛋白质工程的概念蛋白质工程是一种科学技术，通过改变蛋白质的结构、功能和性能，创造出具有特定功能的新型蛋白质。
蛋白质工程的技术手段主要包括重组蛋白技术、合成蛋白技术和改造蛋白技术等。
蛋白质工程的基本原理是基于对蛋白质结构与功能的深入研究，通过改变蛋白质的氨基酸序列，对蛋白质进行设计、改造和优化，从而实现蛋白质性能的改进和新功能的创造。
二、蛋白质工程的原理蛋白质工程基于对蛋白质的分子结构和生物学功能的深入了解，通过蛋白质的DNA重组、氨基酸序列改变、蛋白质结构预测和模拟等技术手段，对蛋白质进行设计和改造，并通过生物表达、纯化和鉴定等实验手段验证蛋白质性能的改进和新功能的创造。
蛋白质工程的原理主要包括以下几个方面：1. 分子结构与功能的了解：对蛋白质的结构和功能进行深入的研究，包括蛋白质的三维结构、结构域、结构基元、功能位点等。
2. DNA重组技术：通过DNA重组技术，将感兴趣的蛋白质基因与载体进行重组，构建蛋白质表达系统。
这样可以实现对蛋白质氨基酸序列的设计和改变。
3. 氨基酸序列的改变：通过改变蛋白质的氨基酸序列，可以增加、删除或替换氨基酸，从而改变蛋白质的结构和功能。
可以通过点突变、基因片段的插入或删除、全基因组的设计等方式来进行改变。
4. 蛋白质结构预测和建模：通过软件工具和算法，对蛋白质的结构进行预测和模拟。
这能够帮助我们对蛋白质进行结构优化和预测性能变化。
5. 生物表达与鉴定：通过重组蛋白的表达、纯化和鉴定，验证蛋白质工程的效果。
通过比较重组蛋白与野生型蛋白的性能差异，评估蛋白质工程的成功与否。
三、蛋白质工程的步骤蛋白质工程的步骤主要包括以下几个方面：1. 确定研究目标：明确研究的目的和所要改进或创新的蛋白质性能。
蛋白质工程介绍如何通过蛋白质工程改善蛋白质的性质和功能蛋白质工程是一门旨在通过改变蛋白质的结构和功能来满足特定需求的科学领域。
通过蛋白质工程，可以改善蛋白质的性质和功能，从而应用于生物医药、工业生产等领域。
本文将介绍蛋白质工程的原理和方法，以及其在蛋白质性质和功能改善方面的应用。
一、蛋白质工程的原理和方法1.1 定点突变定点突变是蛋白质工程中常用的方法之一，通过人为改变蛋白质的氨基酸序列，使其具备新的性质和功能。
这种方法可以通过DNA重组技术来实现，即将目标蛋白质的编码基因进行特定修改，以获取所需的突变蛋白质。
1.2 蛋白质重组蛋白质重组是通过将目标蛋白质的基因导入到其他生物表达系统（如细菌、酵母、昆虫细胞或哺乳动物细胞）中，利用其表达和大规模生产能力来制备目标蛋白质。
这种方法可以通过调节表达系统的条件来改善蛋白质的产量和纯度，从而实现对蛋白质性质和功能的调控。
1.3 结构改造结构改造是指通过人工设计和改变蛋白质的三维结构，从而改变其性质和功能。
这种方法可以通过模拟计算、蛋白质折叠和细胞内修饰等方式来实现。
结构改造可以使蛋白质具备新的结构域或功能模块，从而扩展其应用领域。
二、蛋白质工程对蛋白质性质和功能的改善2.1 增强稳定性蛋白质工程可以改变蛋白质的结构，从而增强其在不同环境条件下的稳定性。
例如，通过定点突变或结构改造，可以增加蛋白质的热稳定性或耐酸碱性，使其更适用于工业生产或医药应用中。
2.2 改善特异性蛋白质工程还可以改善蛋白质的特异性，使其更加准确地与目标分子结合。
通过定点突变或结构改造，可以调控蛋白质与底物或配体的亲和力，从而实现对特定分子的选择性识别。
2.3 提高活性蛋白质工程可以通过改变蛋白质的结构和氨基酸序列，提高其生物活性和催化能力。
