第五章酶工程与蛋白质工程 练习题与参考答案 一、名词解释 1.酶工程：酶工程(enzyme engineering)是利用酶的催化特点，在工业上设计一定 的反应器和反应条件，有目的地生产人类需要的产品或服务于其他领域的一门技术性学科。 它是酶学和工程学相互渗透发展而成的，是从应用目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功 能并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术：它包括酶制剂的制备、酶分子的修饰与 改造，及酶的固定化等方面的内容。 2.酶：酶(enzyme)是由活细胞合成的，在机体内行使催化功能，具有活性中心和特 殊构象的生物催化剂。 3.核酶：核酶(Ribozyme)是化学本质为RNA或DNA的酶。 4.超滤：超滤是利用压力或离心力，强行使水和其它小分子物质通过半透膜，而蛋白 质被截留在膜上，以达到浓缩和脱盐的一种技术。 5.层析法：层析法(chromatography)又称色谱法、色层分离法，是利用待分离样品 中各组分的理化性质差异而建立起来的一种分离技术。其基本原理是：利用待分离的混合物 中各组分的理化性质（如吸附力、分子形状和大小、分子极性、分子亲和力、分配系数等） 差异，使各组分不同程度地分布在两个相中，其中一个相为固定的，称为固定相（可以是固 体或液体，如果是液体就必须附载到某个固体物质上，称为载体或担体)，另一个相则流过 此固定相，称为流动相（可为液体或气体）。在物质经过两相时，不断地进行交换、分配、 吸附与解吸附等过程并使各组分以不同速度移动，从而达到分离目的。 6.亲和层析：亲和层析(affinity chromatography)是利用蛋白质分子与其配体分子 特有的识别能力，即生物学亲和力，建立起来的一种有效的纯化方法。它常只需要经过一步 的处理即可将目标蛋白从复杂的混合物中分离出来，并且纯度相当高。 7.蛋白质工程：蛋白质工程是以蛋白质结构和功能为基础，借助计算机辅助设计和预 测，通过基因突变或重组等手段改造或直接从头设计全新蛋白质，并研究这些蛋白质结构和 功能的关系。 8.蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构(primary structure)是指多肽链的氨基酸 残基的排列顺序及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 9.蛋白质组学：蛋白质组学(proteomics)是从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白 质的组成、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，提示蛋白质的功能与 细胞的活动规律。它是研究蛋白质组或应用大规模蛋白质分离和识别技术研究蛋白质组的一 门学科，是对基因组所表达的整套蛋白质的分析。 10.定点突变：定点突变是指在基因的特定位点引入突变。通过定点诱变可以在体外改
第五章 酶工程与蛋白质工程 练习题与参考答案 一、名词解释 1. 酶工程：酶工程（enzyme engineering）是利用酶的催化特点，在工业上设计一定 的反应器和反应条件，有目的地生产人类需要的产品或服务于其他领域的一门技术性学科。 它是酶学和工程学相互渗透发展而成的，是从应用目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功 能并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技术；它包括酶制剂的制备、酶分子的修饰与 改造，及酶的固定化等方面的内容。 2. 酶：酶（enzyme）是由活细胞合成的，在机体内行使催化功能，具有活性中心和特 殊构象的生物催化剂。 3. 核酶：核酶（Ribozyme）是化学本质为 RNA 或 DNA 的酶。 4. 