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蛋白質工程 版權信息
- ISBN：9787030376275
- 條形碼：9787030376275 ; 978-7-03-037627-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
蛋白質工程 內容簡介
全書共分六章，**章介紹作為蛋白質工程藍圖的蛋白質工程原理；第二章介紹蛋白質分子設計的方法；第三章的主要內容是進行蛋白質分子改造的分子生物學途徑；第四章介紹突變蛋白質的物理化學性質分析；第五章概要介紹測定突變和天然蛋白質結構的主要方法；第六章列舉了一些蛋白質工程的應用實例。
蛋白質工程 目錄
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系 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、蛋白質構象的多樣性 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系 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系 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、控釋體系 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、改性前后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 用于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范圍 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、用于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、分離與鑒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、噬菌體表面展示系統 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 蛋白質晶體的初步鑒定和挑選 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*佳化 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、細胞之間的關系 231
二、生物表面材料的構筑 234
三、組織工程中生物材料表面的構筑 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
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系 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、蛋白質構象的多樣性 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系 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系 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、控釋體系 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、改性前后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 用于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范圍 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、用于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、分離與鑒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、噬菌體表面展示系統 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 蛋白質晶體的初步鑒定和挑選 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*佳化 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、細胞之間的關系 231
二、生物表面材料的構筑 234
三、組織工程中生物材料表面的構筑 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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蛋白質工程 節選
**章 緒論 **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、內臟、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，將克隆后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系統內進行表達，從而產生符合人類設計需要的“突變型”蛋白質分子。這種蛋白質分子只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，應用于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。由于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。由于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系在一起的物質。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系是優質生產的重要手段。已知一種新的表達載體：可選擇抗體的絲狀噬菌體fd載體（antibody-selectable filamentous fd phage vector），它能將外源短肽表達并伸展到噬菌體的表面，可以用親和篩選法篩選表達特異肽序列的噬菌體，通過測定噬菌體的DNA序列，就可以知道所表達的肽段的氨基酸序列。因此，通過改變蛋白質的生產方式，或者通過修飾生產符合要求的蛋白質，以及大量的生產，以滿足社會對產品的要求。 2. 改良蛋白質的方法與技術體系研究 蛋白質的改造，從簡單的物理、化學法到復雜的可調控生物合成、隨機肽庫、定位突變與基因重組等有多種方法。蛋白質工程的技術包括基因工程技術和非基因工程技術。非基因工程技術主要指蛋白質氨基酸序列的化學修飾、體外化學合成，以及組合體外合成與化學改性技術改良天然蛋白質或篩選非天然突變蛋白質及其大規模生產的技術，如大豆蛋白紡絲技術。 蛋白質中的氨基酸是由基因中的三聯密碼決定的，只要改變其中的一個或兩個就可以改變氨基酸。通過改變某個位置的氨基酸，可以改進蛋白質的結構、穩定性或催化特性。利用基因的定點突變技術可以對外源基因進行改變，然后再表達突變后的產物，可用于研究蛋白質的結構與功能，篩選新的蛋白質。 3. 蛋白質改良中分子技術的應用 合理設計是蛋白質工程中使用的分子技術，而且現在也在廣泛的使用。