蛋白质工程与食品工业课件.pptx

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1、蛋白蛋白质工程与食品工工程与食品工业第1页，此课件共48页哦 概述概述 蛋白质是对生命至关重要的一类生物蛋白质是对生命至关重要的一类生物大分子，各种生命功能、生命现象、生命大分子，各种生命功能、生命现象、生命活动都和蛋白质有关。在生命有机体催化、活动都和蛋白质有关。在生命有机体催化、运动、结构、识别和调节等许多方面，起运动、结构、识别和调节等许多方面，起着关键的作用。着关键的作用。第2页，此课件共48页哦 主要内容主要内容蛋白质的功能与结构蛋白质的功能与结构一一蛋白质工程的诞生蛋白质工程的诞生二二蛋白质工程的基本步骤和改造方法蛋白质工程的基本步骤和改造方法三三蛋白质工程在食品产业中的应用蛋白质

2、工程在食品产业中的应用四四第3页，此课件共48页哦第第一节一节 蛋白质蛋白质的功能与结构的功能与结构第4页，此课件共48页哦 主要内容主要内容蛋白质的功能蛋白质的功能一一 蛋白质蛋白质的结构的结构二二第5页，此课件共48页哦一、蛋白质的功能一、蛋白质的功能(1)(1)(1)(1)蛋白质是构成生命的重要物质之一蛋白质是构成生命的重要物质之一蛋白质是构成生命的重要物质之一蛋白质是构成生命的重要物质之一蛋白质是一类重要而复杂的生物大分子，它广泛地存在于所有生物界蛋白质是一类重要而复杂的生物大分子，它广泛地存在于所有生物界蛋白质是一类重要而复杂的生物大分子，它广泛地存在于所有生物界蛋白质是一类重要而复

3、杂的生物大分子，它广泛地存在于所有生物界的机体之中，具有许多重要的作用；的机体之中，具有许多重要的作用；的机体之中，具有许多重要的作用；的机体之中，具有许多重要的作用；构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质-酶的酶的酶的酶的催化下进行的；催化下进行的；催化下进行的；催化下进行的；高等动物的免疫反应，也主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的；高等动物的免疫反应，也主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的；高等动物的免疫反应，也

4、主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的；高等动物的免疫反应，也主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的；运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的；运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的；运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的；运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的；运输氧和二氧化碳的是血红蛋白；运输氧和二氧化碳的是血红蛋白；运输氧和二氧化碳的是血红蛋白；运输氧和二氧化碳的是血红蛋白；具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。第6页，此课件共48页

5、哦一、蛋白质的功能一、蛋白质的功能(2)(2)(2)(2)蛋白质的应用蛋白质的应用蛋白质的应用蛋白质的应用蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。人们需蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。人们需蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。人们需蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。人们需要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质营养。营养。营养。营养。用蛋白质诊断和治疗某些疾病。淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮用蛋白

6、质诊断和治疗某些疾病。淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮用蛋白质诊断和治疗某些疾病。淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮用蛋白质诊断和治疗某些疾病。淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮助消化，治疗某些消化不良性疾病；胰岛素用于治疗严重的糖尿病助消化，治疗某些消化不良性疾病；胰岛素用于治疗严重的糖尿病助消化，治疗某些消化不良性疾病；胰岛素用于治疗严重的糖尿病助消化，治疗某些消化不良性疾病；胰岛素用于治疗严重的糖尿病；转氨酶作为肝病变的指标等。；转氨酶作为肝病变的指标等。；转氨酶作为肝病变的指标等。；转氨酶作为肝病变的指标等。食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利用蛋白质的性质制造各种食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利

7、用蛋白质的性质制造各种食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利用蛋白质的性质制造各种食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利用蛋白质的性质制造各种产品。例如，酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。用于人类衣着产品。例如，酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。用于人类衣着产品。例如，酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。用于人类衣着产品。例如，酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。用于人类衣着的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。第7页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构氨基酸是蛋白质

8、的基本结构单位氨基酸是蛋白质的基本结构单位氨基酸是蛋白质的基本结构单位氨基酸是蛋白质的基本结构单位氨基酸的基本结构：氨基酸的基本结构：氨基酸的基本结构：氨基酸的基本结构：第8页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线形头尾相连，构各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线形头尾相连，构各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线形头尾相连，构各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线形头尾相连，构成不同长短的肽链。肽键就是由氨基酸的成不同长短的肽链。肽键就是由氨基酸的成不同长短的肽链。肽键就是由氨基酸的成不同长短的肽链。肽键就是由氨基酸的-羧基与羧基与相邻的氨基酸的相邻的氨基酸的-氨