例如，通过定点突变或结构改造，可以增加酶的催化效率、选择性和稳定性，从而推动相关生物反应的进行。
2.4 扩展功能蛋白质工程可以通过改变蛋白质的结构和功能模块，赋予其新的功能。
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。
蛋白质工程含义1.蛋白质工程：蛋白质工程是一门高级分子生物学技术，它涉及许多方面，包括蛋白质的结构、生物化学和功能、蛋白质的设计、合成、表达和表征。
蛋白质工程可以通过改变蛋白质的结构和功能实现对其作用的调控。
有了蛋白质工程的发展，研究人员可以以更简单、更快、更准确的方式来设计和合成新的蛋白质，从而更好地利用生物体的基因组。
2.蛋白质工程的设计：蛋白质工程设计包括两个主要部分：蛋白质结构设计和蛋白质功能设计。
蛋白质结构设计是指人工设计和合成新的蛋白质结构，使其最适合该蛋白质的应用领域；蛋白质功能设计是指根据特定应用的要求，改变蛋白质的结构和特性，实现蛋白质的功能调控。
3.蛋白质工程的表达：蛋白质工程表达是指将新设计的蛋白质通过受试生物系统表达出来，以便对蛋白质结构和功能进行测试。
常用的受试生物可以是真核生物，如果你要进行后续研究，可以有人工合成的抗原，也可以有哺乳动物的基因组评价、基因组修饰或基因编辑等等，这些都是受试生物系统的表达。
4.蛋白质工程的表征：蛋白质工程的表征是指对蛋白质进行性状分析，具体包括测量蛋白质的纯度水平、分子量、细胞表达量、子实验和域结构等等，这些特性都都受到设计、表达、纯化和亲和结构等因素的影响，有助于充分理解蛋白质的性质，并有助于新型蛋白质药物的开发。
5.蛋白质工程的应用：蛋白质工程技术广泛应用于生物技术领域，它可以用于调控抗原的表达、发现新函数的蛋白质、改善蛋白质的特性、开发新的抗体药物、基因疗法的发现和分子诊断等，都有助于改善健康水平，提高人类生活质量。
由于蛋白质工程的应用越来越广泛，它已经成为生物技术的重要组成部分，并逐步在医学领域、农业生物技术领域以及环境污染控制领域取得了巨大成就。
蛋白质工程名词解释
蛋白质工程是一门应用生物技术和分子生物学原理，通过对蛋白质的基因序列进行改变和重新组合，来设计和制造具备新功能或改良功能的蛋白质的领域。
在蛋白质工程中，用于改变蛋白质的基因序列的方法包括基因突变、插入或删除特定基因片段、以及不同蛋白质之间的基因互换。
这些方法旨在改变蛋白质的结构和功能，以满足特定的应用需求。
蛋白质工程的应用范围广泛。
例如，在医药领域，蛋白质工程可以用来改良药物的效力和安全性，设计更有效的抗生素或抗癌药物，甚至用于生产重组蛋白质药物。
在农业领域，蛋白质工程可以用于改良农作物的抗病能力和适应性，提高农作物的产量和品质。
此外，蛋白质工程在工业生产中也起着重要作用，如开发新型生物催化剂、生产工艺中的酶和蛋白质纳米材料等。
蛋白质工程的发展对科学研究和应用领域带来了巨大的潜力。
通过对蛋白质结构和功能的了解，科学家能够精确地设计和构建具有特定性能和特征的蛋白质，以满足不同领域的需求。
总之，蛋白质工程是一门迅速发展的科学领域，其研究和应用有助于创造出更加智能和高效的生物技术产品，并在医药、农业和工业等领域做出贡献。
蛋白质工程详细介绍蛋白质工程的方法和应用蛋白质工程详细介绍蛋白质工程是一种利用分子生物学和蛋白质化学的方法，对蛋白质进行定向的修饰和改造，以获得理想的蛋白质产物。
