1.4　蛋白质工程的崛起 (6).ppt

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1、一、蛋白质工程崛起的缘由一、蛋白质工程崛起的缘由1、基因工程的分析、基因工程的分析（1）基因工程的实质：）基因工程的实质：将一种生物的将一种生物的基因转移基因转移到另一种生物体到另一种生物体内，使后者产生本不能产生的蛋白质，内，使后者产生本不能产生的蛋白质，进而表现出新的性状。进而表现出新的性状。在原则上只能生产自然界在原则上只能生产自然界已存在已存在的蛋白质。的蛋白质。（2）基因工程的不足：）基因工程的不足：天然蛋白质是生物在长期进化过程天然蛋白质是生物在长期进化过程中形成的，它们的结构和功能符合特定中形成的，它们的结构和功能符合特定物种生存的需要，却不一定完全符合人物种生存的需要，却不一定

2、完全符合人类生产和生活的需要。类生产和生活的需要。2、天然蛋白质的不足、天然蛋白质的不足例如：例如：改造改造干扰素（干扰素（其中的半胱氨酸残基其中的半胱氨酸残基）体外很难保存体外很难保存干扰素（干扰素（其中含丝氨酸残基其中含丝氨酸残基）-70体外可以体外可以保存保存保存保存半年半年玉米中赖氨酸含量比较低玉米中赖氨酸含量比较低天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（352352位的苏氨酸）位的苏氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（104104位的天冬酰胺）位的天冬酰胺）天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶（异亮氨酸）（异亮氨酸）玉米中玉米中赖氨酸

3、含量赖氨酸含量赖氨酸含量赖氨酸含量可可提高提高提高提高数倍数倍改造改造改造改造二、蛋白质工程的基本原理二、蛋白质工程的基本原理 根据人们对蛋白质功能的特定需求，根据人们对蛋白质功能的特定需求，对对蛋白质的结构进行分子设计蛋白质的结构进行分子设计。1、目标：、目标：2、基础：、基础：蛋白质的结构规律及其与生物功能的关系思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对思考：对天然蛋白质进行改造，你认为应该直接对蛋蛋蛋蛋白质白质白质白质分子进行操作，还是通过对分子进行操作，还是通过对分子进行操作，还是通过对分子进行操

4、作，还是通过对基因基因基因基因的操作来实现？的操作来实现？的操作来实现？的操作来实现？应该应该从对基因的操作来实现从对基因的操作来实现对天然蛋白质改对天然蛋白质改造，主要原因如下：造，主要原因如下：（1 1）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要）对基因进行改造比对蛋白质直接改造要容容易操作，难度要小得多易操作，难度要小得多。（2 2）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，）任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造了基因即对蛋白质进行了改造，而且改造过改造过的基因可以遗传下去的基因可以遗传下去。如果对蛋白质直接改造，。如果对蛋白质直接改造，即使改造成功，被改造过的

5、蛋白质分子还是无法即使改造成功，被改造过的蛋白质分子还是无法遗传的。遗传的。转录转录DNADNARNARNA翻译翻译肽链肽链折叠等折叠等具有空间结具有空间结构的蛋白质构的蛋白质表达生物特有表达生物特有的功能或性状的功能或性状天然蛋白质的合成过程天然蛋白质的合成过程遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变遵循中心法则，并需经过高级空间结构的转变预期预期功能功能反推出序列后，反推出序列后，改造基因改造基因分子分子设计设计生物生物功能功能转录转录翻译翻译折叠折叠图图图图1-291-29蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图蛋白质工程流程图.途径途径:基因修饰，基因合成根据推测，进行基因修饰

6、或基因合成根据推测，进行基因修饰或基因合成.途径途径:蛋白质工程的概念蛋白质工程的概念v蛋白质工程是指以蛋白质工程是指以蛋白质分子的结构规律及蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系其生物功能的关系作为基础，通过作为基础，通过基因修饰基因修饰或基因合成或基因合成，对，对现有现有蛋白质进行改造，或制蛋白质进行改造，或制造一种造一种新新的蛋白质，以满足人类的生产和生的蛋白质，以满足人类的生产和生活的需求。活的需求。五、蛋白质工程的进展和前景1.1.进展进展胰岛素速效型药品胰岛素速效型药品 2.2.前景前景3.3.现状现状蛋白质工程目前成功的例子不多蛋白质工程目前成功的例子不多,原因是对原因是对蛋白质