超滤：超滤是利用压力或离心力，强行使水和其它小分子物质通过半透膜，而蛋白 质被截留在膜上，以达到浓缩和脱盐的一种技术。 5. 层析法：层析法（chromatography）又称色谱法、色层分离法，是利用待分离样品 中各组分的理化性质差异而建立起来的一种分离技术。其基本原理是：利用待分离的混合物 中各组分的理化性质（如吸附力、分子形状和大小、分子极性、分子亲和力、分配系数等） 差异，使各组分不同程度地分布在两个相中，其中一个相为固定的，称为固定相（可以是固 体或液体，如果是液体就必须附载到某个固体物质上，称为载体或担体），另一个相则流过 此固定相，称为流动相（可为液体或气体）。在物质经过两相时，不断地进行交换、分配、 吸附与解吸附等过程并使各组分以不同速度移动，从而达到分离目的。 6. 亲和层析：亲和层析（affinity chromatography）是利用蛋白质分子与其配体分子 特有的识别能力，即生物学亲和力，建立起来的一种有效的纯化方法。它常只需要经过一步 的处理即可将目标蛋白从复杂的混合物中分离出来，并且纯度相当高。 7. 蛋白质工程：蛋白质工程是以蛋白质结构和功能为基础，借助计算机辅助设计和预 测，通过基因突变或重组等手段改造或直接从头设计全新蛋白质，并研究这些蛋白质结构和 功能的关系。 8. 蛋白质的一级结构：蛋白质的一级结构（primary structure）是指多肽链的氨基酸 残基的排列顺序及多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 9. 蛋白质组学：蛋白质组学（proteomics）是从整体角度分析细胞内动态变化的蛋白 质的组成、表达水平与修饰状态，了解蛋白质之间的相互作用与联系，提示蛋白质的功能与 细胞的活动规律。它是研究蛋白质组或应用大规模蛋白质分离和识别技术研究蛋白质组的一 门学科，是对基因组所表达的整套蛋白质的分析。 10. 定点突变：定点突变是指在基因的特定位点引入突变。通过定点诱变可以在体外改
造目的DNA分子，进而研究基因的表达以及蛋白质的结构与功能之间的关系。 二、简要回答 1.简述酶工程的发展前景。 利用酶的催化特点，在工业上设计一定的反应器和反应条件，有目的地生产人类需要的 产品或服务于其他领域的一门技术性学科。它是酶学和工程学相互渗透发展而成的，是从应 用目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技 术：它包括酶制剂的制备、酶分子的修饰与改造，及酶的固定化等方面的内容。 酶工程发展前景主要集中在： (1)利用微生物进行筛选，开发天然新酶： (2)利用酶分子工程改造酶和创造自然界没有的新酶，涉及利用计算机辅助的从头设 计、定向进化、基因组文库构建、基因组发觉、宏基因组筛选等技术： (3)系统代谢工程和合成生物学在改造酶和构建细胞新代谢途径方面的作用日益显现： (4)由于酶工程等生物技术推动起来的生物经济不断成长，重点是生物燃料和生物材 料方面。其中生物治炼技术将带动生物质的综合利用，使其高效转化： (5)酶的应用领域继续扩大，酶在精细化工、临床医学、高效药物和农药的设计和生 产、化学分析（特别是生物芯片、生物传感器、酶试剂盒和复合检测仪等）、生命科学 研究、环境保护、能源开发等方面的应用，将越来越受到重视。 2.简述酶的分离纯化方法。 分离纯化酶的一般程序：(1)材料的预处理及细胞破碎：分离提纯某一种蛋白质时， 首先要把蛋白质从组织或细胞中释放出来并保持原来的天然状态，不丧失活性。所以要 采用适当的方法将组织和细胞破碎。常用的破碎组织细胞的方法有：2)物理破碎法： 包括①机械破碎：利用机械力的剪切作用，使细胞破碎。常用设备有：高速组织捣碎机、 匀浆器、研钵等：②渗透破碎法：在低渗条件使细胞溶胀而破碎：③反复冻融法：生物 组织经冻结后，细胞内液结冰膨胀而使细胞胀破。这种方法简单方便，但要注意那些对 温度变化敏感的蛋白质不宜采用此法：④超声波法：使用超声波震荡器使细胞膜上所 受张力不均而使细胞破碎。