9、基脱水缩合而形成的化学键氨基脱水缩合而形成的化学键氨基脱水缩合而形成的化学键氨基脱水缩合而形成的化学键肽键的形成肽键的形成第9页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构肽肽肽肽:氨基酸通过肽键连结起来的化合物氨基酸通过肽键连结起来的化合物氨基酸通过肽键连结起来的化合物氨基酸通过肽键连结起来的化合物二肽二肽二肽二肽:两个氨基酸形成的肽两个氨基酸形成的肽三肽三肽:三个氨基酸形成的肽三个氨基酸形成的肽三个氨基酸形成的肽三个氨基酸形成的肽多肽多肽多肽多肽:许多氨基酸形成的肽许多氨基酸形成的肽许多氨基酸形成的肽许多氨基酸形成的肽蛋白质蛋白质:大多为大多为大多为大多为100100100100个以

10、上氨基酸组成的多肽个以上氨基酸组成的多肽个以上氨基酸组成的多肽个以上氨基酸组成的多肽第10页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构多肽链的折叠可分为四种不同层次的结构。多肽链的折叠可分为四种不同层次的结构。一级结构：仅指肽链中的氨基酸线型排列顺序，不考虑空一级结构：仅指肽链中的氨基酸线型排列顺序，不考虑空一级结构：仅指肽链中的氨基酸线型排列顺序，不考虑空一级结构：仅指肽链中的氨基酸线型排列顺序，不考虑空间的排列。间的排列。间的排列。间的排列。牛胰岛素的氨基酸序列第11页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构二级结构：主链原子的局部空间排列，不包括侧链二级结构：主链原子的

11、局部空间排列，不包括侧链构象和与其他链段的相互关系，如构象和与其他链段的相互关系，如-螺旋、螺旋、-折叠折叠等主链构象单元就是二级结构。等主链构象单元就是二级结构。主要形式：主要形式：主要形式：主要形式：-螺旋、螺旋、螺旋、螺旋、-折叠、折叠、折叠、折叠、-转角、无规卷曲转角、无规卷曲转角、无规卷曲转角、无规卷曲等等第12页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构第13页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构-转角转角第14页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构三级结构：蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再三级结构：蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再三

12、级结构：蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再三级结构：蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构。进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构。进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构。进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构。碳酸酐酶的多碳酸酐酶的多肽骨架示意图肽骨架示意图第15页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构四级结构：四级结构：四级结构：四级结构：具有二条或二条以上独立三级结构的多肽具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的

13、空间结构。而形成的空间结构。血红蛋白的血红蛋白的结构结构第16页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构（1 1）氢氢键键：氢氢原原子子与与负负电电性性强强的的原原子子（如如氧氧、氮氮等等）间间形形成成。对对蛋蛋白白质质分分子子三三维维构构象象的的维维护护很很重重要。要。（2 2）静静电电引引力力：正正负负带带电电基基团团之之间间的的吸吸引引力力。对对蛋蛋白白质质分分子子三三维维构构象象的的稳稳定定贡贡献献不不是是很很大大，也也称为离子键或盐键称为离子键或盐键（3 3）范范德德华华力力：原原子子团团相相互互接接近近时时诱诱导导所所致致。它它变变化化多多样样，对对维维持持蛋蛋白白质质活

14、活性性中中心心的的构构象象影影响很大响很大第17页，此课件共48页哦二二、蛋白质的、蛋白质的结构结构（4 4）疏疏水水相相互互作作用用：是是非非极极性性基基团团为为了了避避开开水水相相而而群群集集在在一一起起的的作作用用力力。疏疏水水作作用用是是维维持持蛋蛋白白质高级结构的重要因素质高级结构的重要因素（5 5）二二硫硫键键：作作用用很很强强，对对稳稳定定蛋蛋白白质质构构象象起重要作用起重要作用 氢氢键键、离离子子键键、疏疏水水作作用用和和范范德德华华力力等等次次级级键键是非共价键是非共价键 肽键、二硫键、酯键等被称之为共价键肽键、二硫键、酯键等被称之为共价键第18页，此课件共48页哦第第二节二