7、的高级结构蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰了解不够。要设计出更加符合人类需求的蛋白质还需经过艰辛的探索。辛的探索。应用于微电子方面应用于微电子方面制作电子元件具有制作电子元件具有 、耗电少和、耗电少和 的特点的特点体积小体积小效率高效率高讨论：讨论：1、怎样得出决定这一段肽链的脱氧、怎样得出决定这一段肽链的脱氧核苷酸序列？核苷酸序列？请把相应的碱基序列写出来。请把相应的碱基序列写出来。某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：某多肽链的一段氨基酸序列是：-丙氨酸丙氨酸-色氨酸色氨酸-赖

8、氨酸赖氨酸-甲硫氨酸甲硫氨酸-苯丙氨酸苯丙氨酸-丙氨酸：丙氨酸：GCU、GCC、GCA、GCG 色氨酸：色氨酸：UGG 赖氨酸：赖氨酸：AAA、AAG 甲硫氨酸：甲硫氨酸：AUG 苯丙氨酸：苯丙氨酸：UUU、UUC GCUGCU（或（或C C或或A A或或G G）UGGAAAUGGAAA（或（或G G）AUGUUUAUGUUU（或（或C C）mRNAmRNA序列序列 脱氧核苷酸脱氧核苷酸序列序列GCT(GCT(或或C C或或A A或或G)TGGAAA(G)TGGAAA(或或G)ATGTTT(G)ATGTTT(或或C)C)CGA(CGA(或或G G或或T T或或C)ACCTTTC)ACCTTT（

9、或（或C)TACAAA(C)TACAAA(或或G)G)旁栏思考题旁栏思考题 你知道人类蛋白质组计划吗？它与蛋白质工程有什么关系？我国科学家承担了什么任务？人类蛋白质组计划是继人类基因组计划人类蛋白质组计划是继人类基因组计划之后，之后，生命科学乃至自然科学领域生命科学乃至自然科学领域一项重大一项重大的科学命题。的科学命题。20012001年，国际人类蛋白质组组年，国际人类蛋白质组组织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了织宣告成立。之后，该组织正式提出启动了两项重大国际合作行动：一项是两项重大国际合作行动：一项是由由中国中国科学科学家牵头家牵头执行的执行的“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划

10、”；另一项是以另一项是以美国美国科学家牵头执行的科学家牵头执行的“人类血人类血浆蛋白质组计划浆蛋白质组计划”，由此拉开了人类蛋白质，由此拉开了人类蛋白质组计划的帷幕。组计划的帷幕。“人类肝脏蛋白质组计划人类肝脏蛋白质组计划”是国际上是国际上第一个人类组织器官的蛋白质组计划，第一个人类组织器官的蛋白质组计划，由我国由我国贺福初贺福初院士牵头，这是中国科学家院士牵头，这是中国科学家第一次领衔的重大国际科研协作计划，总第一次领衔的重大国际科研协作计划，总部设在部设在北京北京，目前有，目前有1616个国家和地区的个国家和地区的8080多个实验室报名参加。它的科学目标是揭多个实验室报名参加。它的科学目标

11、是揭示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、示并确认肝脏的蛋白质，为重大肝病预防、诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的诊断、治疗和新药研发的突破提供重要的科学基础。科学基础。人类蛋白质组计划人类蛋白质组计划的深入研究将是对的深入研究将是对蛋白质工程蛋白质工程的有力推动和理论支持。的有力推动和理论支持。1水蛭素改造水蛭素是水蛭唾液腺分泌的水蛭素是水蛭唾液腺分泌的凝血酶特异抑制剂凝血酶特异抑制剂凝血酶特异抑制剂凝血酶特异抑制剂，它，它有多种变异体，由有多种变异体，由65或或66个氨基酸残基组成。水蛭个氨基酸残基组成。水蛭素在临床上可作为抗栓药物用于素在临床上可作为抗栓药物用于治疗血栓疾病治疗血栓疾病