2)化学破碎法：3)酶法：如用溶菌酶破坏微生物细胞等。 (2)蛋白质的抽提：通常选择适当的缓冲液溶剂把蛋白质提取出来。抽提所用缓冲液 的pH、离子强度、组成成分等条件的选择应根据欲制备的蛋白质的性质而定。如膜蛋 白的抽提，抽提缓冲液中一般要加入表面活性剂（十二烷基磺酸钠、tritonX-l00等）， 使膜结构破坏，利于蛋白质与膜分离。在抽提过程中，应注意温度，避免剧烈搅拌等， 以防止蛋白质的变性。(3)蛋白质粗制品的获得：选用适当的方法将所要的蛋白质与 其它杂蛋白分离开来。比较方便的有效方法是根据蛋白质溶解度的差异进行的分离。常 用的方法有：①等电点沉淀法：不同蛋白质的等电点不同，可用等电点沉淀法使它们相 互分离：②盐析法：不同蛋白质盐析所需要的盐饱和度不同，所以可通过调节盐浓度将
造目的 DNA 分子，进而研究基因的表达以及蛋白质的结构与功能之间的关系。 二、简要回答 1. 简述酶工程的发展前景。 利用酶的催化特点，在工业上设计一定的反应器和反应条件，有目的地生产人类需要的 产品或服务于其他领域的一门技术性学科。它是酶学和工程学相互渗透发展而成的，是从应 用目的出发研究酶、应用酶的特异性催化功能并通过工程化将相应原料转化成有用物质的技 术；它包括酶制剂的制备、酶分子的修饰与改造，及酶的固定化等方面的内容。 酶工程发展前景主要集中在： （1）利用微生物进行筛选，开发天然新酶； （2）利用酶分子工程改造酶和创造自然界没有的新酶，涉及利用计算机辅助的从头设 计、定向进化、基因组文库构建、基因组发觉、宏基因组筛选等技术； （3）系统代谢工程和合成生物学在改造酶和构建细胞新代谢途径方面的作用日益显现； （4）由于酶工程等生物技术推动起来的生物经济不断成长，重点是生物燃料和生物材 料方面。其中生物冶炼技术将带动生物质的综合利用，使其高效转化； （5）酶的应用领域继续扩大，酶在精细化工、临床医学、高效药物和农药的设计和生 产、化学分析（特别是生物芯片、生物传感器、酶试剂盒和复合检测仪等）、生命科学 研究、环境保护、能源开发等方面的应用，将越来越受到重视。 2. 简述酶的分离纯化方法。 分离纯化酶的一般程序：（1）材料的预处理及细胞破碎：分离提纯某一种蛋白质时， 首先要把蛋白质从组织或细胞中释放出来并保持原来的天然状态，不丧失活性。所以要 采用适当的方法将组织和细胞破碎。常用的破碎组织细胞的方法有：2）物理破碎法： 包括①机械破碎：利用机械力的剪切作用，使细胞破碎。常用设备有：高速组织捣碎机、 匀浆器、研钵等；②渗透破碎法：在低渗条件使细胞溶胀而破碎；③反复冻融法：生物 组织经冻结后，细胞内液结冰膨胀而使细胞胀破。这种方法简单方便，但要注意那些对 温度变化敏感的蛋白质不宜采用此法；④ 超声波法：使用超声波震荡器使细胞膜上所 受张力不均而使细胞破碎。2）化学破碎法；3）酶法：如用溶菌酶破坏微生物细胞等。 （2）蛋白质的抽提：通常选择适当的缓冲液溶剂把蛋白质提取出来。抽提所用缓冲液 的 pH、离子强度、组成成分等条件的选择应根据欲制备的蛋白质的性质而定。如膜蛋 白的抽提，抽提缓冲液中一般要加入表面活性剂（十二烷基磺酸钠、tritonX-100 等）， 使膜结构破坏，利于蛋白质与膜分离。在抽提过程中，应注意温度，避免剧烈搅拌等， 以防止蛋白质的变性。（3）蛋白质粗制品的获得：选用适当的方法将所要的蛋白质与 其它杂蛋白分离开来。比较方便的有效方法是根据蛋白质溶解度的差异进行的分离。常 用的方法有：①等电点沉淀法：不同蛋白质的等电点不同，可用等电点沉淀法使它们相 互分离；②盐析法：不同蛋白质盐析所需要的盐饱和度不同，所以可通过调节盐浓度将