它的发展为生物药物研发和产业化提供了重要的技术支持，也为基因工程、农业生物技术等领域的发展带来了巨大的机遇。
本文将详细介绍蛋白质工程的方法和应用。
一、蛋白质工程的方法蛋白质工程的方法包括：1. 重组蛋白质表达系统：通过将目标蛋白质基因导入到适当的宿主细胞中，利用细胞的代谢途径合成目标蛋白质。
2. DNA重组技术：改变目标蛋白质的基因序列，以改变其结构和功能。
3. 非天然氨基酸插入：在蛋白质序列中插入非天然的氨基酸，改变蛋白质的性质。
4. 点突变：通过改变蛋白质特定氨基酸的编码，改变蛋白质的结构和功能。
5. 蛋白质折叠机理研究：通过研究蛋白质的二级、三级结构以及其折叠机理，为蛋白质工程提供理论基础。
二、蛋白质工程的应用蛋白质工程在许多领域有着广泛的应用，下面将介绍其中几个主要方面。
1. 生物药物蛋白质工程为生物药物的研发和产业化提供了关键技术。
通过工程改造，可以改善生物药物的稳定性、生物活性和药效持续时间等性质，提高其疗效和安全性。
蛋白质工程还可以生产重组蛋白、抗体和疫苗等生物药物，为疾病治疗提供新的手段。
2. 农业生物技术蛋白质工程在农业生物技术领域的应用主要包括转基因植物和转基因动物的产生。
通过引入外源基因，可以使植物和动物表达陌生蛋白，以改善农业产量、品质和抗逆性等特性。
蛋白质工程还可以改善植物和动物的饲料价值，提高畜禽养殖的效益。
3. 工业酶蛋白质工程在酶工业生产中有着重要的应用。
通过工程修饰，可以提高酶的催化效率、热稳定性和耐受性，从而降低生产成本，提高工业酶的使用效果。
蛋白质工程还可以创造新的工业酶，满足不同生产过程中对酶的需求。
4. 蛋白质结构与功能研究蛋白质工程在研究蛋白质结构和功能方面起到至关重要的作用。
通过蛋白质工程技术，可以合成具有特定功能的人工蛋白，深入研究蛋白质的结构与功能之间的关系。
蛋白质工程流程一、蛋白质工程概述蛋白质工程是指通过基因重组技术对目标蛋白质进行改造，以获得更好的性能和功能。
其主要应用于制药、食品、化妆品等领域。
二、蛋白质工程流程1.目标蛋白质的选择首先需要确定目标蛋白质的种类和来源。
一般来说，目标蛋白质应具有重要的生物学功能或商业价值，并且能够通过基因克隆技术进行表达。
2.基因克隆将目标蛋白质的基因进行克隆，并将其插入到表达载体中。
表达载体通常包括启动子、转录终止子和选择标记等元件，以确保基因在宿主细胞中得到高效表达。
3.转染宿主细胞将表达载体导入到宿主细胞中，使其能够进行表达。
常用的宿主细胞包括大肠杆菌、酵母菌和哺乳动物细胞等。
4.筛选与优化通过筛选和优化，确定最佳条件下目标蛋白质的表达和产量。
常用的筛选方法包括SDS-PAGE、Western blot和ELISA等。
5.纯化与结构分析将表达的目标蛋白质进行纯化，并进行结构分析。
常用的纯化方法包括柱层析、凝胶过滤和亲和层析等。
6.改造与重组通过改造和重组，对目标蛋白质进行改良，以获得更好的性能和功能。
常用的改造方法包括点突变、插入、删除和替换等。
三、蛋白质工程中需要考虑的因素1.基因优化在进行基因克隆时，需要对目标蛋白质的基因进行优化，以提高其表达效率和产量。
2.宿主细胞选择选择合适的宿主细胞是获得高效表达目标蛋白质的关键。
不同类型的宿主细胞具有不同的特点和限制，需要根据具体情况进行选择。
3.表达条件调节调节表达条件对于提高目标蛋白质产量和纯度非常重要。
常见的调节方法包括温度、pH值、营养物质浓度等。
