蛋白質工程原理與技術

內容概要

蛋白質工程是通過對蛋白質結構與功能關系的了解，借助于生物信息學的知識和手段，利用基因定點誘變和基因重組等技術特異性地改造蛋白質的結構基因，產生具有新的特性的蛋白質的技術。本書是根據蛋白質工程學科的進展，配合教學的需要而編寫的。	    本書共十章，第一章簡要介紹了蛋白質工程的基本理論、基本內容及其程序、應用和進展；第二章至第四章分別介紹了蛋白質結構與功能、基因重組及定點誘變技術的基本原理；第五章至第七章分別介紹了蛋白質工程在酶蛋白質、抗體以及性質及多肽藥物研究中的應用；第八章和第九章分別介紹了蛋白質分離純化與結構分析常用技術的原理及其應用；由于在蛋白質工程中常需要生物信息學對蛋白質的結構和功能進行分析并為蛋白質的結構改造進行預測，所以，本書第十章，對生物信息學進行了簡要介紹。    本書的宗旨是為生物學和醫(yī)學高級人才的培養(yǎng)提供一本有益的參考書。從這一宗旨出發(fā)，編者對本書的內容進行了精心的設計，并在系統(tǒng)介紹各章主要內容的同時，重點介紹了該領域的新進展和新成就。

書籍目錄

第一章  緒論   第一節(jié)  性質工程概論  第二節(jié)  蛋白質工程的應用  第三節(jié)  蛋白質工程展望第二章  蛋白質的結構與功能  第一節(jié)  蛋白質的基本結構與功能  第二節(jié)  蛋白質的空間結構與功能第三章  基因重組技術  第一節(jié)  工具酶  第二節(jié)  載體  第三節(jié)  基因克隆的基本程序  第四節(jié)  真核基因在大腸桿菌中的表達第四章  定點誘變與蛋白質工程  第一節(jié)  定點誘變  第二節(jié)  蛋白質工程第五章  酶蛋白質工程  第一節(jié)  酶的分子結構與催化功能  第二節(jié)  蛋白酶工程  第三節(jié)  葡萄糖異構酶工程  第四節(jié)  酶蛋白的定向進化第六章  抗體工程  第一節(jié)  概述  第二節(jié)  抗體及其基因結構與抗體多樣性的分子基礎  第三節(jié)  鼠單抗的人源化  第四節(jié)  小分子抗體  第五節(jié)  抗體庫技術第七章  蛋白質和多肽藥物工程  第一節(jié)  概述  第二節(jié)  激素類藥物  第三節(jié)  細胞因子類藥物第八章  蛋白質分離純化技術  第一節(jié)  蛋白質分析分離中的電泳技術  第二節(jié)  色譜技術  第三節(jié)  高效液相色譜第九章  蛋白質結構分析技術  第一節(jié)  蛋白質和多肽的氨基酸序列分析  第二節(jié)  生物質譜技術在蛋白質和多肽結構測定中的應用  第三節(jié)  X射線晶體衍射技術在蛋白質晶體結構測定中的應用  第四節(jié)  核磁共振波譜技術在蛋白質結構測定中的應用第十章  生物信息學  第一節(jié)  概述  第二節(jié)  生物信息數據庫  第三節(jié)  生物信息學在性質研究中的應用主要參考文獻

章節(jié)摘錄

　　事實上，在許多個體中已發(fā)現一些變異蛋白，伴有氨基酸的插入、丟失、或替換，但蛋白質仍保持正常功能。如前所述，將枯草桿菌蛋白酶催化部位Ser221鄰近的Met222置換，可以提高該酶蛋白的抗氧化性，又能保持酶的催化活性，就是一個典型的例子。隨著蛋白質三維結構分析技術的不斷發(fā)展，借助于電腦對蛋白質結構域與功能域信息的處理及設計，采用定點誘變技術從基因水平改變氨基酸編碼順序即可獲得與天然蛋白質的理化性質相異而生物活性相似的突變蛋白質?！　∩锛夹g的興起使得分子生物學的理論與工程實踐緊密結合。20世紀70年代初期，DNA重組技術誕生，并成功地應用于基因操作，從而產生了基因工程。而基因工程的誕生，特別是DNA重組技術和基因定點誘變等技術的建立，使我們有可能從基因水平改造蛋白質分子中氨基酸的序列，為蛋白質工程的誕生，奠定了技術基礎。所謂基因定點誘變，就是在DNA水平上，通過對蛋白質結構基因中某個或某些氨基酸編碼順序加以改變，從而改變蛋白質結構的技術。該技術不僅可用于改造天然蛋白質，而且可以用于確定蛋白質中每一個氨基酸在結構和功能上的作用，以收集有關氨基酸線形順序與其空間構象和生物學活性之間的對應關系，為人工改造蛋白質提供理論依據?！　】傊?，蛋白質結構和動力學研究是蛋白質結構與功能關系研究的重要手段，而改造蛋白質結構，則依靠基因工程，基因工程的發(fā)展從技術上提供了改變蛋白質個別氨基酸殘基或肽段的手段，使結構改變已能在實驗室實施，二者結合則產生了蛋白質工程。　　二、蛋白質工程的研究內容　?。ㄒ唬├靡阎鞍踪|一級結構的信息作為應用研究　　蛋白質的結構決定蛋白質的功能和理化性質，而蛋白質功能區(qū)的某個或某些氮基酸殘基可能在維持蛋白質的結構、功能、理化性質中起重要作用。因此，定點改變這些氨基酸序列，即可能改變蛋白質的功能和特性，使之更適合于工業(yè)化生產的要求。隨著蛋白質結構與功能關系研究技術以及基因工程技術的發(fā)展，上述設想已不再是可想而不可及。通過蛋白質結構與功能研究，利用蛋白質構型信息的圖像和程序分析，即可找出與蛋白質功能和特性密切相關的氨基酸序列，而采用定點誘變與盒式突變技術定向改變編碼蛋白質的基因，即可改造蛋白質的結構，使它們的生物功能及理化特性得到改變。如前所述枯草桿菌蛋白酶之所以易被氧化失活，是由于催化部位的Ser221鄰近的Met222易被氧化成硫氫化物，若以其他氨基酸取代Met222，則可提高酶的氧化穩(wěn)定性而又不影響其催化活性。這是結構分析和定點突變改造蛋白質的成功范例。枯草桿菌蛋白酶可作為洗滌劑的添加劑，但由于其只能水解Phe羧基所形成的肽鍵，底物作用范圍過窄而限制了洗滌劑的高效性，若用帶正電荷的Lys取代位于活性中心166位的Gly，所獲得的突變酶不僅能水解Phe羧基所形成的肽鍵，而且可以水解酸性氨基酸Glu所形成的肽鍵，使其底物作用范圍拓寬，因而可能成為最高效的洗滌劑添加酶，這是定點誘變改變蛋白質生物學活性的成功例子。　　……

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