蛋白质工程1

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。它利用基因工程手段，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重复构象。

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、在空间结构上能够辨认的、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。

10.β-α-β模体:是序列上连续、相邻的两股平行β链和一段α螺旋连接而形成的组合。

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，包括主链、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相互作用。

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主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于另一个碳原子的两个取代基之间。

16.旋转异构体：大多数氨基酸残基的侧链都有一种或少数几种交错构象作为优势构象最经常出现在天然蛋白质中，称旋转异构体。

17.肽键：由一个氨基酸的α-COOH 与另一个氨基酸的α-NH2脱水缩合形成的共价键（或酰胺键）。肽键具有局部双键性质，其键长比一般的C-N单键短，因此肽键不能旋转。肽键有反式(trans)和顺式(cis)两种构型。

18.肽：通过肽键将氨基酸连接在一起而形成的链状化合物。

19.构型：是一个分子中原子的特定空间排布。当一种构型改变为另一种构型时必须有共价键的断裂和重新形成。

20.构象：是组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空间排布。

21.肽单位：由于肽键具有部分双键性质，肽键连接的基团处于同一平面，具有确定的键长和键角，是多肽链中的刚性结构，称为肽单位（或肽平面）。

22.多肽主链：有序连接的肽单位就是多肽链的主链。

23.扭角：由4个原子(或基团)组成的系统投影在与B-C键正交的平面上，A-B键投影与C-D键投影之间的夹角称为扭角。（这个角度也可视为A-B-C决定的平面与B-C-D决定的平面间的夹角，故也称为双面角）

24.拉氏构象图：Ramachandran根据蛋白质中非键合原子间的最小接触距离,确定了哪些成对二面角（φ，ψ）所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的,哪些是不允许的,并且以φ为横坐标,以ψ为纵坐标,在坐标图上标出,该坐标图称拉氏构象图。

25.偶极子：大小相等符号相反的两个电荷组成的体系。

26.偶极矩（μ）：正、负电荷中心间的距离（r）和电荷中心所带电量(q)的乘积。μ=r×q。它是一个矢量，方向规定为从正电中心指向负电中心。

27.疏水内核：是指蛋白质分子内部的疏水侧链紧密堆积而构成的疏水区域。

28.疏水作用：是指蛋白质疏水基团彼此靠近、聚集，以避开水的现象。

29.β层:两条或多条伸展的β链侧向聚集，通过相邻肽链主链上的N-H与C=O之间有规则的氢键连接形成的锯齿状片层结构。

30.混合型β层:即一部分以平行方式排布，而另一部分以反平行方式排布。 31.环肽链：在蛋白质的三维结构中，连接相对刚性的α螺旋和β层组合的环状肽链，称环肽链(loop)。环肽链常具有相当不同的长度和形貌（即构象的灵恬性），并具有较大的构象柔性。是蛋白质结构的另一类基本组件。回折结构的基本特征是使其所连接的肽链发生180°的急转弯。

32.β转折：是由4个氨基酸残基[i～(i+3)]顺序连接的，使肽链弯折180°的特殊构象。

33.γ转折：由三个氨基酸残基构成的，使肽链弯折180°的构象。

34.β发夹：通过一段短的环链将两条相邻的β链连接在一起的结构，称为β发夹或发夹结构。

35.β-α-β模体：是序列上连续、相邻的两股平行β链和一段α螺旋连接而形成的组合。

蛋白质折叠：体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有特征三维结构的活性蛋白质的过程。

36.分子伴侣：是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠、组装成为具有特定空间结构和生物活性功能的蛋白质，而本身不作为最终功能蛋白分子组成成分的分子。

37.同源蛋白：是指不同生物体中表现功能相同或相似，在序列上具有显著相似性的两个蛋白质。

38.“EF”手”：在小白蛋白的结构中，钙与HTH模体的结合方式与右手三指握球相似，构成模体的两段螺旋在整体结构中命名为E和F，故这一模体也称为“EF手”。

39.遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与多肽链中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。

40.密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷酸编码多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。

41.基因：含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。即产生一条多肽链或功能RNA（rRNA、mRNA等）所必需的全部核苷酸序列。

42.蛋白质折叠:体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有特征三维结构的活性蛋白质的过程。

43.蛋白折叠的动力学说：在蛋白折叠途径中存在着某个或某些能垒，阻碍蛋白最稳定分子构象的获得，从而使得蛋白质结构处在某种亚稳态。

44.在蛋白质正确折叠中最常出现的障碍：①中间体通过外露疏水基团的聚合②不正确二硫键的形成③脯氨酸残基的异构化

45.折叠中间体：在蛋白质从变性态折叠成天然态的过程中，通常要经历若干个中间的分子构象状态，即蛋白折叠中间体，也叫做部分折叠态。熔球态是折叠的中间体，疏水侧链内埋是重要驱动力。