12、。为提。为提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提高水蛭素活性，在综合各变异体结构特点的基础上提出改造水蛭素主要变异体出改造水蛭素主要变异体HV2的设计方案，将的设计方案，将47位的位的Asn（天冬酰胺）变成（天冬酰胺）变成Lys（赖氨酸），使其与分子（赖氨酸），使其与分子内第内第4或第或第5位位Thr（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭（苏氨酸）间形成氢键来帮助水蛭素素N端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试端肽段的正确取向，从而提高凝血效率，试管试验活性提高验活性提高4倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效倍，在动物模型上检验抗血栓形成的效果，提高果，提高20倍。倍。蛋白质改造工程举例蛋

13、白质改造工程举例2生长激素改造生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体生长激素通过对它特异受体的作用促进细胞和机体的的生长发育生长发育生长发育生长发育，然而它，然而它不仅可以结合不仅可以结合生长激素受体生长激素受体生长激素受体生长激素受体，还还可以结合许多种不同类型细胞的可以结合许多种不同类型细胞的催乳激素受体催乳激素受体催乳激素受体催乳激素受体，引发，引发其他生理过程其他生理过程。在治疗过程中为减少副作用，需使人。在治疗过程中为减少副作用，需使人的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少的重组生长激素只与生长激素受体结合，尽可能减少与其他激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合与其他

14、激素受体的结合。经研究发现，二者受体结合区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造区有一部分重叠，但并不完全相同，有可能通过改造加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需加以区别。由于人的生长激素和催乳激素受体结合需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需要锌离子参与作用，而它与生长激素受体结合则无需锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸锌离子参与，于是考虑取代充当锌离子配基的氨基酸侧链，如第侧链，如第18和第和第21位位His（组氨酸）和第（组氨酸）和第17位位Glu（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开（谷氨酸）。实验结果与预先设想一致，但要开发作为临床用药还有大

15、量的工作要做。发作为临床用药还有大量的工作要做。3胰岛素改造 天然胰岛素制剂在储存中天然胰岛素制剂在储存中易形成二聚体和六聚体易形成二聚体和六聚体易形成二聚体和六聚体易形成二聚体和六聚体，延缓胰岛素从注射部位进入血液，延缓胰岛素从注射部位进入血液，从而延缓了其降血从而延缓了其降血糖作用，也增加了抗原性糖作用，也增加了抗原性，这是胰岛素，这是胰岛素B23-B28氨基氨基酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，酸残基结构所致。利用蛋白质工程技术改变这些残基，则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效则可降低其聚合作用，使胰岛素快速起作用。该速效胰岛素已通过临床实验。胰岛素已通过临床实验

16、。4治癌酶的改造 癌症的基因治疗分二个方面：癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞药物作用于癌细胞药物作用于癌细胞药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞药物保护正常细胞药物保护正常细胞药物保护正常细胞免受化免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱疹病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶（）胸腺嘧啶激酶（TK）可以催化胸腺嘧啶和其它）可以催化胸腺嘧啶和其它结构类似物磷酸化而使这些碱基结构类似物磷酸化而使这些碱基3-OH缺乏缺乏,从而阻断从而阻断DNA的合成，杀死癌细胞。的合成，杀死癌细胞。HSVTK催化能

17、力可以通过催化能力可以通过基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种基因突变来提高。从大量的随机突变中进行筛选出一种酶酶,在酶活性部位附近有在酶活性部位附近有6个氨基酸被替换，催化能力个氨基酸被替换，催化能力20倍以上。倍以上。异想天开异想天开能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基能不能根据人类需要的蛋白质的结构，设计相应的基因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋因，导入合适的细菌中，让细菌生产人类所需要的蛋白质食品呢？白质食品呢？理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些理论讲可以，但目前还没有真正成功的例子。一些理论讲可以

18、，但目前还没有真正成功的例子。一些报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然报道利用细菌生产人类需要的蛋白质往往都是自然界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而界已经存在的蛋白质，并非完全是人工设计出来而自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结自然不存在的蛋白质。主要原因是蛋白质的高级结构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在

19、生物体构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体构非常复杂，人类对蛋白质的高级结构和在生物体内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而内如何行使功能知之甚少，很难设计出一个崭新而又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋又具有生命功能作用的蛋白质，而且一个崭新的蛋白质会带来什么危害也是人们所担心的。白质会带来什么危害也是人们所担心的。白质会带来什么危害也是人们所担心的。白