目的蛋白沉淀析出。被盐析沉淀下来的蛋白质仍保持其天然性质，并能再度溶解而不变 性：③有机溶剂沉淀法：中性有机溶剂如乙醇、丙酮，它们的介电常数比水低。能使 大多数球状蛋白质在水溶液中的溶解度降低，进而从溶液中沉淀出来，因此可用来沉淀 蛋白质。此外，有机溶剂会破坏蛋白质表面的水化层，促使蛋白质分子变得不稳定而析 出。由于有机溶剂会使蛋白质变性，使用该法时，要注意在低温下操作，选择合适的有 机溶剂浓度。 (4)样品的进一步分离纯化：用等电点沉淀法、盐析法所得到的蛋白质一般含有其他 蛋白质杂质，须进一步分离提纯才能得到有一定纯度的样品。常用的纯化方法有：凝胶 过滤层析、离子交换纤维素层析、亲和层析等等。有时还需要这几种方法联合使用才能 得到较高纯度的蛋白质样品。 3.简述酶沉淀分离的主要方法及其原理。 沉淀分离的方法主要有盐析沉淀法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法等。 (1)盐析沉淀法：盐析沉淀法简称盐析法，是利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解 度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐。使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而 使酶与杂质分离的过程。蛋白质在水中的溶解度收到溶液中盐浓度的影响。在盐浓度达到到 一定浓度后，蛋白质的溶解度随盐浓度的升高而降低，结果使蛋白质沉淀析出，这种现象称 为盐析。在某一浓度的盐浓度中，不同蛋白质的溶解度各不相同，由此可达到彼此分离的目 的。盐之所以会改变蛋白质的溶解度，是由于盐在溶液中离解为正离子和负离子。由于反 离子作用，使蛋白质分子表面的电荷改变，同时由于离子的存在改变了溶液中水的活度，使 分子表面的水化膜改变。 (2)等电点沉淀法：利用两性电解质在等电点时溶解度最低，以及不同的两性电解质有不 同的等电点这一特性，通过调节溶液的pH,使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离的 方法称为等电点沉淀法。在溶液的pH等于溶液中某两性电解质的等电点时，该两性电解质 分子的净电荷为零，分子间的静电斥力消除，使分子能聚集在一起而沉淀下来。 (3)有机溶剂沉淀法：利用酶与其他杂质在有机溶剂中的溶解度不同，通过添加一定量的 某种有机溶剂，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离的方法称为有机溶剂沉淀法。有 机溶剂之所以能使酶沉淀析出。主要是由于有机溶剂的存在会使溶剂的介电常数降低。溶液 的介电常数降低，就使溶质分子间的静电引力增大，互相吸引而易于凝集，同时，对于具有 水膜的分子来说，有机溶剂与水互相作用，使溶质分子表面的水膜破坏，也使其溶解度降低 而沉淀析出。 4.试述凝胶层析的原理。 凝胶层析是指以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子质量不 同而达到物质分离的一种层析技术。凝胶层析的基本原理：凝胶层析柱中装有多孔凝胶，当 含有各种组分的混合溶液流经凝胶层析柱时，各组分在层析柱内同时进行两种不同的运动
目的蛋白沉淀析出。被盐析沉淀下来的蛋白质仍保持其天然性质，并能再度溶解而不变 性；③ 有机溶剂沉淀法：中性有机溶剂如乙醇、丙酮，它们的介电常数比水低。能使 大多数球状蛋白质在水溶液中的溶解度降低，进而从溶液中沉淀出来，因此可用来沉淀 蛋白质。此外，有机溶剂会破坏蛋白质表面的水化层，促使蛋白质分子变得不稳定而析 出。由于有机溶剂会使蛋白质变性，使用该法时，要注意在低温下操作，选择合适的有 机溶剂浓度。 （4）样品的进一步分离纯化：用等电点沉淀法、盐析法所得到的蛋白质一般含有其他 蛋白质杂质，须进一步分离提纯才能得到有一定纯度的样品。常用的纯化方法有：凝胶 过滤层析、离子交换纤维素层析、亲和层析等等。有时还需要这几种方法联合使用才能 得到较高纯度的蛋白质样品。 3. 简述酶沉淀分离的主要方法及其原理。 沉淀分离的方法主要有盐析沉淀法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法等。 （1）盐析沉淀法：盐析沉淀法简称盐析法，是利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解 度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐。使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而 使酶与杂质分离的过程。蛋白质在水中的溶解度收到溶液中盐浓度的影响。在盐浓度达到到 一定浓度后，蛋白质的溶解度随盐浓度的升高而降低，结果使蛋白质沉淀析出，这种现象称 为盐析。在某一浓度的盐浓度中，不同蛋白质的溶解度各不相同，由此可达到彼此分离的目 的。 盐之所以会改变蛋白质的溶解度，是由于盐在溶液中离解为正离子和负离子。由于反 离子作用，使蛋白质分子表面的电荷改变，同时由于离子的存在改变了溶液中水的活度，使 分子表面的水化膜改变。 （2）等电点沉淀法：利用两性电解质在等电点时溶解度最低，以及不同的两性电解质有不 同的等电点这一特性，通过调节溶液的 pH，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离的 方法称为等电点沉淀法。在溶液的 pH 等于溶液中某两性电解质的等电点时，该两性电解质 分子的净电荷为零，分子间的静电斥力消除，使分子能聚集在一起而沉淀下来。 （3）有机溶剂沉淀法：利用酶与其他杂质在有机溶剂中的溶解度不同，通过添加一定量的 某种有机溶剂，使酶或杂质沉淀析出，从而使酶与杂质分离的方法称为有机溶剂沉淀法。有 机溶剂之所以能使酶沉淀析出。主要是由于有机溶剂的存在会使溶剂的介电常数降低。溶液 的介电常数降低，就使溶质分子间的静电引力增大，互相吸引而易于凝集，同时，对于具有 水膜的分子来说，有机溶剂与水互相作用，使溶质分子表面的水膜破坏，也使其溶解度降低 而沉淀析出。 4. 试述凝胶层析的原理。 凝胶层析是指以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的相对分子质量不 同而达到物质分离的一种层析技术。凝胶层析的基本原理：凝胶层析柱中装有多孔凝胶，当 含有各种组分的混合溶液流经凝胶层析柱时，各组分在层析柱内同时进行两种不同的运动
一种是随着溶液流动而进行垂直向下的移动，另一种是无定向的分子扩散运动（布朗运动）。 大分子物质由于分子直径大，不能进入凝胶的微孔，只能分布于凝胶颗粒的间隙中，以较快 的速度流过凝胶柱。较小的分子能进入凝胶的微孔内，不断地进出于一个个颗粒的微孔内外， 这就使小分子物质向下移动的速度比大分子的速度慢，从而使混合溶液中各组分按照相对分 子质量由大到小的顺序先后流出层析柱，而达到分离的目的。在凝胶层析中，相对分子质量 也并不是唯一的分离依据，有些物质的相对分子质量相同，但由于分子的形状不同，再加上 各种物质与凝胶之间存在着非特异性的吸附作用，故仍然可以分离。 5.简述固定化酶的概念及固定化酶的研制技术。 固定化酶(immobilized enzyme),，是指限制或固定在特定空间位置的酶。具体来说， 是指通过物理的或化学的手段，使酶束缚于水不溶的载体上，或束缚在一定的空间内，使酶 变成运动受到限，但能充分发挥催化作用的酶制剂。而制备固定化酶的过程称为酶的固定化。 固定化酶的研制技术包括两个方面，即固定化载体的选择和固定化酶的制备方法。 (1)载体的选择：固定化酶载体的选择一般需要在综合考虑载体的形式、结构、性质 和酶偶联量的基础上进行选择。 (2)固定化酶的制备：固定酶的方式方法较多，目前已建立的各种各样的固定方法， 按所用的载体和操作方法的差异，可分为吸附法、包埋法和交联法三类。 三、拓展讨论 1.如何进行蛋白质分子的全新设计。 [思路提示蛋白质全新设计指通过大量实验数据分析，结合计算机图形学技术等从分 子水平上设计新的蛋白质分子。要完全构建全新的蛋白质，即从头设计合成新的蛋白质，必 须建立蛋白质空间立体结构数据，研究空间结构形成规律，掌握蛋白质一级结构与高级结构 之间的关系，才能真正地实现蛋白质的全新设计。 