蛋白质工程第一章 绪论.ppt
《蛋白质工程第一章 绪论.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《蛋白质工程第一章 绪论.ppt(79页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、蛋白质工程 Protein Engineering,具备的知识基础:分子生物学、细胞生物学、 生物化学、微生物学、 细胞学及化工、计算技术等,蛋白质工程,课程的主要任务: 1掌握蛋白质工程科学的基本原理、基础知识、 基本技能 2熟悉蛋白质工程研究的主要方法和技术 3了解蛋白质工程领域的研究方向与最新研究 成果,蛋白质工程,第一章绪论 第二章蛋白质结构基础 第三章蛋白质分子设计 第四章蛋白质的修饰和表达 第五章蛋白质理化性质和结构解析 第六章蛋白质的分离纯化与鉴定 第七章生物技术在蛋白质工程中的应用 第八章蛋白质工程的实际应用,蛋白质工程,第一章 绪论,内容 (1)蛋白质化学 (2)蛋白质工程
2、2基本要求 知道蛋白质的概念, 了解蛋白质的生物学功能; 掌握蛋白质工程的概念;蛋白质工程与基因工程的联系和区别,绪论,A 蛋白质化学 B 蛋白质工程概念 C 蛋白质工程操作流程 D 蛋白质工程研究方向 E 蛋白质数据库 F 蛋白质工程研究成果及存在问题 G 基因工程概念 H 蛋白质工程与基因工程的联系与区别,Protein: G. J. Mulder 在1838年首次提出。蛋白质是细胞原生质的主要组成成分,其与核酸一起共同构成了生命的物质基础 概念:蛋白质是由20种a-氨基酸组成的高分子有机物质,在体内执行多种生理功能,蛋白质化学,一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质的分类 三、蛋白质的大小与分
3、子量 四、蛋白质的功能 五、蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次,蛋白质化学,一、蛋白质的元素组成,C H O N S ( 50%) (7%) (23%) (16%) (03%),Others: P、Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Se、I,蛋白质氮元素的含量都相当接近,一般在15%17,平均为16,这是凯氏定氮法测定蛋白质含量的计算基础。,6 .25 16的倒数,每测定g 氮相当于6 .25g的蛋白质。也就是1 g 氮所代表的蛋白质量(克数),蛋白质含量蛋白氮6 .25,一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质的分类 三、蛋白质的大小与分子量 四、蛋白质的功能 五、蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次,蛋白质
4、化学,蛋白质的分类 (Classification of proteins),(一).依分子形状分类 (Classified according to shape) 球状蛋白质:血红蛋白、血清球蛋白 纤维状蛋白质:胶蛋白、丝蛋白等,(二).依蛋白质组成 (Classified according to composition) 简单蛋白质:水解为-氨基酸 结合蛋白质:单纯蛋白质+辅基 如色蛋白、糖蛋白、磷蛋白等,(三).依蛋白质溶解度 (Classified according to solubility) 清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、精蛋白、组蛋白、硬蛋白,(四).依蛋白质功能 (Cl
5、assified according to function) 活性蛋白质 非活性蛋白质,一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质的分类 三、蛋白质的大小与分子量 四、蛋白质的功能 五、蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次,蛋白质化学,蛋白质的大小与分子量,蛋白质分子量的变化范围很大,从大约60001000000道尔顿(Da)或更大。 某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基(多肽链)通过非共价结合而成,称寡聚蛋白质。有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百万甚至数千万道尔顿。 分子量6000时,有完整的生物学功能,至少40个aa。 分子量6000时,不完全有生物学功能。,一、蛋白质的元素组成 二、蛋白质的分类 三、
6、蛋白质的大小与分子量 四、蛋白质的功能 五、蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次,蛋白质化学,蛋白质的生物功能 Proteins have many different biological functions,1) 酶的催化功能(Enzymatic catalysis) Fireflies emit light catalyzed by luciferase(荧光素酶)with ATP,2) 运输和储存功能 Transport and storage,Erythrocytes(红细胞) contain a large amount of hemoglobins(血红蛋白), the oxygen
7、-transporting protein.,3) 机械功能(Mechanical functions),4) 运动功能(Movement),striated skeletal muscle cell,5).信息传递功能 (Information processing),Simple Anatomy of the Retina, 蛋白质的生物学意义,蛋白质是一切生物细胞和组织的主要组成部分,是生命活动所依据的物质基础 2.生物的各种生物功能也都靠蛋白质体现。如细胞结构、生物催化、物质传输、运动、防御、调控以及记忆、识别等方面,1)发现了数千种不同功能和来源的蛋白质 2)其中上千种蛋白质的氨基酸
