了得網研究生_蛋白質工程學

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蛋白質工程,高等學校教材

內容簡介

蛋白質工程是蛋白質基礎理論研究與工程應用的結合，《蛋白質工程》以工科思想為指導來構建《蛋白質工程》基本框架和體繫，分三個層次闡述：蛋白質生物學基礎理論、蛋白質工程技術理論、蛋白質工程方法與技術。內容上強化蛋白質工程的工藝過程，在注重工藝原理運用與產物生產過程的完整性中，加強和體現了蛋白質生產工藝的先進性。《蛋白質工程》包括大量科研及生產案例，力求使讀者更好地理解本學科的內容。

目錄
前言
**章緒論 1
**節蛋白質工程概論 1
一、蛋白質工程的內涵 1
二、廣義蛋白質工程 2
三、狹義蛋白質工程 3
四、蛋白質工程學與其他學科的關繫 4
第二節蛋白質工程的功能與研究內容 5
一、功能 5
二、研究內容 6
第三節歷史的回顧與應用研究進展 8
一、從多肽開始 9
二、在基因水平操作 9
三、在生化水平擴展 10
第四節蛋白質工程的主要成就 10
一、普遍性應用 10
二、產品的多樣性 12
思考題 13
參考文獻 14
第二章蛋白質的結構 15
**節蛋白質的初級結構 15
一、蛋白質的一級結構 15
二、蛋白質原子構成與作用 16
三、蛋白質氨基酸構成與作用 16
第二節蛋白質的高級結構 18
一、蛋白質結構的層次性 18
二、蛋白質構像的多樣性 18
三、蛋白質的二級結構 19
四、蛋白質的超二級結構和結構域 20
五、蛋白質的三級結構和四級結構 23
六、蛋白質初級結構與高級結構的關繫 25
第三節蛋白質結構生物學研究進程 26
一、兩個黃金時代 26
二、膜蛋白的挑戰 27
三、特殊問題 27
思考題 27
參考文獻 27
第三章工業蛋白質種類與功能特性 29
**節概述 29
一、工業蛋白質的發展史 29
二、工業蛋白質的定義 30
第二節工業蛋白質的種類 30
一、植物蛋白質 30
二、動物蛋白質 31
第三節蛋白質的理化特性 33
一、溶解性 33
二、水合能力 35
三、乳化性 37
四、起泡性 38
五、黏度 38
六、凝膠性 39
七、組織形成性 39
八、風味結合性 40
第四節工業蛋白質的生產特性與要求 40
一、工業蛋白質的生產特性 40
二、特性的形成與決定 40
三、生產上對蛋白質特性的要求 41
四、蛋白質功能特性與結構的關繫 41
思考題 43
參考文獻 44
第四章工業蛋白質改性加工方法與利用途徑 45
**節蛋白質改性的原理與目的 45
一、蛋白質改性的原理 45
二、蛋白質改性的目的 45
第二節蛋白質改性的途徑與方法 47
一、蛋白質改性的途徑 47
二、蛋白質改良的方法 47
第三節改性的限制因素 58
一、產品安全性 58
二、產品功能特性的變化 58
三、營養損失 58
四、生產費用 58
五、產品感官性質 58
第四節改性蛋白質的加工方法 59
一、加工程序 59
二、加工方法 59
第五節改性蛋白質的利用途徑 60
一、膠黏劑類 61
二、可食性薄膜 63
三、表面活性劑 64
四、可降解材料 64
五、控釋體繫 65
六、造紙業的濕強劑 66
七、蛋白質纖維和納米纖維 66
思考題 66
參考文獻 67
第五章蛋白質改性紡絲制膠制膜技術 68
**節絲素蛋白的改性技術 68
一、絲素蛋白改性的目的 68
二、蠶絲蛋白絲素肽的提取工藝技術和流程 69
三、改性的方法 70
第二節蛋白質改性紡織纖維技術 73
一、大豆蛋白質紡織纖維 73
二、絲素蛋白紡織纖維 75
第三節大豆蛋白質改性制膠技術 78
一、兩種原因 78
二、生產上對大豆蛋白質膠黏劑性能的要求 78
三、大豆蛋白質制膠的途徑 80
四、影響制膠的因素 81
五、應用 82
第四節膠原蛋白改性制膜技術 83
一、改性方法 84
二、改性前後膠原仿生膜的通透性 84
思考題 87
參考文獻 87
第六章蛋白抗體酶工程技術 88
**節概述 88
一、抗體的多樣性 88
二、抗體酶的產生 88
三、抗體酶的優點 89
第二節產生抗體酶的原理與方法 89
一、原理 89
二、方法 91
第三節用於產生抗體酶的抗體庫技術 94
一、PCR引物克隆 95
二、生物合成反應法 96
三、直接篩選法 97
第四節抗體酶活性部位的修飾 97
一、定點突變法 97
二、化學修飾法 98
第五節抗體酶的晶體結構 99
一、抗體酶1F7 99
二、抗體酶17E8 100
三、抗體酶48G7 100
第六節抗體酶研究新方法 101
一、半抗原設計方法 101
二、抗體催化的化學轉化範圍 102
三、挑戰與展望 105
第七節抗體酶的應用 106
一、抗體酶在有機合成中的應用 106
二、用於闡明化學反應機制的抗體酶 107
三、抗體酶在醫療上的應用 108
思考題 109
參考文獻 109
第七章蛋白質活性多肽與隨機序列多肽庫 110
**節蛋白質多肽的活性 110
一、生物活性肽 110
二、抗菌肽 113
三、金屬結合蛋白(肽) 114
第二節蛋白質酶水解物 116
一、肽酶的作用方式 116