要達到此目的要做好3個方面的工作：①要用結晶學技術來獲得蛋白質結晶體，然后利用X 射線技術對晶體進行測量、分析，確定蛋白質的三維結構；②要借助計算機對蛋白質進行選擇修飾，從氨基酸的化學結構預見空間結構，或者通過人工智能等其他方法來確定蛋白質和功能的關系，找到要修飾的位點；③通過對基因序列的了解，運用定點突變技術來進行堿基替換。通過此法可以改變蛋白質的功能，但要想獲得理想的蛋白質工程產物往往要經過多次分析、替換才能達到目的。 定向進化是蛋白質工程的新策略，它是在不需要事先了解蛋白質的空間結構的情況下通過模擬自然進化機制，以改進的誘變技術結合確定進化方向的選擇方法。定向進化實際就是隨機突變加上選擇，它與自然進化不同，整個過程都是在人為控制下進行的，并且還可以模擬真核細胞中DNA隨機拼接這一蛋白質進化過程來加速蛋白質的優化。因此，它能解決合理設計所不能解決的問題，在工業生產中的應用越來越受到重視。 4. 蛋白質開發與應用新途徑的研究 近年來，生物分子固定化技術—直是生物、化工、制藥等領域研究的熱點之一。固定化生物分子的種類繁多，由*初的蛋白質逐漸擴展到酶、多肽、氨基酸、DNA、RNA、抗體等具有生物活性的分子。隨著微生物固定化技術地不斷發展，各類新型生物傳感器不斷涌現，產生了微生物電極傳感器。自聚集和基因工程又提供了對大量分子或集合體進行復雜控制和處理的方法。生物電子器件可提供更有價值的潛力。由于細菌視紫紅質（bR）分子極好的物理和光學特性，變得穩定的bR質子成為高記錄密度的磁記錄介質的一個可替代記錄介質。 二、廣義蛋白質工程 廣義蛋白質工程，實際上是廣泛的蛋白質優質生產和高效利用的方法學研究，包括蛋白質的分離純化技術，蛋白質結構和功能的分析、設計和預測，通過基因重組或其他手段改造或創造蛋白質，以及蛋白質分子識別和蛋白質光電特性利用工程等。 1. 蛋白質的分離純化技術 蛋白質的分離純化技術是用生物工程下游技術從混合物中分離純化出所需要的目的蛋白質的方法。它是當代生物產業當中的核心技術，技術要求與成本都較高。例如，一個生物藥品的成本75%都用于下游蛋白質分離純化當中。因此，蛋白質的分離純化技術依然需要改進與發展。其常用技術有：各種沉淀技術、各種電泳技術、透析技術、各種層析技術等。 2. 蛋白質結構和功能的分析 *先要測定蛋白質的一級結構，其次進行結構的物理測定。物理測定主要有：X射線晶體學、核磁共振及冷凍電子顯微學。除了核磁共振以外，還有一些生物化學技術被用于測定二級結構，包括圓二色譜。冷凍電子顯微技術是近年來興起的一種獲得低分辨率（低于5A）蛋白質結構的方法。 3. 蛋白質結構和功能的設計和預測 當前蛋白質結構預測方法為比較建模法、折疊識別法、二級結構預測法和從頭預測方法，前3項是基于已有知識，后一項是從頭預測。按照其對模板的依賴與否主要分為兩類：模板依賴模型（template-based modeling）和從頭預測方法（ab initio）[或稱自由模型（free modeling）]。模板依賴模型又可以分為兩種模型：同源模型（或稱比較模型）和折疊識別模型（又稱穿線法）。當目標序列沒有同源結構時，進行蛋白質三維結構預測就必須使用從頭預測方法。 4. 通過基因重組改造或創造蛋白質 從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相對應的脫氧核糖核苷酸序列（DNA）。這是狹義的蛋白質工程，此后論述。 5. 蛋白質分子識別 分子印跡技術是制備具有分子識別能力聚合物的技術，由于具有構效預定性、特異識別性和廣泛實用性三大特性，而在分離純化、生物化學、生物藥學及醫學等許多領域具有廣闊的應用前景。分子印跡技術（molecular imprinting，MIT）是指為獲得在空間和結合位點上與目標分子（模板分子、印跡分子）完全匹配的聚合物（molecularly imprinted polymers，MIPs）的制備技術。蛋白質印跡聚合物是一種人工模擬抗體，與生物抗體相比較，具有對高溫、酸、堿耐受性強，在苛刻條件下可操作性及制作成本低、可重復使用等優點，目前已經在以下3個方面得到應用：①色譜分離；②抗體或受體模擬；③生物傳感器。 6. 蛋白質光電特性利用工程 在信息時代的今天，數字化運算是信息處理的必要手段。用細菌視紫紅質（簡稱菌紫質，bacteriorhodopsin，BR）膜進行光邏輯運算是目前研究熱點之一。菌紫質具有一系列特殊的光電和光學特性。菌紫質具有光致變色響應特性，即菌紫質在進行光循環過程中處于不同的中間態時所呈現的顏色各不相同。菌紫質在接受光照后，電極兩端會生成感應電動勢或在外接電路中產生位移電流。經測定，光照后會產生正的瞬時脈沖電流，并逐漸降到穩定值。當光照停止后，又會產生負的脈沖電流，正、負光電信號同時隨光照強度的變化而變化，這就是菌紫質的光電響應效應。科學工作者經過長年累月的實驗、分析和總結，現已初步摸清了它的本質，其快速光致變色響應特性已達到秒級（10-12s）水平，空間分辨率極高，并且具有超常的耐熱性，尤其讓人青睞的是它易于大量制取且不需采取特殊的保存手段。 三、狹義蛋白質工程 狹義蛋白質工程，特指應用基因工程的方法獲得蛋白質優質生產和高效利用的方法學研究。它是從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相對應的脫氧核糖核苷酸序列（DNA），進行基因工程學研究與改進。 1. 定點突變技術 定點突變技術（site-directed mutagenesis）是在已知DNA序列中取代、插入或刪除特定的核苷酸，從而改變酶的結構中的個別氨基酸殘基的技術。定點突變有的是改變特定的核苷酸，有的則是對一段*可能影響酶的功能與性質的基因序列進行隨機突變，從而產生一系列突變酶分子。定點突變技術有多種方法，如寡核苷酸引物介導的重組PCR 定點突變法、限制性內切核酸酶酶切片段取代法、盒式突變法和化學全合成法等。定點突變是在已知酶的結構與功能的基礎上，有目的地改變酶的某一活性基團或模塊，從而產生新性狀的酶，故又稱理性分子設計。 2. DNA改組技術 DNA改組技術（DNAshuffling）是體外同源重組的一種再組裝PCR 技術。它是將一群密切相關的序列，在DNaseⅠ作用下，隨機酶切成許多片段，這些小片段之間有部分重疊堿基序列，通過自身引導PCR （self-priming PCR），使這些小片段重新組裝成全長基因，建立突變文庫，對突變文庫進行篩選，選擇改良的突變體組成下一輪DNA改組的模板，重復多次重排與篩選，直到獲得性狀較為滿意的突變體。 3. 體外定向進化技術 定向進化的主要目的是在短時間內，獲取想篩選的突變體，即定向進化等于隨機突變加高通量篩選。酶的體外定向進化（direction evolution of enzyme in vitro），又稱分子進化（molecular evolution），就是在實驗室模擬自然進化機制（隨機突變、重組和自然選擇），通過容錯PCR （error-prone PCR）等方法，對編碼酶的基因進行隨機誘變，再通過高通量篩選或選擇方法定向選擇出性能更加優良的酶或創造出自然界所沒有的而且具有優良性質的新酶。定向進化與定點突變的不同點是它不需要已知酶的結構信息，因此該技術又稱非理性設計。 四、蛋白質工程學與其他學科的關系 1. 工程學 工程學是研究自然科學應用在各行業中的應用方式、方法的一門學科，同時也研究工程進行的一般規律，并進行改良研究。它賦予了蛋白質工程學的工科性質及其研究的應用方式、方法。由此，我們定義蛋白質工程學是研究蛋白質優質生產和高效利用的方式與方法的學科。 2. 基因工程 基因工程是通過基因操作把外源基因轉入適當的生物體內，并在其中進行表達，它的產品還是該基
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