15、节 蛋白质蛋白质工程的诞生工程的诞生第19页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的诞生诞生 1983 1983年，美国生物学家额尔默首先提出了年，美国生物学家额尔默首先提出了“蛋白质工程蛋白质工程”的概念。蛋白质工程的实践依的概念。蛋白质工程的实践依据据DNADNA指导合成蛋白质，因此，人们可以根据指导合成蛋白质，因此，人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计，使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们计，使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们的要求。的要求。第20页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的诞生诞生蛋白质工程就是以蛋白质的结构

16、与功能为基础，利蛋白质工程就是以蛋白质的结构与功能为基础，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程是指通过生物技术手段对蛋白质的分子结构或蛋白质工程是指通过生物技术手段对蛋白质的分子结构或蛋白质工程是指通过生物技术手段对蛋白质的分子结构或蛋白质工程是指通过生物技术手段对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需

17、者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需要的蛋白质产品的技术。要的蛋白质产品的技术。要的蛋白质产品的技术。要的蛋白质产品的技术。第21页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的诞生诞生蛋白质工程是指通过蛋白质化学、蛋白质晶体蛋白质工程是指通过蛋白质化学、蛋白质晶体学和动力学的研究，获取有关蛋白质物理和化学和动力学的研究，获取有关蛋白质物理和化学等各方面的信息，在此基础上利用生物技术学等各方面的信息，在此基础上利用生物技术手段对蛋白质的手段对蛋白质的DNADNA编码序列进行有目的的改造编码序列进行有目的的改造并分离、纯化蛋白质，从而获

18、取自然界没有的、并分离、纯化蛋白质，从而获取自然界没有的、具有优良性质或适用于工业生产条件的全新蛋白具有优良性质或适用于工业生产条件的全新蛋白质的过程。质的过程。第22页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程的诞生工程的诞生蛋白质工程主要包括蛋白质工程主要包括蛋白质工程主要包括蛋白质工程主要包括4 4 4 4大类研究：大类研究：大类研究：大类研究：第一利用已知的蛋白质一级结构的信息开发应用研究。第一利用已知的蛋白质一级结构的信息开发应用研究。第一利用已知的蛋白质一级结构的信息开发应用研究。第一利用已知的蛋白质一级结构的信息开发应用研究。第二定量确定蛋白质结构第二定量确定蛋白质结构-功能关系。这是目

19、前蛋白功能关系。这是目前蛋白功能关系。这是目前蛋白功能关系。这是目前蛋白质工程研究的主体，它包括蛋白质三维结构模型的建质工程研究的主体，它包括蛋白质三维结构模型的建质工程研究的主体，它包括蛋白质三维结构模型的建质工程研究的主体，它包括蛋白质三维结构模型的建立，酶催化的性质、蛋白质折叠和稳定性研究等立，酶催化的性质、蛋白质折叠和稳定性研究等立，酶催化的性质、蛋白质折叠和稳定性研究等立，酶催化的性质、蛋白质折叠和稳定性研究等.第三，从混杂变异体库中筛选具有特定结构第三，从混杂变异体库中筛选具有特定结构第三，从混杂变异体库中筛选具有特定结构第三，从混杂变异体库中筛选具有特定结构-功能关系功能关系的蛋

20、白质。的蛋白质。第四，根据已知结构第四，根据已知结构第四，根据已知结构第四，根据已知结构-功能关系的蛋白质，用人工方法合功能关系的蛋白质，用人工方法合功能关系的蛋白质，用人工方法合功能关系的蛋白质，用人工方法合成它及其变异体成它及其变异体成它及其变异体成它及其变异体.第23页，此课件共48页哦第第三节三节 蛋白质蛋白质工程的基本步骤工程的基本步骤和保护方法和保护方法第24页，此课件共48页哦 主要内容主要内容蛋白质蛋白质工程研究的主要步骤工程研究的主要步骤一一蛋白质蛋白质改造方法改造方法二二第25页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程研究的主要步骤工程研究的主要步骤分离纯化目的蛋白，使之结晶并作