4.纯化条件优化在进行目标蛋白质纯化时，需要根据其特点和性质进行选择合适的纯化方法和条件。
常见的纯化方法包括柱层析、凝胶过滤和亲和层析等。
四、蛋白质工程的应用1.制药领域通过蛋白质工程技术，可以生产出更安全、更有效的药物。
例如，利用基因重组技术生产人源化抗体药物。
2.食品领域蛋白质工程技术可以用于改良食品中的蛋白质，使其具有更好的营养价值和口感。
蛋白质工程概念
蛋白质工程是一种利用现有蛋白质结构及功能的基础上，通过改变其氨基酸序列、引入新的功能基团或者构建新的蛋白质结构，以设计和生产具有特定功能的蛋白质的科学技术。
它涉及到对蛋白质的理解、改造和优化，旨在开发出具有高效率、高特异性和高稳定性的蛋白质产物。
蛋白质工程的主要目的是通过对蛋白质结构和功能的改变，使其具备新的性质和功能。
这些新的性质和功能可以包括增强酶活性、改善抗原性或药物亲和性、提高蛋白质的稳定性和可溶性等。
蛋白质工程在生物医药领域具有广泛的应用，比如用于开发新型药物、治疗癌症、设计新的酶催化反应等。
蛋白质工程的方法主要包括定向进化、理性设计和随机设计等。
其中定向进化是一种通过模拟自然界的进化过程，通过引入随机变异和筛选优胜劣汰的方法，逐步筛选出具有目标性能的蛋白质。
理性设计是一种通过对蛋白质结构和功能的深入理解，有针对性地进行氨基酸序列的改变，以实现特定的蛋白质性质改造。
随机设计是一种通过随机引入氨基酸变异的方法，以获得新的蛋白质序列，从而创造出新的蛋白质结构和功能。
蛋白质工程的发展对于提高生物技术和生物医学领域的研究和应用具有重要意义。
它不仅为开发新药物和生物材料提供了新的途径，还为研究蛋白质的结构和功能以及理解生物过程提供了有力的工具。
蛋白质工程的概念高中生物
蛋白质工程是指利用生物技术手段对蛋白质进行改造或设计，以满足特定需求的过程。
在高中生物课程中，通常会涉及到基本的概念和应用。
具体来说，蛋白质工程可以包括以下内容：
1.蛋白质的结构与功能：学习蛋白质的基本结构，了解蛋
白质在细胞中的重要作用，如酶的催化作用、结构蛋白的支持作用等。
2.基因工程：了解基因工程技术，包括DNA重组技术和
基因克隆等，这些技术可以被用来改造蛋白质的编码基因，从而改变蛋白质的性质。
3.重组蛋白的生产：学习如何利用重组DNA技术来大规
模生产重组蛋白，例如利用大肠杆菌或其他微生物表达系统来生产人类重组胰岛素等药物。
4.蛋白质结构预测与设计：了解一些基本的蛋白质结构预
测方法，以及蛋白质设计的基本原理，例如通过蛋白质工程设计出新的酶类催化剂或药物分子。
总的来说，蛋白质工程是一门涉及生物技术和生物化学的学科，涉及到对蛋白质的理解、改造和应用。
在高中生物课程中，可以简要介绍这些基本概念，并引导学生对蛋白质工程的潜在应用进行思考。
一、蛋白质工程1、蛋白质工程的概念利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。
途径：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→推测应有的氨基酸序列→找到相对应的脱氧核苷酸（基因）2、蛋白质工程的研究内容a.蛋白质结构分析蛋白质工程的核心内容之一就是收集大量的蛋白质分子结构的信息，以便建立结构与功能之间关系的数据库，为蛋白质结构与功能之间关系的理论研究奠定基础。
三维空间结构的测定是验证蛋白质设计的假设即证明是新结构改变了原有生物功能的必需手段。