蛋白质全新设计的一般策略是先确定设计目标，再进行结构预测和构建模型，根据一定 的规则生成初始序列，确定算法后设计出初始分子模型，建模预测后对序列进行修改，再进 行多肽合成或基因表达，实际构建这个分子，再对其进行分析，修改算法，改进模型，重新 设计，如此循环反复。一般只有经过多轮设计、检验和再设计，方可获得一个正确折叠的蛋 白质。 蛋白质全新设计可分为功能设计和结构设计两个方面，结构设计既是重点，也是难点。 结构设计是以二级结构为基础，理解蛋白质结构稳定规律，其中心问题是设计一段能形成稳 定、独特三维结构的序列，主要考虑如何使氨基酸相互作用和数目达到最大，并通过共价交 连减少折叠的构象熵。一般选择天然蛋白质结构中一些较稳定的模块为设计目标，如四螺旋 束和锌指结构等。蛋白质功能设计主要涉及键合和催化，可以采取两种方式：一是反向实现 蛋白质与底物的结合，改变其功能：二是从头设计功能蛋白质。功能的全新设计必须以蛋白
一种是随着溶液流动而进行垂直向下的移动，另一种是无定向的分子扩散运动（布朗运动）。 大分子物质由于分子直径大，不能进入凝胶的微孔，只能分布于凝胶颗粒的间隙中，以较快 的速度流过凝胶柱。较小的分子能进入凝胶的微孔内，不断地进出于一个个颗粒的微孔内外， 这就使小分子物质向下移动的速度比大分子的速度慢，从而使混合溶液中各组分按照相对分 子质量由大到小的顺序先后流出层析柱，而达到分离的目的。在凝胶层析中，相对分子质量 也并不是唯一的分离依据，有些物质的相对分子质量相同，但由于分子的形状不同，再加上 各种物质与凝胶之间存在着非特异性的吸附作用，故仍然可以分离。 5. 简述固定化酶的概念及固定化酶的研制技术。 固定化酶（immobilized enzyme），是指限制或固定在特定空间位置的酶。具体来说， 是指通过物理的或化学的手段，使酶束缚于水不溶的载体上，或束缚在一定的空间内，使酶 变成运动受到限，但能充分发挥催化作用的酶制剂。而制备固定化酶的过程称为酶的固定化。 固定化酶的研制技术包括两个方面，即固定化载体的选择和固定化酶的制备方法。 （1）载体的选择：固定化酶载体的选择一般需要在综合考虑载体的形式、结构、性质 和酶偶联量的基础上进行选择。 （2）固定化酶的制备：固定酶的方式方法较多，目前已建立的各种各样的固定方法， 按所用的载体和操作方法的差异，可分为吸附法、包埋法和交联法三类。 三、拓展讨论 1. 如何进行蛋白质分子的全新设计。 [思路提示]蛋白质全新设计指通过大量实验数据分析，结合计算机图形学技术等从分 子水平上设计新的蛋白质分子。要完全构建全新的蛋白质，即从头设计合成新的蛋白质，必 须建立蛋白质空间立体结构数据，研究空间结构形成规律，掌握蛋白质一级结构与高级结构 之间的关系，才能真正地实现蛋白质的全新设计。 蛋白质全新设计的一般策略是先确定设计目标，再进行结构预测和构建模型，根据一定 的规则生成初始序列，确定算法后设计出初始分子模型，建模预测后对序列进行修改，再进 行多肽合成或基因表达，实际构建这个分子，再对其进行分析，修改算法，改进模型，重新 设计，如此循环反复。一般只有经过多轮设计、检验和再设计，方可获得一个正确折叠的蛋 白质。 蛋白质全新设计可分为功能设计和结构设计两个方面，结构设计既是重点，也是难点。 结构设计是以二级结构为基础，理解蛋白质结构稳定规律，其中心问题是设计一段能形成稳 定、独特三维结构的序列，主要考虑如何使氨基酸相互作用和数目达到最大，并通过共价交 连减少折叠的构象熵。一般选择天然蛋白质结构中一些较稳定的模块为设计目标，如四螺旋 束和锌指结构等。蛋白质功能设计主要涉及键合和催化，可以采取两种方式：一是反向实现 蛋白质与底物的结合，改变其功能；二是从头设计功能蛋白质。功能的全新设计必须以蛋白