21、分离纯化目的蛋白，使之结晶并作X X晶体衍射分晶体衍射分析，结合核磁共振等其他方法的分析结果，析，结合核磁共振等其他方法的分析结果，得到其空间结构的尽可能多的信息。得到其空间结构的尽可能多的信息。对目的蛋白的功能作详尽的研究，确定它的功能对目的蛋白的功能作详尽的研究，确定它的功能域。域。通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系的分析，找出关键的基团和结构。间的相互关系的分析，找出关键的基团和结构。第26页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程研究的主要步骤工程研究的主要步骤在蛋白质结构与功能研究的基础上，借助于计算在蛋白质结构与功能研究的基础上，

22、借助于计算机图像显示和分子辅助设计，提出对目的蛋白分机图像显示和分子辅助设计，提出对目的蛋白分子的改建或构建方案，并用基因工程的方法去实子的改建或构建方案，并用基因工程的方法去实施。施。对经过改造的蛋白质进行功能性测定，看看改造对经过改造的蛋白质进行功能性测定，看看改造的效果如何。的效果如何。第27页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法在基因水平上对蛋白质进行改造，按改造的规在基因水平上对蛋白质进行改造，按改造的规模和程度可以分为：模和程度可以分为：初级改造：个别氨基酸的改变和一整段氨基酸序初级改造：个别氨基酸的改变和一整段氨基酸序列的删除、置换或插入列的删除、置换或插入

23、高级改造：蛋白质分子的剪裁，如结构域的高级改造：蛋白质分子的剪裁，如结构域的拼接拼接从头设计合成新型蛋白质从头设计合成新型蛋白质 第28页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法初级改造：通过基因突变方法，以达到改变氨初级改造：通过基因突变方法，以达到改变氨基酸进而改造蛋白质的目的。基酸进而改造蛋白质的目的。目前，主要采用的基因突变方法：目前，主要采用的基因突变方法：基因定位突变基因定位突变 盒式突变盒式突变第29页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法初级改造初级改造基因定位突变的基本过程：基因定位突变的基本过程：首先使目的基因由环状载体折成单链，首先使

24、目的基因由环状载体折成单链，再对指定的位点用寡聚核苷酸诱导或置入再对指定的位点用寡聚核苷酸诱导或置入合成的寡聚核苷酸产生定位突变基因，最合成的寡聚核苷酸产生定位突变基因，最后将突变基因导入适宜的表达系统后将突变基因导入适宜的表达系统(如大如大肠杆菌等肠杆菌等)即可产生突变体蛋白质。这是即可产生突变体蛋白质。这是目前定向改造蛋白质的基本手段。目前定向改造蛋白质的基本手段。第30页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法初级改造初级改造M13-DNAM13-DNA寡聚核苷酸介导诱变技术寡聚核苷酸介导诱变技术twotwothreeoneonefourfour将要改造的蛋白质的目的基

25、因插入到将要改造的蛋白质的目的基因插入到M13M13单链单链DNADNA中中将杂合将杂合DNADNA双链再转入大肠杆菌中双链再转入大肠杆菌中将含突变目的基因的将含突变目的基因的M13M13噬菌体筛选出来，提取它们的噬菌体筛选出来，提取它们的DNADNA，用限制性内切酶把突变目的基因切下，并重组到表达质，用限制性内切酶把突变目的基因切下，并重组到表达质粒中粒中作为模板，以含有要改变的碱基的一段寡聚核苷酸作为模板，以含有要改变的碱基的一段寡聚核苷酸作为引物，在体外用作为引物，在体外用DNADNA聚合酶进行双链聚合酶进行双链DNADNA的合成，的合成，用用DNADNA连接酶连接成环状连接酶连接成环状

26、第31页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法初级改造初级改造 M13-DNA M13-DNA 寡聚核苷酸寡聚核苷酸 介导诱变技术介导诱变技术第32页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法初级改造初级改造1在目标基因中在目标基因中选择合适的限选择合适的限制性内切酶位制性内切酶位点点2用含有突变序列用含有突变序列的的DNADNA片段来置片段来置换目标基因上的换目标基因上的一段一段DNADNA序列序列3产生突变序列被产生突变序列被集中在目标基因集中在目标基因的一个特定区域的一个特定区域的突变家族的突变家族盒式突变的基本过程盒式突变的基本过程第33页，此课件共