晶体学的技术在确定蛋白质结构方面有了很大发展，但是最明显的不足是需要分离出足够量的纯蛋白质（几毫克～几十毫克），制备出单晶体，然后再进行繁杂的数据收集、计算和分析。
另外，蛋白质的晶体状态与自然状态也不尽相同，在分析的时候要考虑到这个问题。
核磁共振技术可以分析液态下的肽链结构，这种方法绕过了结晶、X－射线衍射成像分析等难点，直接分析自然状态下的蛋白质的结构。
现代核磁共振技术已经从一维发展到三维，在计算机的辅助下，可以有效地分析并直接模拟出蛋白质的空间结构、蛋白质与辅基和底物结合的情况以及酶催化的动态机理。
从某种意义上讲，核磁共振可以更有效地分析蛋白质的突变。
国外有许多研究机构正在致力于研究蛋白质与核酸、酶抑制剂与蛋白质的结合情况，以开发具有高度专一性的药用蛋白质。
b. 结构、功能的设计和预测根据对天然蛋白质结构与功能分析建立起来的数据库里的数据，可以预测一定氨基酸序列肽链空间结构和生物功能；反之也可以根据特定的生物功能，设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构。
通过基因重组等实验可以直接考察分析结构与功能之间的关系；也可以通过分子动力学、分子热力学等，根据能量最低、同一位置不能同时存在两个原子等基本原则分析计算蛋白质分子的立体结构和生物功能。
虽然这方面的工作尚在起步阶段，但可预见将来能建立一套完整的理论来解释结构与功能之间的关系，用以设计、预测蛋白质的结构和功能。
蛋白质工程的原理
蛋白质工程是一种利用基因重组技术对蛋白质进行改造和设计的方法。
其原理包括以下几个方面：
1. 基因克隆：选择目标蛋白质的基因，在合适的载体上进行克隆。
常用的载体有质粒和病毒等，它们可以在宿主细胞中复制和表达目标基因。
2. 引入突变：通过全合成基因或PCR等方法，在目标基因中引入特定的突变。
这些突变可以是单个氨基酸的改变，也可以是插入、缺失或重排整个蛋白质结构的改变。
突变可以改变蛋白质的结构、功能以及稳定性。
3. 序列设计：根据对蛋白质结构和功能的了解，有针对性地进行序列设计。
通过引入新的功能序列、去除无关的序列或改变序列的排列顺序，来获得具有特定性质的蛋白质。
4. 结构模拟和优化：利用计算机辅助设计等方法，对蛋白质的三维结构进行模拟和优化。
通过调整氨基酸的侧链构象，优化蛋白质的折叠能量，使其具有更好的稳定性和功能。
5. 表达与纯化：将设计好的基因导入到合适的宿主细胞中，使其表达蛋白质。
通过细胞培养和蛋白质纯化技术，从大量表达的细胞中获取目标蛋白质。
6. 功能分析：对工程的蛋白质进行分析，确定其功能是否发生改变。
通过比较工程蛋白与野生型蛋白的特性差异，验证蛋白
质工程的效果。
蛋白质工程的目标是通过改变蛋白质的结构和功能，使其具有更广泛的应用领域，如药物研发、酶工程和生物材料等。
该技术的发展不仅为科学研究提供了强大工具，也为解决一系列生物医学和生物工程问题提供了新的可能性。
6 蛋白质工程学习目的：①初步了解蛋白质结构、以及蛋白质分子设计和蛋白质修饰和表达等的基本原理。
②了解如何利用蛋白质工程技术和其他相关技术获得更加符合人类需求且比天然蛋白质更优良的蛋白质，20世纪60年代初，随着生物化学和分子生物学的发展和延伸，人们对生物的遗传物质——DNA结构与功能已经有了比较清楚的认识。
1972年，美国斯坦福大学Berg成功地实现了DNA重组实验，从此揭开了基因工程发展的序幕，并逐步形成了以基因工程为核心内容，包括细胞工程、酶工程、发酵工程在内的一系列高新生物技术。
