食品与蛋白质工程
31页1、食品与蛋白质工程,概述,蛋白质是对生命至关重要的一类生物大分子物质,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、运动、结构、识别和调节等许多方面,起着关键的作用。,酶.几乎全都是蛋白质。肌肉收缩、精子移动、细胞分裂过程中的染色体移动.高等生物的有序生长和分化过程。抗体蛋白能识别和结合特异性的外源物质,使人体具备抵抗各种细菌、真菌和病毒的能力。由神经细胞膜蛋白构成的离子通道,负责神经冲动的形成和传导。血红蛋白具有结合和释放氧的能力,是血液中氧、二氧化碳和氢离子的携带者。另外,人体的毛发和指甲属于角蛋白,而血栓是由血纤蛋白单体聚合而成的。,蛋白质的生物学功能,1.催化功能:酶2.调节功能:激素3.结构功能:皮、毛、骨、牙、细胞骨架4.运输功能:血红蛋白5.免疫功能:免疫球蛋白6.运动功能:鞭毛、肌肉蛋白7.储藏功能:酪蛋白8.生物膜功能:及神经传导等,蛋白质是生命的体现者,离开了蛋白质,生命将不复存在。可是,生物体内存在的天然蛋白质,有的往往不尽人意,需要进行改造。由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的,每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序,所以改变其中关键的氨基
2、酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的,只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要,对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计,使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。,第一节 概述,一、蛋白质工程的涵义 1.狭义:指通过改造与蛋白质相应的基因中的碱基顺序,或设计合成新的基因,将它克隆至受体细胞中,通过基因表达而获得具有新的特性的蛋白质(酶)技术。 2.广义:P56这是一门从改变基因入手,定做新的蛋白质的技术。故有人将其称为“第二代基因工程”1983年,美国生物学家额尔默(Ulmer)首先提出了“蛋白质工程”的概念。,根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质;确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系;从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能,设计合成具有特定生物功能的全新蛋白质。,二、蛋白质工程研究的主要内容,三、理性分子设计和非理性分子设计,1.理性分子设计: 在已知蛋白质结构与功能的基础上,利用改变基因中某个或某些特定核苷酸的序列,对最可能影响蛋白质功能与性质的基因序列进行定位突变,有目的地改变蛋
3、白质的某一两个氨基酸残基或模块,从而构建全新的蛋白质分子的技术。(P57),2.非理性分子设计:在不清楚蛋白质三维结构和作用机制的情况下,在实验室条件下模拟自然进化的过程,在一定条件下使基因发生大量变异,然后通过多轮高通量的筛选方法定向选择出所需要的特性突变我,得到具有预期新蛋白质的技术。(P57),四、蛋白质工程的应用,1.提高酶的稳定性2.提高酶的活力3.改变酶的选择性,改变酶的催化活性,酪氨酰tRNA合成酶,改造,活力,25倍,改变酶的专一性,Cys,改造,通过引入“工程二硫键”稳定溶菌酶构成活性中心的两个结构域的相对位置,增强酶的稳定性;定位突变提高其半衰期。采用盒式突变使葡萄糖异构酶分子中酸性氨基酸集中区域用碱性氨基酸替代,从而改变酶作用的最适pH环境。,干扰素是一种抗病毒、抗肿瘤的药物。将人的干扰素的cDNA在大肠杆菌中进行表达,产生的干扰素的抗病毒活性为106 U/mg,只相当于天然产品的十分之一,虽然在大肠杆菌中合成的-干扰素量很多,但多数是以无活性的二聚体形式存在。为什么会这样?如何改变这种状况?研究发现,-干扰素蛋白质中有3个半胱氨酸(第17位、31位和141位),
4、推测可能是有一个或几个半胱氨酸形成了不正确的二硫键。研究人员将第17位的半胱氨酸,通过基因定点突变改变成丝氨酸,结果使大肠杆菌中生产的-干扰素的抗病性活性提高到108 U/mg,并且比天然-干扰素的贮存稳定性高很多。,第二节 理性分子设计和定位突变技术,一、理性分子设计的主要步骤:(1)从生物体中分离纯化目的蛋白;(2)测定其氨基酸序列;(3)借助核磁共振和X射线晶体衍射等手段,尽可能地了解蛋白质的二维重组和三维晶体结构;,(4)设计各种处理条件,了解蛋白质的结构变化,包括折叠与去折叠等对其活性与功能的影响;(5)设计编码该蛋白的基因改造方案,如点突变;(6)分离、纯化新蛋白,功能检测后投入实际使用。,二、定位突变,定位突变:在已知蛋白质结构与功能的基础上,在已知DNA序列中取代、插入或删除特定的核苷酸,从而产生具有新性状的蛋白质分子的一种蛋白质工程技术。,三、定位突变在酶结构改造中的应用,(一)淀粉酶B. licheniformmis -淀粉酶的双突变体 A209V/H133T,酶在 90的半衰期延长了 9 倍。Mitchinson 等人用定点突变和高通量筛选的方法得到了一个突变体,
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