蛋白质工程 袁家康18307130155 、技术原理 通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究,获得有关蛋白质 理化特性和分子特性的信息,在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计 和改造,获得能表达所需蛋白质的基因序列,通过基因工程技术获得可以表达所 需蛋白质的转基因生物系统,从而得到蛋白质。 其基本途径为:从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→找到相 应的RNA序列→找到相应的DNA序列 蛋白质工程 DNA合成 分子设计 基因 氨基酸序列 蛋白质 预期功能 折叠L三雄结构 生物功能 B 中心法則 蛋白质工程的核心内容之一为收集大量的蛋白质信息,建立结构与功能之间 关系的数据库,可以利用晶体学知识及核磁共振分析蛋白质的结构。 根据对天然蛋白质结构与功能分析建立的数据库,可以预测一定氨基酸序列 肽链空间结构和生物功能之间的关系,用以设计预测蛋白质的结构和功能 采用基因重组或人工改造DNA不但可以改造蛋白质,而且可以实现从头合 成全新的蛋白质。 蛋白质结构 基因工程
蛋白质工程 袁家康 18307130155 一、技术原理 通过对蛋白质化学、蛋白质晶体学和蛋白质动力学的研究，获得有关蛋白质 理化特性和分子特性的信息，在此基础上对编码蛋白质的基因进行有目的的设计 和改造，获得能表达所需蛋白质的基因序列，通过基因工程技术获得可以表达所 需蛋白质的转基因生物系统，从而得到蛋白质。 其基本途径为：从预期的蛋白质功能出发→设计预期的蛋白质结构→找到相 应的 RNA 序列→找到相应的 DNA 序列 蛋白质工程的核心内容之一为收集大量的蛋白质信息，建立结构与功能之间 关系的数据库，可以利用晶体学知识及核磁共振分析蛋白质的结构。 根据对天然蛋白质结构与功能分析建立的数据库，可以预测一定氨基酸序列 肽链空间结构和生物功能之间的关系，用以设计预测蛋白质的结构和功能。 采用基因重组或人工改造 DNA 不但可以改造蛋白质，而且可以实现从头合 成全新的蛋白质。 蛋白质结构 基因工程
利用PCR可以扩增改造后的DNA,之后利用基因工程技术构造可以合成所 需蛋白质的生物体。 二、技术应用 (1)在抗体工程中的应用 抗体工程的出发点是改善抗体的特异性、亲和性以及在受体细胞中的可生产 性。也包括使其特性扩展,可同时作用于不同的抗原。对于很多应用而言,只改 变亲和性是不够的。在一些应用中,特别小的抗体片段是必需的;鼠抗体必须改 成人抗体;再者,增加抗体分子对蛋白酶的稳定性以及正确折叠都是重要的考虑 以单克隆鼠抗体为例,必须将抗体变小,使片段稳定,并使鼠源抗体人源化 利用蛋白质工程的嵌合抗体技术,将鼠单抗的恒定区换成人抗的恒定区,这样的 嵌合抗体的恒定区来源于人,因而它对于激活人免疫系统的某些辅助功能更有 (2)抗体酶的研究 抗体具有专一性,将催化水解反应的抗体酶研究深入下去,极有可能得到 种新型蛋白酶,这种抗体酶在医学上可用来专一破坏病毒蛋白质及清除体内“垃 圾 这就需要人为地制造一种蛋白质,如:以某个生化反应的过渡态类似物来诱 导免疫反应,产生特定抗体酶,以治疗某种酶先天性缺陷的遗传病。抗体酶能有 选择地使病毒外壳蛋白的肽键裂解,从而防止病毒与靶细胞结合 Pa标记抗半抗原抗体 一半抗原标记特异抗体 组织抗原 抗体酶 (3)药物中的应用 某些蛋白质类药物保存时间有限,如干扰素。