这些技术发展到今天，已经形成产业化并成为全球高科技领域发展的主流，广泛地应用于食品、医药、化工、农业、环保、能源、资源再利用和国防等许多部门与行业，并日益显示出不可估量的社会效益和经济效益，将为解决当前世界所面临的蛋白质缺乏、能源不足和高效医药品短缺等系列重大问题提供了基本保证和可行性技术。
20世纪80年代初，随着蛋白质晶体学和结构生物学的发展，人类可以通过对蛋白质结构与功能的了解，借助计算机辅助设计，利用基因定位诱变等高新技术改造基因，以达到改进蛋白质某些性质的目的。
这些技术的融合，促使了蛋白质工程这一新兴生物技术领域的诞生，为认识和改造蛋白质分子提供了强有力的手段。
1982年，Winter等首次报道了通过基因定位诱变获得改性的酪氨酸 tRNA合成酶；1983年，Ulmer 在《科学》杂志上发表了以"Protein Engineering"(蛋白质工程)为题的专论，这标志着人们能按自己的意愿创造出适合人类需求的新基因，并能表达出具有不同功能的蛋白质。
这是新一代的基因工程，因而蛋白质工程也被称为第二代基因工程。
蛋白质工程的基本内容和目的可以概括为：以蛋白质结构与功能为基础，通过化学和物理手段，对目标基因按预期设计进行修饰和改造，合成新的蛋白质；对现有的蛋白质加以定向改造、设计、构建和最终生产出比自然界存在的蛋白质功能更优良，更符合人类需求的功能蛋白质。
6．1 蛋白质结构基础．6.1.1 蛋白质结构的基本构件在自然界中，构成生命最基本的物质有蛋白质、核算、多糖和脂类等生物大分产，其中蛋白质最为重要，核酸则最为根本。
各种生物功能、生命现象和生理活动主往是通过蛋白质来实现的，因此蛋白质不仅是生物体的主要组分，更重要的是它与生命活动有着十分密切的关系。
在体内，蛋白质执行着酶催化作用，使新陈代谢能有序地进行，从而表现出各种生命的现象；通过激素的调节代谢作用，以确保动囱正常的生理活动；产生相应的抗体蛋白，使人和动物具有防御疾病和抵抗外界病原侵袭的免疫能力；构建成的各种生物膜，形成生物体内物质和信息交流的通路和能量转换的场所。
这一系列功能充分说明了蛋白质在生命活动中的重要作用，说明生命活动是不能离开蛋白质而存在的。
6．1．1．1 蛋白质的化学组成蛋白质在生命活动过程中之所以有如此重要作用，是由它自身的组成、结构、性质所决定的。
从动、植物细胞中提取出来的各种蛋白质，经元素分析，均含有碳、氢、氧、氮及少量的硫元素。
这些元素在蛋白质中多以大致一定的比例存在。
有些蛋白质还含有微量的过渡金属元素，例如：铁、锌、钼和镍等元素。
蛋白质经干燥后，其元素组成平均值约为：碳 50％～55％氢6．0％～7．0％氧 20％～23％氮 15％～17％硫0．3％～2．5％通常蛋白质的分子质量均在一万道尔顿以上，变化范围从10000到1 000000道尔顿，结构很复杂。
蛋白质易被酸、碱和蛋白酶催化水解成分子量大小不等的肽段和氨基酸，这一过程所获得的产物称为不完全水解或部分水解产物。
两个或两个以上氨基酸残基组成的片段称为肽。
生产上常把蛋白质不完全水解的产物按分子大小分别称为脉、胨、肽。
其实脉和胨仅用于表示分子量较大但不确定的多肽混合物。
短肽可以进一步被水解成氨基酸，并成为蛋白质水解的最小单位，是组成蛋白质的基本单位。
从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有20种。