27、48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法初级改造初级改造盒盒式式突突变变第34页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法高级改造高级改造高级改造高级改造：蛋白质分子的剪裁，如结构域的拼接：蛋白质分子的剪裁，如结构域的拼接结构域是蛋白质构象中二级结构与三级结构之结构域是蛋白质构象中二级结构与三级结构之间的一个层次。在较大的蛋白质分子中，由于间的一个层次。在较大的蛋白质分子中，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚个或多个在空间上可以明显区别它与蛋白质亚基结构的区别。基结构的区别。结构域

28、拼接是通过基因操作把位于两种不同蛋结构域拼接是通过基因操作把位于两种不同蛋白质上的几个结构域连接在一起，形成融合蛋白质上的几个结构域连接在一起，形成融合蛋白，它兼有原来两种蛋白的性质。白，它兼有原来两种蛋白的性质。第35页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法高级改造高级改造用计算机分子模型软件对金属硫蛋白的空间结构用计算机分子模型软件对金属硫蛋白的空间结构进行分析表明，天然金属硫蛋白的两个结构域之进行分析表明，天然金属硫蛋白的两个结构域之间具有较大的独立性，是可以拆分和构建的，因间具有较大的独立性，是可以拆分和构建的，因而构建而构建结构域的结构域的“二倍体二倍体”的设想是

29、可行的。的设想是可行的。用化学合成的方法分别合成结构域和连接肽段用化学合成的方法分别合成结构域和连接肽段的基因，并设法将它们拼接起来。再插入载体的基因，并设法将它们拼接起来。再插入载体并转入植物细胞中，使金属硫蛋白的并转入植物细胞中，使金属硫蛋白的结构域结构域多倍体基因在植物中表达。多倍体基因在植物中表达。第36页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法高级改造高级改造第37页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法合成新型蛋白质合成新型蛋白质基于天然蛋白质结构改造的蛋白质工基于天然蛋白质结构改造的蛋白质工程可以优化蛋白质的活性，而全新蛋程可以优化蛋白质的活

30、性，而全新蛋白质设计是合成具有新奇的结构与功白质设计是合成具有新奇的结构与功能的新蛋白质。能的新蛋白质。第38页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程工程的的改造方法改造方法合成新型蛋白质合成新型蛋白质从头设计一个蛋白质的基本步骤：从头设计一个蛋白质的基本步骤：从头设计一个蛋白质的基本步骤：从头设计一个蛋白质的基本步骤：（1 1 1 1）从已知三维结构的数据库中挑选出一个合适的片段，）从已知三维结构的数据库中挑选出一个合适的片段，）从已知三维结构的数据库中挑选出一个合适的片段，）从已知三维结构的数据库中挑选出一个合适的片段，进行修改和组合进行修改和组合进行修改和组合进行修改和组合 （2 2 2 2

31、）构建一个多肽链骨架模型）构建一个多肽链骨架模型 （3 3）依据氨基酸残基的统计学数据和排列的优先顺序，）依据氨基酸残基的统计学数据和排列的优先顺序，）依据氨基酸残基的统计学数据和排列的优先顺序，）依据氨基酸残基的统计学数据和排列的优先顺序，确定每个残基位置上的氨基酸确定每个残基位置上的氨基酸确定每个残基位置上的氨基酸确定每个残基位置上的氨基酸 （4 4 4 4）优化目标蛋白的三维模型）优化目标蛋白的三维模型）优化目标蛋白的三维模型）优化目标蛋白的三维模型 （5 5 5 5）检验和考核所给定的目标蛋白质结构是否合理，）检验和考核所给定的目标蛋白质结构是否合理，）检验和考核所给定的目标蛋白质结构

32、是否合理，）检验和考核所给定的目标蛋白质结构是否合理，对所设计的模型做进一步修正对所设计的模型做进一步修正对所设计的模型做进一步修正对所设计的模型做进一步修正 （6 6 6 6）几轮的设计、检验和再设计，获得一个正确折叠）几轮的设计、检验和再设计，获得一个正确折叠）几轮的设计、检验和再设计，获得一个正确折叠）几轮的设计、检验和再设计，获得一个正确折叠和带有人们预期功能的目标蛋白质和带有人们预期功能的目标蛋白质和带有人们预期功能的目标蛋白质和带有人们预期功能的目标蛋白质第39页，此课件共48页哦第第四节四节 蛋白质蛋白质工程在食品产业工程在食品产业中的应用中的应用第40页，此课件共48页哦蛋白质