20、质会带来什么危害也是人们所担心的。1 关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法关于生物体内存在的天然蛋白质，下列说法不正确的是（不正确的是（）A是生物在长期进化过程中形成的是生物在长期进化过程中形成的B它们的结构和功能符合特定物种生存的需要它们的结构和功能符合特定物种生存的需要C构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有构成天然蛋白质的氨基酸目前发现的有20种种D一定完全符合人类生产和生活的需要一定完全符合人类生产和生活的需要练习检测练习检测D2蛋白质工程中蛋白质工程中直接直接需要进行操作的对象是需要进行操作的对象是 氨基酸结构氨基酸结构 B蛋白质空间结构蛋白质空间结构 C肽链结构肽链结构 D基因结构基

21、因结构 3下列关于蛋白质工程的说法下列关于蛋白质工程的说法错误错误的是（）的是（）A蛋蛋白白质质工工程程能能定定向向改改造造蛋蛋白白质质分分子子的的结结构构，使使之之更更加符合人类的需要加符合人类的需要B蛋蛋白白质质工工程程是是在在分分子子水水平平上上对对蛋蛋白白质质分分子子直直接接进进行行操作，定向改变分子的结构操作，定向改变分子的结构C蛋蛋白白质质工工程程能能产产生生出出自自然然界界中中不不曾曾存存在在过过的的新新型型蛋蛋白质分子白质分子D蛋蛋白白质质工工程程与与基基因因工工程程密密不不可可分分，又又被被称称为为第第二二代代基因工程基因工程4 4、以下关于蛋白质工程的说法正确的是（）、以下

22、关于蛋白质工程的说法正确的是（）A A、蛋白质工程以基因工程为基础、蛋白质工程以基因工程为基础B B、蛋白质工程就是酶工程的延伸、蛋白质工程就是酶工程的延伸C C、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造、蛋白质工程就是用蛋白酶对蛋白质进行改造D D、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质、蛋白质工程只能生产天然的蛋白质 5 5、蛋白质工程的基本流程正确的是（）、蛋白质工程的基本流程正确的是（）蛋蛋白白质质分分子子结结构构设设计计DNA合合成成预预期期蛋蛋白白质质功能功能根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列根据氨基酸序列推出脱氧核苷酸序列 A B C D6 6、蛋蛋白白质质工工程程是是在在基基因因工工程程基

23、基础础上上，延延伸伸出出来来的的第第二二代代基基因因工工程程，其其结结果果产产生生的的蛋蛋白白质质是是（）（）A氨基酸种类增多氨基酸种类增多 B氨基酸种类减少氨基酸种类减少C仍为天然存在蛋白质仍为天然存在蛋白质 D可合成天然不存在蛋白质可合成天然不存在蛋白质7、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法、关于蛋白质工程的进展和应用，下列说法不正确的是（不正确的是（）A科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为科学家通过对胰岛素的改造，已使其成为速效药品速效药品B生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工生物和材料科学家正积极探索将蛋白质工程应用于微电子方面程应用于微电子方面C蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被

24、蛋白质工程技术已经非常成熟，目前正被大力推广应用大力推广应用D蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前蛋白质工程是一项难度很大的工程，目前成功的例子不多成功的例子不多C（一）蛋白质工程的内容（一）蛋白质工程的内容（一）蛋白质工程的内容（一）蛋白质工程的内容 蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需蛋白质工程的内容主要有两方面：一是根据需要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；要设计具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能二是确定蛋白质的化学组成及空间结构与生物功能之间的关系之间的关系 实施蛋白质工程的实施蛋白质工程的前提条件是了解蛋白质前提条件是了解蛋

25、白质的结构和功能的关系。的结构和功能的关系。（1 1）从生物体中分离）从生物体中分离纯化目的蛋白纯化目的蛋白；（2 2）测定测定其氨基酸其氨基酸序列序列；（3 3）借借助助核核磁磁共共振振和和X X射射线线晶晶体体衍衍射射等等手手段段，尽尽可可能能地地了了解解蛋蛋白质的二维重组和白质的二维重组和三维晶体结构三维晶体结构;（4 4）设计各种处理条件，了解蛋白质的）设计各种处理条件，了解蛋白质的结构变化结构变化，包括折叠与，包括折叠与去折叠等对其去折叠等对其活性与功能活性与功能的影响；的影响；（5 5）设计设计编码该蛋白的编码该蛋白的基因改造方案基因改造方案，如，如点突变点突变；（6 6）分离、纯