8、排列顺序已被测定出来 3)上百种已获得高分辨的分子结构解析图 这些成就,特别是蛋白质结构与功能的特殊联系方 面的成就, 为改造蛋白质奠定了关键的基础,蛋白质化学的研究成果,绪论,A 蛋白质化学 B 蛋白质工程概念 C 蛋白质工程操作流程 D 蛋白质工程研究方向 E 蛋白质数据库 F 蛋白质工程研究成果及存在问题 G 基因工程概念 H 蛋白质工程与基因工程的联系与区别,诞生: 一张蓝图 上世纪70年代,结构生物学揭示了大量蛋白质分子的精确立体结构及其与复杂生物学功能的关系,为设计改造天然蛋白质提供了蓝图。 一项工具 分子遗传学发展了以定点诱变为中心的基因操作技术,为通过基因修饰改造蛋白质提供了工
9、具。,蛋白质工程,蛋白质工程,诞生的标志: 1982年,Winter通过基因定位右边得到了改性的酪氨酸tRNA合成酶。 1983年,Ulmer在“Science”上发表以“Protein Engineering” (蛋白质工程)为题的专论,一般将此视为蛋白质工程诞生的标志。,主要内容: 1)根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的 蛋白质 2)确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间 的关系 基本目的: 1)实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物 功能 2)设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质,蛋白质工程,定义: 以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础,通过有控制的修饰和合
10、成,对现有蛋白质加以定向改造,设计、构建并最终生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更加符合人类社会需要的新型蛋白质。,蛋白质工程,绪论,A 蛋白质化学 B 蛋白质工程概念 C 蛋白质工程操作流程 D 蛋白质工程研究方向 E 蛋白质数据库 F 蛋白质工程研究成果及存在问题 G 基因工程概念 H 蛋白质工程与基因工程的联系与区别,蛋白质工程操作流程,纯化蛋白质,合成寡核苷酸,晶体结构模型,蛋白质结构功能研究,基因文库,克隆化基因,计算机辅助设计,M13克隆,分子性质及分子定向改造方案,DAN序列,分子测试性质,表达载体,纯化突变型蛋白质,突变体,绪论,A 蛋白质化学 B 蛋白质工程概念 C 蛋
11、白质工程操作流程 D 蛋白质工程研究方向 E 蛋白质数据库 F 蛋白质工程研究成果及存在问题 G 基因工程概念 H 蛋白质工程与基因工程的联系与区别,1)蛋白质结构分析 2)蛋白质结构预测 3)改造或创造新蛋白质,主要研究方向,1、蛋白质结构分析(研究核心) 1)收集大量的蛋白质分子结构的信息 2)建立结构与功能之间关系的数据 3)蛋白质结构与功能之间关系的理论研究 三维空间结构的测定是证明新结构改变了原有生物功能的必需手段,蛋白质工程,主要事件: 1934年,胃蛋白酶的x射线衍射照片 J.Bernal 1957年,肌红蛋白晶体结构 Kendrew 1956年,维生素B12晶体结构 D.C.H
12、odhkin 1959年,血红蛋白晶体结构 Perutz,蛋白质结构分析,主要技术: 晶体学技术(x射线晶体结构分析): 1、对原材料的要求: 具有高度的均一性;影响因素有金属离子、辅酶或一些成 键的辅助集团的变化或缺失;蛋白质的酶解、氧化和还原;蛋 白质的聚合效应等 2、晶体生长的生化条件:pH值、离子强度、沉淀剂 和添加剂的浓度等因素 缺陷需要分离出足够量的纯蛋白质(毫克),制备出单晶 体,然后再进行繁杂的数据收集、计算和分析,蛋白质结构分析,主要技术: 多维核磁共振波谱技术: 二维同核核磁共振方法:对氢原子核的二维核磁共振信号进行分析,主要用于类蛋白质 多维异核核磁共振方法:1H、13C
13、、15N,主要用于分子量高于10kDa的蛋白质和螺旋的多肽 优点:样品要求低(蛋白质可溶性、高稳定性); 分析液态下的肽链结构。已经从一维发展到三维, 在计算机的辅助下,可以有效地分析并直接模拟出蛋白 质的空间结构、蛋白质与辅基和底物结合的情况以及酶 催化的动态机理。可以更有效地分析蛋白质的突变 缺点:仅限于分子量较小的蛋白质,蛋白质结构分析,研究现状 蛋白质空间结构的测定已经成为生命科学的“瓶颈” 美国NIH计划测定1万个蛋白质晶体结构; 日本RIKEN将建16台高分辨率核磁共振仪,用来测定 小分子蛋白质结构。 技术上的障碍:在克隆、表达、纯化和结晶过程中,大 约20个蛋白质中能得到1个可供
14、结构测定的晶体,并且 一些蛋白质(膜蛋白)根本不可能被结晶。 现阶段主要研究手段 根据氨基酸序列从理论上计算其相应空间结构成为蛋白 质领域内科学家们的奋斗目标,蛋白质结构分析,主要研究方向: 1)蛋白质结构分析 2)蛋白质结构预测 3)改造或创造新蛋白质,蛋白质工程,2、结构预测 1)对天然蛋白质结构与功能分析建立起来的数据库里的数据,可以预测一定氨基酸序列肽链空间结构和生物功能 2)根据特定的生物功能,设计蛋白质的氨基酸序列和空间结构,蛋白质工程,1、理论分析方法或从头算方法(Ab initio): 假设折叠后的蛋白质取能量最低的构象 2、统计方法: 对已知结构的蛋白质进行统计分析,建立序
15、列到结构的映射模型,进而根据映射模型对 未知结构的蛋白质直接从氨基酸序列预测结构。 这一类方法包括经验性方法、结构规律提取方 法、同源模型化方法等,蛋白质结构预测,主要技术: 分子动力学、分子热力学等,根据能量最低、同一位置不能同时存在两个原子等基本原则分析计算蛋白质分子的立体结构和生物功能 研究现状:尚在起步阶段,蛋白质结构预测,主要研究方向: 1)蛋白质结构分析 2)蛋白质结构预测 3)改造或创造新蛋白质,蛋白质工程,创造和改造蛋白质: 1)物理、化学法:对蛋白质进行变性、复性处理,修饰蛋白质侧链官能团,分割肽链,改变表面电荷分布促进蛋白质形成一定的立体构像等等 2)生物化学法:使用蛋白酶
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 蛋白质工程第一章 绪论 蛋白质 工程 第一章
链接地址:https://www.31doc.com/p-2539361.html