质结构为基础，特别是具有特定功能的蛋白质结构域。科学家们在按预期结构设计构建折叠 的小蛋白方面已获得重大进展。 2.生物信息学在蛋白质工程中的应用前景。 [思路提示]查阅文献资料，从蛋白质序列分析、蛋白质结构预测、蛋白质功能预测和 蛋白质分子设计等方面进行讨论。只有认识了生物信息学方法的重要性，才能更好的利用其 方法为科学研究和生产时间服务。 (1)可以通过生物信息学方法对蛋白质进行序列对比、结构对比，通过计算机辅助基 因识别、非编码区分析和DNA语言研究确定核酸序列中编码蛋白质的基因，了解蛋白质的 功能及其分子基础，运用蛋白质结构模拟与分子设计进行功能预测。 (2)通过代谢网络分析对已知的各种代谢途径和相关的生物分子的结构、功能及它们 之间的相互作用进行整理，用以研究细胞发育、分化途径和疾病的发生与发展的途径。 (3)将这些信息与生命体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子机制，最终 进行蛋白质及核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。 3.分析酶的生产方法的优缺点。 [思路提示]：酶的生产方法根据其来源可以分为三种方式，直接来源于生物体的细胞中， 或者通过生物工程技术获得能表达酶的细胞，再来进行分离纯化，或者直接通过化学合成的 方式获得相关酶。 (1)提取分离法：采用各种提取、分离、纯化技术从动物和植物的组织、器官、细胞 或微生物中将酶提取出来，再进行分离纯化的技术过程。优点：设备较简单，操作方便。 缺点：受生物资源、地理环境、气候条件影响，或者使工艺路线变得繁杂。 (2)生物合成法：利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的生命活动而获得人们所需 酶的技术过程。 优点：生产周期短，酶产率较高，不受生物资源、地理环境和气候条件影响。 缺点：对发酵设备和工艺条件要求高。 (3)化学合成法：采用化学技术合成人们所需酶的技术。 优点：对认识和阐明生物体的行为和规律、设计和合成高效率具有重要理论意义。 缺点：要求单位达到很高的纯度，成本高。要求对其一级结构和空间结构有充分的了解 和认识。 (重庆邮电大学谢永芳舒坤贤)
质结构为基础，特别是具有特定功能的蛋白质结构域。科学家们在按预期结构设计构建折叠 的小蛋白方面已获得重大进展。 2. 生物信息学在蛋白质工程中的应用前景。 [思路提示] 查阅文献资料，从蛋白质序列分析、蛋白质结构预测、蛋白质功能预测和 蛋白质分子设计等方面进行讨论。只有认识了生物信息学方法的重要性，才能更好的利用其 方法为科学研究和生产时间服务。 （1）可以通过生物信息学方法对蛋白质进行序列对比、结构对比，通过计算机辅助基 因识别、非编码区分析和 DNA 语言研究确定核酸序列中编码蛋白质的基因，了解蛋白质的 功能及其分子基础，运用蛋白质结构模拟与分子设计进行功能预测。 （2） 通过代谢网络分析对已知的各种代谢途径和相关的生物分子的结构、功能及它们 之间的相互作用进行整理，用以研究细胞发育、分化途径和疾病的发生与发展的途径。 （3） 将这些信息与生命体和生命过程的生理生化信息相结合，阐明其分子机制，最终 进行蛋白质及核酸的分子设计、药物设计和个体化的医疗保健设计。 3. 分析酶的生产方法的优缺点。 [思路提示] ：酶的生产方法根据其来源可以分为三种方式，直接来源于生物体的细胞中， 或者通过生物工程技术获得能表达酶的细胞，再来进行分离纯化，或者直接通过化学合成的 方式获得相关酶。 （1）提取分离法：采用各种提取、分离、纯化技术从动物和植物的组织、器官、细胞 或微生物中将酶提取出来，再进行分离纯化的技术过程。 优点：设备较简单，操作方便。 缺点：受生物资源、地理环境、气候条件影响，或者使工艺路线变得繁杂。 （2）生物合成法：利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的生命活动而获得人们所需 酶的技术过程。 优点：生产周期短，酶产率较高，不受生物资源、地理环境和气候条件影响。 缺点：对发酵设备和工艺条件要求高 。 （3） 化学合成法：采用化学技术合成人们所需酶的技术。 优点：对认识和阐明生物体的行为和规律、设计和合成高效率具有重要理论意义。 缺点：要求单位达到很高的纯度，成本高。要求对其一级结构和空间结构有充分的了解 和认识。 （重庆邮电大学 谢永芳 舒坤贤）