26、化）分离、纯化新蛋白新蛋白，功能检测后投入实际使用。，功能检测后投入实际使用。（二）蛋白质工程的主要步骤通常包括：（二）蛋白质工程的主要步骤通常包括：（二）蛋白质工程的主要步骤通常包括：（二）蛋白质工程的主要步骤通常包括：蛋白质的蛋白质的一级一级结构结构 蛋白质的蛋白质的二级二级结构结构 胰胰岛岛素素的的三三级级结结构构血红蛋白质的血红蛋白质的四级四级结构结构 血红蛋白分子就是由血红蛋白分子就是由二个由二个由141个氨基酸个氨基酸残基组成的残基组成的亚基亚基和二和二个由个由146个氨基酸残个氨基酸残基组成的基组成的亚基亚基按特定按特定的接触和排列组成的的接触和排列组成的一个球状蛋白质分子，一个

27、球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素含亚铁离子的血红素辅基。辅基。一级结构一级结构一级结构一级结构又称初级结构（又称初级结构（primary structure），），指形成肽链的氨基酸序列指形成肽链的氨基酸序列，即指蛋白质分子中氨，即指蛋白质分子中氨基酸残基的顺序，包括肽链中氨基酸的数目、种类和顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接基酸残基的顺序，包括肽链中氨基酸的数目、种类和顺序。肽键是蛋白质中氨基酸之间的主要连接方式，即由一个氨基酸的方式，即由一个氨基酸的-氨基和另一个氨基酸的氨基和另一个氨基酸的-羧基之间脱去一分子水相互连接。肽键具有部羧基之间脱去一

28、分子水相互连接。肽键具有部分双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结构。在多肽链的含有游离氨基的一端称为肽链分双键的性质，所以整个肽单位是一个刚性的平面结构。在多肽链的含有游离氨基的一端称为肽链的氨基端或的氨基端或N端，而另一端含有一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或端，而另一端含有一个游离羧基的一端称为肽链的羧基端或C端。蛋白质一级结构的端。蛋白质一级结构的改变可使其二级结构（改变可使其二级结构（secondary structure）和蛋白质的功能发生变化。例如，血红蛋白中一个）和蛋白质的功能发生变化。例如，血红蛋白中一个特定氨基酸的改变可导致镰形细胞贫血症（特定氨基酸的改变可导致镰形

29、细胞贫血症（sickle cell anemia）的发生，其根源就是其一级结构）的发生，其根源就是其一级结构的变化（一个氨基酸的改变）改变了血红蛋白的结构和功能。蛋白质的一级结构是由编码它的基因的变化（一个氨基酸的改变）改变了血红蛋白的结构和功能。蛋白质的一级结构是由编码它的基因确定的，不同生物同种（或同源）蛋白质一级结构之间的差别可以反映出它们的进化关系，即一级确定的，不同生物同种（或同源）蛋白质一级结构之间的差别可以反映出它们的进化关系，即一级结构中氨基酸序列的差别越小，说明它们的亲缘关系就越近。结构中氨基酸序列的差别越小，说明它们的亲缘关系就越近。二级结构二级结构二级结构二级结构是是指多

30、肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构指多肽链骨架盘绕折叠所形成的有规律性的结构。最基本的二级结构类型有。最基本的二级结构类型有-螺旋结构螺旋结构和和-折叠结构，两种构象均由氢键维持。此外还有折叠结构，两种构象均由氢键维持。此外还有-转角和自由回转。右手转角和自由回转。右手-螺旋结构是在纤维蛋螺旋结构是在纤维蛋白和球蛋白中发现的最常见的二级结构白和球蛋白中发现的最常见的二级结构,每圈螺旋含有每圈螺旋含有3.6个氨基酸残基，螺距为个氨基酸残基，螺距为0.54nm,螺旋中的螺旋中的每个肽键均参与氢键的形成以维持螺旋的稳定。每个肽键均参与氢键的形成以维持螺旋的稳定。-折叠结构也是一种常见的二级结构，