33、蛋白质工程在食品产业中的应用工程在食品产业中的应用 在实际生产中，可以应用蛋白质工程对一些在实际生产中，可以应用蛋白质工程对一些生产中重要酶或蛋白质性质加以改造，提高现有生产中重要酶或蛋白质性质加以改造，提高现有酶或蛋白质的工业实用性，如提高酶的热稳定性、酶或蛋白质的工业实用性，如提高酶的热稳定性、改变酶的最适改变酶的最适pHpH值条件、提高酶的催化活性等。值条件、提高酶的催化活性等。例如，通过引入二硫键，改善酶的热稳定性。例如，通过引入二硫键，改善酶的热稳定性。第41页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程在食品产业中的应用工程在食品产业中的应用 蛋白质工程自问世以来，短短十几蛋白质工程自问世以

34、来，短短十几年的时间，已取得了引人瞩目的进展，年的时间，已取得了引人瞩目的进展，在医学和工业用酶方面也获得了良好的在医学和工业用酶方面也获得了良好的应用前景。应用前景。第42页，此课件共48页哦提高蛋白的稳提高蛋白的稳定性包括以下定性包括以下几个方面：几个方面：延长酶的延长酶的半衰期半衰期提高酶的热稳提高酶的热稳定性定性延长药用蛋延长药用蛋白的保存白的保存期期抵御由于重抵御由于重要氨基酸氧化要氨基酸氧化引起的活性丧引起的活性丧失失蛋白质蛋白质工程在食品产业中的应用工程在食品产业中的应用第43页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程在食品产业中的应用工程在食品产业中的应用引入二硫键，改善蛋白质的热稳

35、定性引入二硫键，改善蛋白质的热稳定性 溶菌酶分子：由一条肽链构成，并在空间上折叠形溶菌酶分子：由一条肽链构成，并在空间上折叠形成二个相对独立的结构域，酶活性中心位于二个结成二个相对独立的结构域，酶活性中心位于二个结构域之间。该酶分子在第构域之间。该酶分子在第9797位和位和5454位残基上是两个位残基上是两个未形成二硫键的半胱氨酸未形成二硫键的半胱氨酸由于二硫键是一种稳定蛋白质分子空间结构的重由于二硫键是一种稳定蛋白质分子空间结构的重要共价化学键，有如建筑所用的钢筋一样，因而要共价化学键，有如建筑所用的钢筋一样，因而能将分子中的不同部位牢固地联结在一起。因此，能将分子中的不同部位牢固地联结在一

36、起。因此，提高酶热稳定性最常用的办法是在分子中增加一提高酶热稳定性最常用的办法是在分子中增加一对或数对二硫键。对或数对二硫键。第44页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程在食品产业中的应用工程在食品产业中的应用转化氨基酸残基，改善蛋白质热稳定性转化氨基酸残基，改善蛋白质热稳定性 在高温下在高温下AsnAsn和和GlnGln容易脱氨形成容易脱氨形成AspAsp和和GluGlu，而导，而导致蛋白质分子构象的改变，使蛋白质失去活性。致蛋白质分子构象的改变，使蛋白质失去活性。对酿酒酵母的磷酸丙糖异构酶进行诱变改造。对酿酒酵母的磷酸丙糖异构酶进行诱变改造。这种酶有两个相同的亚基，每个亚基含有这种酶有两个相

37、同的亚基，每个亚基含有2 2个个AsnAsn，由于它们都位于亚基之间的界面上，可能对，由于它们都位于亚基之间的界面上，可能对酶的热稳定性起决定性作用。酶的热稳定性起决定性作用。第45页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程在食品产业中的应用工程在食品产业中的应用通过寡核苷酸介导的定向诱变技术，将第通过寡核苷酸介导的定向诱变技术，将第1414位和第位和第7878位上的位上的2 2个个AsnAsn分别转变成分别转变成ThrThr(苏氨酸苏氨酸)和和Ile(Ile(异亮氨酸异亮氨酸)残基，大幅度残基，大幅度提高突变酶的热稳定性。提高突变酶的热稳定性。第46页，此课件共48页哦蛋白质蛋白质工程在食品产业中的应用工程在食品产业中的应用牛胰岛素的合成牛胰岛素的合成第47页，此课件共48页哦我国人工合成的牛胰岛素结晶我国人工合成的牛胰岛素结晶第48页，此课件共48页哦