除了脯氨酸外，所有的氨基酸均可用下式表示：R(NH2一CH--COOH)其中R代表侧链基团，不同氨基酸，R基团不同。
生物化学中，氨基酸的名称一般使用三字母的简写符号表示，有时也用单字母的简写符号表示。
这两套简写符号见于表6-1。
如按照。
a—氨基酸(a—氨基酸是指氨基处于与羧基相连的碳原子上)中侧链R基的极性性质，组成蛋白质的20种常见的氨基酸可分为以下四组：①非极性R基氨基酸，这一组中共有八种氨基酸，其中五种是带有脂肪烃的氨基酸，即丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和脯氨酸；两种芳香族氨基酸，即苯丙氨酸和色氨酸；一种含硫氨基酸，即甲硫氨酸(蛋氨酸)。
②不带电荷的极性R基氨基酸，这一组中有七种氨基酸，即甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。
③带正电荷的R基氨基酸，这一组氨基酸属于碱性氨基酸，即赖氨酸、精氨酸和组氨酸，在pH=7．0时，表现出正电荷特性。
④带负电荷的R基的酸性氨基酸有两种，即天冬氨酸和谷氨酸。
这两种氨基酸均含有两个羧基，在pH6～7范围内完全解离，因而表现出负电荷特性。
在蛋白质组成中，除了上述凹种常见的氨基酸外，从少数蛋白质中还分离出一些a-氨基酸，如二碘酪氨酸、甲状腺素、羟脯氨酸等。
6．1．1．2 氨基酸的物理性质o-氨基酸呈五色结晶，各有特殊晶型。
它们的熔点极高，一般在200～300℃左右。
氨基酸是以两性离子形式存在的。
由于各种氨基酸都具有特定的熔点，常用于定性鉴定。
由于氨基酸分子上含有氨基和羧基，它既可接受质子，又可以释放质子，因此氨基酸属于两性电解质物质。
每一种氨基酸都具有特定的等电点(p1)，如亮氨酸的pI为5．98，精氨酸为10．76，赖氨酸为9．74等。
各种氨基酸的等电点不同起因在于各种氨基酸分子上所含氨基、羧基等基团以及各种基团的解离程度不同所致的。
当溶液的pH小于某氨基酸的等电点时，则该氨基酸带正电荷，若溶液中pH大于某氨基酸的等电点时，则该氨基酸带负电荷。
因此，在同一PH条件下，各种氨基酸所带的电荷不同。
根据这一性质，就可以通过调节溶液的pH，使混合液中的各种氨基酸带上不同的电荷，再选用离子交换层析法或高压凝胶电泳技术把这些氨基酸混合物一一分开。
目前常用于分离混合氨基酸技术有纸上层析法、离子交换法、薄层层析法、高压液相色谱法、高压凝胶电泳法和毛细管电泳法等。
6。
1．1．3 蛋白质的一级结构蛋白质是由许多氨基酸按一定的排列顺序通过肽键相连而成的多肽链。
蛋白质的肽链结构成为蛋白质的化学结构，它包括氨基酸组成、肽链数目、末端组成、氨基酸排列顺序和二硫键位置等内容。
一个氨基酸的氨基与另一氨基酸的羧基缩合失去一分子水，形成酰胺键，这种氨基酸之间连接的酰胺键又称为肽键，一般由三个或三个以上的氨基酸残基组成的肽称为多肽。
下面为蛋白质中一段多肽链的模式结构，表示氨基酸之间的肽键(图6—1)。
通常书写多肽或蛋白质肽链结构时，总是把含有游离a-NH2的氨基酸一端写在左边，称为N端，用“H”表示；把含游离的 a-COOH的氨基酸一端写在右边，称为C端，用“OH”表示。
在自然界中，多数蛋白质分子并不是由简单的单条肽链组成，即使是由单链组成，也存在分支或成环状现象。
一般情况下，一个蛋白质分子中的肽链的数目应等于末端氨基残基的数目。
因此可根据末端残基的数目来确定一种蛋白质分子是由几条肽链构成。