46.熔球体：在折叠途径中第一个可观测的中间体就是从柔性无序的未折叠多肽链卷折成局部有组织的球状态，称为熔球体。

47.蛋白质分子设计：为了获得具有特定功能的蛋白质，在分子水平上对蛋白质的结构进行改造，甚至构建具有特定结构的蛋白质。

48.分子病：由于遗传基因突变导致蛋白质分子一级结构中的某些氨基酸残基被更换所造成的一种遗传病。

49.突变的加和性原则：分子中多重突变的效应等于单一突变效应之和。

50.分子剪裁：指在对天然蛋白质的改造中替换1个肽段或1个结构域。

51.最小化途径：把全新蛋白质设计的复杂性简化为几个涉及天然蛋白稳定性的关键特征，然后优化这些特征。

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二、填空：

1.1985 年 Wells 证明若用其它氨基酸取代枯草杆菌蛋白酶中 222 位的 Met（甲硫氨酸），可以提高酶的氧化稳定性而保持高催化活性。

2.将枯草杆菌蛋白酶中与酶活性部位有关的218位的Asn（天冬酰胺）变成Ser（丝氨酸），则酶在65℃的稳定性显著增加。

3.酶的特性：高效性、专一性、反应条件温和、可调控性、辅因子的作用。 4.稳定蛋白质空间构象的主要因素：蛋白质分子众多基团间的相互作用。

5.蛋白质特定的空间构象由蛋白质一级结构中某一个或某一段氨基酸序列决定。

6.氨基酸是蛋白质结构的化学基本组件。

7.具有独特的三维结构是功能蛋白质分子最基本的属性。氨基酸是蛋白质结构的化学基本组件。

8.蛋白质分子结构的基本建筑模块是肽单位和侧链基团。

9.拉氏构象图一直广泛用于鉴定实验测定的和计算机模型建造的各种蛋白质结构的合理性。

10.蛋白质工程的基本困难是:从预期结构到适配序列

11.肽酰脯氨酰异构酶可以催化提高脯氨酸肽键异构化过程的速率，使折叠得以顺利进行。

12.“对位排列”是一种比较序列相似性的方法。衡量序列相似性的指标有“一致性百分数”、“相似性分值”、“概率分值”。

13.分子伴侣可以结合未折叠的、部分折叠和折叠不正确的蛋白质。

14.蛋白质纯度的鉴定通常采用物理化学的方法，如电泳法、超速离心沉降法、层析法、分光光度法等。

15.蛋白质的分子设计包括：对已有蛋白质的分子改造，亦称蛋白质的理性设计（或改造）；设计尚未在自然界中发现的、具有全新结构和功能的蛋白质，亦称蛋白质的从头设计。

16.抗体的可变结构域可以分为超变区或称互补性决定区（CDRs）和变化性较少的骨架区，而与抗原的结合是由超变区决定的。

17.自然界唯一用于交叉连接的方法是二硫键.

18.线性肽折叠形成独特三维结构的主要障碍：构象熵。需要精心设计一系列的相互作用才能稳定其结构。

19.组合库设计应考虑的两个问题是：①核心问题：埋藏疏水部分，优化疏水核。②优化二级结构单元间的界面。

20.基因突变分为：①定位突变（或位点特异性突变）②随机突变。

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三、简答：

1.蛋白质工程研究的主要内容:（1）利用已知蛋白质一级结构的信息作应用研究。（2）从混杂变异体库中筛选和选择具有一定结构—功能关系的蛋白质。（3）定量蛋白质结构与功能关系的研究。（4）根据已知结构—功能的关系人工改造蛋白质。该部分的主要研究内容：①通过改变蛋白质的活性部位，提高其生物功效及独立工作的能力。②通过改变蛋白质的结构顺序，提高其在极端条件（如酸、碱、热等）下的稳定性。③通过改变蛋白质的结构顺序使其便于分离纯化。

2.妨碍酶开发利用的主要因素：⑴酶含量甚少，传统方法分离纯化酶蛋白的成本太高；⑵酶蛋白分子结构的稳定性差；（过酸、过碱、高温、氧化等因素均可破坏其结构，使其丧失生物活性，因而在工业加工条件下，酶的半衰期短，利用率较低）。⑶酶催化活性的最适pH值及底物专一性的范围较窄，与工业应用的要求有较大差距。

3.人源化抗体不再被人的免疫系统视为外源蛋白，由此消除人抗鼠抗体反应。作用：能支持人的效应器功能；在血浆中有较长的半寿期；降低了抗体的免疫原性。

4.试述蛋白质工程的应用：（一）研究蛋白质结构与功能的关系（二）改变蛋白质的特性：①改变酶的特性；②改变蛋白质的活性（三）生产蛋白质和多肽类活性物质：⑴提高酶的产量和创造新型酶蛋白质工程技术的兴起，为创建新型酶、改变酶的生理特性提供了强有力的工具。⑵设计和研制新型抗体⑶设计和研制多肽及蛋白质类药物（四）设计合成全新蛋白质：蛋白质结构、功能的设计和预测