二、蛋白質水解物的生理功能 117
三、蛋白質水解物的應用 117
第三節現代高通量篩選技術 118
一、宏基因組技術篩選 118
二、宏蛋白質組技術篩選 118
第四節多肽篩選的靶體 119
一、用單克隆抗體確定抗原表位 119
二、確定純化蛋白及其他分子的結合表位 119
三、酶作用底物分析 120
四、分析蛋白質-蛋白質相互作用界面關鍵位點圖譜 121
五、尋找大型功能蛋白的小分子模擬肽 121
六、分離與鋻定疾病特異抗原模擬肽 122
七、篩選細胞和器官特異肽 122
八、抑制病毒復制的多肽 123
第五節噬菌體表位隨機肽庫 125
一、絲狀噬菌體的形態結構 125
二、噬菌體表面展示技術原理 126
三、噬菌體表面展示繫統 128
四、建庫 129
五、噬菌體表位隨機肽庫的局限 132
第六節噬菌體表位隨機肽庫篩選 132
一、篩選的一般過程 132
二、篩選策略 133
三、篩選克隆的進一步分析 135
第七節其他方式展示肽庫 136
一、質粒肽庫 136
二、多核糖體展示肽庫 137
思考題 140
參考文獻 140
第八章酶的固定化技術 141
**節酶的固定化技術概述 141
一、固定化酶的發展史 141
二、固定化酶發展的動因與過程 141
三、酶固定化的定義 143
四、酶固定化技術的重要性 144
五、固定化酶的優缺點 145
第二節酶固定化的機制 145
一、酶分子與載體連接的功能基團 145
二、載體的選擇 146
三、偶聯反應 146
第三節酶固定化的方法 148
一、固定化方法分類 148
二、物理固定法 149
三、化學固定法 152
四、各種固定化酶特點的比較 154
第四節固定化酶載體材料與反應器 155
一、載體分類 155
二、對載體的要求 156
三、天然載體及改進 157
四、合適的固定化條件 157
五、固定化酶反應器 158
第五節固定化酶的形態與性質 158
一、固定化酶的形態 158
二、固定化酶的活力 159
三、固定化酶的穩定性 159
四、固定化對酶性質的影響 160
五、固定化酶的催化特征 161
第六節影響固定化酶酶促反應的主要因素 161
第七節固定化酶的應用 162
一、工業生產上的應用 162
二、醫藥方面的應用 163
三、化學分析方面的應用 163
四、環境保護方面的應用 164
五、新能源的開發 164
思考題 164
參考文獻 164
第九章蛋白質結晶技術 165
**節晶體生長機制 165
一、結晶推動力 165
二、溶液分相與結晶相圖 165
三、聚集與成簇 166
四、成核 166
五、晶體生長 167
六、場的作用 167
第二節結晶條件的篩選和結晶技術 169
一、影響蛋白質晶體生長的因素 169
二、蛋白質晶體的形成 170
第三節蛋白質晶體生長的方法 170
第四節蛋白質晶體的初步鋻定和挑選 172
思考題 172
參考文獻 173
第十章蛋白質工程酶 174
**節進化工程酶 174
一、分子育種 174
二、酶的體外定向進化 175
第二節模塊酶 187
一、模塊酶的概念 187
二、模塊酶的類型 187
第三節雜合酶 193
一、雜合酶的概念 193
二、構建雜合酶的方法 193
三、酶的**化 197
第四節蛋白質工程酶制備技術 200
一、定點突變 200
二、二級結構工程 207
三、活性部位工程 209
四、結構域工程 214
五、從頭設計酶 216
思考題 221
參考文獻 221
第十一章蛋白質組織工程 222
**節天然蛋白基水凝膠 223
一、形成原理、作用與影響因素 223
二、蛋白基水凝膠的類型 223
三、蛋白基水凝膠結構表征 230
第二節生物功能表面材料 231
一、生物材料表面與蛋白質、細胞之間的關繫 231
二、生物表面材料的構築 234
三、組織工程中生物材料表面的構築 236
第三節骨組織工程的蛋白質支架材料 237
一、支架材料的功能與作用 238
二、骨組織工程要素與支架材料條件 238
三、支架材料的種類 239
四、支架的性能評價 240
第四節不同蛋白質制備組織工程支架 240
一、羊毛角蛋白作組織工程支架材料 240
二、絲素蛋白作組織工程支架材料 241
三、玉米醇溶蛋白作組織工程支架材料 242
四、三維多孔支架的制備 243
第五節納米纖維復合支架 244
一、納米纖維的生物學效應 245
二、納米蛋白纖維種類 245
三、納米纖維支架材料的構建方法 246
四、納米纖維支架的表面生物功能修飾 248
五、復合支架的制備 249
六、聚乳酸復合支架的力學性能 251
思考題 252
參考文獻 252
第十二章蛋白質芯片技術 253
**節概述 253
一、生物芯片 253
二、蛋白質芯片 254
第二節蛋白質芯片的組成、原理及分類 257
一、蛋白質芯片的基本構成 257
二、蛋白質芯片的原理 258
三、蛋白質芯片的分類 259
第三節蛋白質芯片的操作流程 263
一、蛋白質芯片的操作步驟 263
二、蛋白質芯片的信號檢測 266
三、蛋白質芯片的比較 267
第四節常用的蛋白質芯片 267
一、抗體芯片 267
二、SPR傳感的蛋白質芯片