如果已知某种蛋白质含有几条肽链，则必须设法先分开这些肽链，然后再测定每条肽链的氨基酸序列。
胰岛素分子由两条多肽链组成，分别称为A链和B链，两条肽链由两个二硫键连接起来，在A链内部还有一个二硫键，它将A链的第6和第11氨基酸残基连接起来。
A链和B链分别由21个和30个氨基酸残基组成(图6-2)。
从图中可看出，人与猪和牛的胰岛素组成存在着1～2个氨基酸残基的差异，如用后两种动物的胰岛素治疗人的糖尿病时，其药效比直接采用人胰岛素低。
这一现象说明了，每一种蛋白质的功能与它的肽链氨基酸序列和肽链构成的高级结构有着不可分割的联系。
从上述胰岛素分子结构可知蛋白质一级结构就是由许多氨基酸按照一定的排列顺序，通过肽键相连接而成的多肽链结构，每一种蛋白质的肽链的氨基酸都有一定的排列顺序。
蛋白质的一级结构是最基本的，它包含着决定蛋白质的高级结构的关键性因素。
6．1．2 蛋白质的高级结构蛋白质的分子结构可划分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构，这些结构由各种化学键组成。
蛋白质的分子构象又称为空间结构、高级结构、立体结构、三维结构等等，是指蛋白质分子中所有原子在三维空间中的摆布情况和规律。
图6—2 猪、牛和人胰岛素一级结构所谓蛋白质的二级结构是指多肽链主链骨架中的若干肽段，各自沿着某个轴盘旋或折叠，并以氢键维系，从而形成有规则的构象，如a—螺旋，β -折叠和β—转角等。
a—螺旋和β—折叠是蛋白质构象的重要单元。
二级结构不涉及氨基酸残基的侧链构象。
Paldi和Corny(1951年)用X—射线衍射技术研究多肽链的结构时，发现其中存在a—螺旋，肽链折叠成螺旋形状。
a—螺旋的螺距(pitch)5．4Å，螺旋每绕一圈 (360°)为3．8个氨基酸残基，每个重复单位沿螺旋轴上升1．5 Å (图6—3)。
β—折叠是一种肽链相对伸展的结构(图64)。
在这种结构模型中，肽链按层排列，在相邻的肽链之间形成氢键，得以巩固这种结构。
肽链的走向有正平行式和反平行式，正平行式即所有肽链的N末端都在同一端，如β-角蛋白。
反平行式即肽链的N端一顺一倒地排列，如丝心蛋白。
从能量角度考虑，反平行式更为稳定。
在天然蛋白质变性时，往往就包含a—螺旋向β-折叠的转变。
在自然界中，多数蛋白质的空间结构呈球状，它比纤维型蛋白质的结构要复杂得多。
球状蛋白不是简单地沿着一个轴有规律地重复排列，而是在三维空间中沿着多方向进行卷曲、折叠、盘绕而成的近似球形的结构。
这种在二级结构基础上的肽链再折叠，称为蛋白质的三级结构。
维持蛋白质构象的作用力有四种非共价键类型：①R基之间的氢键；②非极性R 基之间的疏水基相互作用(范德华引力);③ a-螺旋和β—折叠中的肽链内或肽链间的氢键；④带正负电荷的R基之间的离子键。
维持蛋白质的三级结构最重要的作用力是疏水键的相互作用。
从共价结构上看，亚基就是蛋白质分子的最小共价单位。
亚基一般是由一条多肽链组成的，但有的亚基也可以由几条多肽链组成，这些多肽链通常以二硫键相连接成为亚基。
由亚基聚合而成的蛋白质分子称为寡聚蛋白。
由亚基组成的寡聚蛋白结构被称为四级结构，侧重强调亚基之间的相互作用和空间排布情况。
由相同的亚基构成的四级结构，叫均一四级结构；由不同亚基组成的四级结构，叫非均一四级结构。
四级结构不是靠共价键结合的，维持四级结构的主要力靠疏水键，氢键、离子键和范德华引力也参与维持四级结构的稳定性，但是它们可能仅仅起到次要的作用。