干扰素具有抗病毒、抑制细胞 增殖、调节免疫以及抗肿瘤作用。对肿瘤的治疗有很大帮助。但干扰素在体外很 难保存。利用蛋白质工程原理,将半胱氨酸残基改造为苏氨酸残基,使其可以在 70摄氏度的环境下保存半年。 又如,胰岛素在高浓度时以二聚体形式存在,低浓度时时主要以单体形式存 在。设计速效胰岛素原则就是避免胰岛素形成聚合体。类胰岛素生长因子一I(IGF I)的结构和性质与胰岛素具有高度的同源性和三维结构的相似性,但IGF-I 不形成二聚体。IGF一I的B结构域(与胰岛素B链相对应)中B28-B29氨基酸
利用 PCR 可以扩增改造后的 DNA，之后利用基因工程技术构造可以合成所 需蛋白质的生物体。 二、技术应用 （1）在抗体工程中的应用 抗体工程的出发点是改善抗体的特异性、亲和性以及在受体细胞中的可生产 性。也包括使其特性扩展，可同时作用于不同的抗原。对于很多应用而言，只改 变亲和性是不够的。在一些应用中，特别小的抗体片段是必需的；鼠抗体必须改 成人抗体；再者，增加抗体分子对蛋白酶的稳定性以及正确折叠都是重要的考虑。 以单克隆鼠抗体为例，必须将抗体变小，使片段稳定，并使鼠源抗体人源化。 利用蛋白质工程的嵌合抗体技术，将鼠单抗的恒定区换成人抗的恒定区，这样的 嵌合抗体的恒定区来源于人，因而它对于激活人免疫系统的某些辅助功能更有 效。 （2）抗体酶的研究 抗体具有专一性，将催化水解反应的抗体酶研究深入下去，极有可能得到一 种新型蛋白酶，这种抗体酶在医学上可用来专一破坏病毒蛋白质及清除体内“垃 圾”。 这就需要人为地制造一种蛋白质，如：以某个生化反应的过渡态类似物来诱 导免疫反应，产生特定抗体酶，以治疗某种酶先天性缺陷的遗传病。抗体酶能有 选择地使病毒外壳蛋白的肽键裂解，从而防止病毒与靶细胞结合。 抗体酶 （3）药物中的应用 某些蛋白质类药物保存时间有限，如干扰素。干扰素具有抗病毒、抑制细胞 增殖、调节免疫以及抗肿瘤作用。对肿瘤的治疗有很大帮助。但干扰素在体外很 难保存。利用蛋白质工程原理，将半胱氨酸残基改造为苏氨酸残基，使其可以在 -70 摄氏度的环境下保存半年。 又如，胰岛素在高浓度时以二聚体形式存在，低浓度时时主要以单体形式存 在。设计速效胰岛素原则就是避免胰岛素形成聚合体。类胰岛素生长因子－I(IGF －I)的结构和性质与胰岛素具有高度的同源性和三维结构的相似性，但 IGF－I 不形成二聚体。IGF－I 的 B 结构域（与胰岛素 B 链相对应）中 B28－B29 氨基酸
序列与胰岛素B链的B28-B29相比,发生颠倒。因此,将胰岛素B链改为B28Lys B29Pro,获得单体速效胰岛素。 三、技术优缺点 优点:基因工程理论上只能生产自然界已有蛋白质。而天然存在蛋白质是生 物在长期进化过程中形成的,他们的结构和功能符合特定物种生存的需要,不 定完全符合人类生产生活的需要。蛋白质工程可以人为设计蛋白质,改造天然蛋 白质或获得新的蛋白质,从而达到人们对蛋白质的要求 缺点:目前人类对蛋白质结构了解还较少,只能设计较简单的结构
序列与胰岛素 B 链的 B28－B29 相比，发生颠倒。因此，将胰岛素 B 链改为 B28Lys －B29Pro，获得单体速效胰岛素。 三、技术优缺点 优点：基因工程理论上只能生产自然界已有蛋白质。而天然存在蛋白质是生 物在长期进化过程中形成的，他们的结构和功能符合特定物种生存的需要，不一 定完全符合人类生产生活的需要。蛋白质工程可以人为设计蛋白质，改造天然蛋 白质或获得新的蛋白质，从而达到人们对蛋白质的要求。 缺点：目前人类对蛋白质结构了解还较少，只能设计较简单的结构