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第一章緒論

第一節蛋白質工程概論

蛋白質是生命的體現者,離開了蛋白質,生命將不復存在.蛋白質是構成組織細胞的主要材料,人的大腦、神經、皮膚、肌肉、內髒、血液,甚至指甲、頭發都是以蛋白質為主要成分構成的.蛋白質的功能是構成組織與修補組織,這充分體現了蛋白質的重要性.蛋白質在生物界與非生物界的信息交流中起著關鍵的作用.

目前,蛋白質工程尚未有統一的定義.一般認為蛋白質工程就是通過基因重組技術改變或設計合成具有特定生物功能的蛋白質.因此,有學者稱,蛋白質工程是第二代基因工程.其基本實施目標是運用基因工程的DNA重組技術,將克隆後的基因編碼加以改造,或者人工組裝成新的基因,再將上述基因通過載體引入挑選的宿主繫統內進行表達,從而產生符合人類設計需要的“突變型”蛋白質分子.這種蛋白質分子隻表達人類需要的性狀.

實際上,蛋白質可以是一種營養品、一種致病源物質、一種治病良藥、一種生產材料.它們各具有不同的結構和功能,應用於社會生產的不同方面.可是,生物體內存在的天然蛋白質,往往在不同領域的應用上不盡如人意,需要進行改造.由於蛋白質是由許多氨基酸按一定順序連接而成的,每一種蛋白質有自己獨特的氨基酸順序,改變其中關鍵的氨基酸就能改變蛋白質的性質.由於蛋白質是兩性電解質,每一種蛋白質有自己獨特的pH和等電點,因此改變其中關鍵的氨基酸就能改變蛋白質所帶電荷特性,進而改變蛋白質的性質.

蛋白質工程學是以蛋白質優質和高效生產的方法論為研究與創新的科學.從廣義上來

說,蛋白質工程應是以蛋白質為原材料,進行生產性為主的、建設性的、對蛋白質進行合理

利用的過程.在這個過程中人們需要改造蛋白質,對蛋白質進行修飾與加工,通過物理、化

學、生物如基因重組等技術改造蛋白質或設計合成具有特定功能的新蛋白質.

一、蛋白質工程的內涵

1.優質和高效生產的方法研究

蛋白質是生命的物質基礎,沒有蛋白質就沒有生命.因此,它是與生命及與各種形式的生命活動緊密聯繫在一起的物質.對植物、動物組織進行大規模地高效率提取蛋白質,或者應用植物、動物細胞及原核細胞進行發酵培養,表達外源蛋白質,高效提取生產蛋白質藥物,是工業蛋白質生產的工程改進過程.利用基因工程技術可使目標蛋白在體外進行表達.選擇高效表達的優良體繫是優質生產的重要手段.已知

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