31、在此结构中，折叠结构也是一种常见的二级结构，在此结构中，多肽链以较伸展的曲折形式存在，肽链（或肽段）的排列可以有平行和反平行两种方式。氨基酸之多肽链以较伸展的曲折形式存在，肽链（或肽段）的排列可以有平行和反平行两种方式。氨基酸之间的轴心距为间的轴心距为0.35nm,相邻肽链之间借助氢键彼此连成片层结构。超二级结构是指蛋白质分子中的相邻肽链之间借助氢键彼此连成片层结构。超二级结构是指蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中形成有规则的二级结构聚集体。结构域是介于二级结构和三级结构之间的一种多肽链在三维折叠中形成有规则的二级结构聚集体。结构域是介于二级结构和三级结构之间的一种结构层次，是指蛋白质亚基结构中

32、明显分开的紧密球状结构区域。结构层次，是指蛋白质亚基结构中明显分开的紧密球状结构区域。蛋白质的蛋白质的三级结构三级结构三级结构三级结构是整个多肽链的三维构象，它是是整个多肽链的三维构象，它是在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠卷曲形在二级结构的基础上，多肽链进一步折叠卷曲形成复杂的球状分子结构成复杂的球状分子结构。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，这类蛋白质的多肽链在三维空间。具有三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，这类蛋白质的多肽链在三维空间中沿多个方向进行盘绕折叠，形成十分紧密的近似球形的结构，分子内部的空间只能容纳少数水分中沿多个方向进行盘绕折叠，形成十分紧密的近似球形的结构，分子内部的空

33、间只能容纳少数水分子，几乎所有的极性子，几乎所有的极性R基都分布在分子外表面，形成亲水的分子外壳，而非极性的基团则被埋在分基都分布在分子外表面，形成亲水的分子外壳，而非极性的基团则被埋在分子内部，不与水接触。蛋白质分子中侧链子内部，不与水接触。蛋白质分子中侧链R基团的相互作用对稳定球状蛋白质的三级结构起着重要基团的相互作用对稳定球状蛋白质的三级结构起着重要作用。作用。蛋白质的蛋白质的四级结构四级结构四级结构四级结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的聚合体结构指数条具有独立的三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的聚合体结构。在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构

34、的皑链称为亚基或亚单位，缺少一个亚基或亚基在具有四级结构的蛋白质中，每一条具有三级结构的皑链称为亚基或亚单位，缺少一个亚基或亚基单独存在都不具有活性。四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。单独存在都不具有活性。四级结构涉及亚基在整个分子中的空间排布以及亚基之间的相互关系。2.2.基因工程基因工程是遵循中心法则，是遵循中心法则，从从DNADNAmRNAmRNA蛋白质蛋白质折叠产生折叠产生功能功能，基本上是，基本上是生产生产出出自然界已有的蛋自然界已有的蛋白质白质。蛋白质工程是按照以下思路进行的：蛋白质工程是按照以下思路进行的：确定蛋白质的功能确定蛋白质的功能蛋白质应有的蛋

35、白质应有的高级结构高级结构蛋白质应具备的折叠状态蛋白质应具备的折叠状态应有的氨基酸序列应有的氨基酸序列应有的碱基排列应有的碱基排列，可以可以创造自然界不存在的蛋白质创造自然界不存在的蛋白质。思考与探究思考与探究 3.3.酶工程酶工程就是指将酶所具有的生物催化就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。门科学技术。概括地说，酶工程是由概括地说，酶工程是由酶制剂的生酶制剂的生产和应用产和应用两方面组成的。酶工程的应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于主要集中于食品

36、工业、轻工业以及医药食品工业、轻工业以及医药工业工业中。中。通常所说的通常所说的酶工程是用工程菌生产酶制剂酶工程是用工程菌生产酶制剂，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，而没有经过由酶的功能来设计酶的分子结构，然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序然后由酶的分子结构来确定相应基因的碱基序列等步骤。因此，列等步骤。因此，酶工程的重点在于对已存酶酶工程的重点在于对已存酶的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于的合理充分利用，而蛋白质工程的重点则在于对已存在的蛋白质分子的改造对已存在的蛋白质分子的改造。当然，随着蛋。当然，随着蛋白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，白质工程的发展，其成果也会应用到酶工程中，使酶工程成为蛋白质工程的一部分。使酶工程成为蛋白质工程的一部分。