蛋白质工程：结构、功能与改良

2023-11-18 理论教育版权反馈

【摘要】：蛋白质作为生物最基本的功能大分子之一，几乎是所有生物功能的体现者，因此，弄清蛋白质的结构、功能及其相互关系，并且定向地改良蛋白质，甚至构建全新的蛋白质分子成为科学家的迫切需要。例如，蛋白质的化学改性主要是针对其氨基、羟基、巯基以及羧基进行化学修饰，改变蛋白质的结构、电荷、疏水基团分布，达到改变其功能性质的目的。

蛋白质不仅是大多数生物细胞中含量最丰富的有机物质，约占细胞干重的一半或更多，而且也是各种生物功能、生命现象和生命活动的基础。体内的生物催化剂——酶是蛋白质，控制和保证新陈代谢有序进行，从而表现出各种生命现象；蛋白质通过激素的调节作用，确保动物正常的神经活动；机体产生的抗体蛋白，使人和动物具有防御疾病和抵抗外界病原体侵袭的免疫能力；蛋白质构成的各种生物膜，形成了生物体内物质和信息交流的通道和能量转换的场所。随着对生命过程研究与探索的不断深入，人们的认识已不仅局限于对生命现象的描述和了解生命本质规律上，还希望能够在掌握现象与本质规律的基础之上，人为地干预生命过程，按照人们自己的意愿改良、改造生物，甚至能够创造出自然界未曾有过的生物新种。蛋白质作为生物最基本的功能大分子之一，几乎是所有生物功能的体现者，因此，弄清蛋白质的结构、功能及其相互关系，并且定向地改良蛋白质，甚至构建全新的蛋白质分子成为科学家的迫切需要。

1983年，美国的厄尔默在Science上发表了以“protein engineering”为题的专论，标志着蛋白质工程的诞生。广义的蛋白质工程是通过物理、化学、生物和基因重组等技术改造蛋白质或者设计合成具有特定功能的新蛋白质。例如，蛋白质的化学改性主要是针对其氨基、羟基、巯基以及羧基进行化学修饰，改变蛋白质的结构、电荷、疏水基团分布，达到改变其功能性质的目的。食物蛋白质的化学改性方法很多，包括酰化、脱酰胺化、磷酸化、糖基化、羧甲基化、磺酸化、硫醇化、化学接枝、共价交联、水解以及氧化等方法。狭义的蛋白质工程是通过对蛋白质已知结构和功能的了解，借助于计算机辅助设计，利用基因定点诱变等技术，特异性地对蛋白质结构基因进行改造，通过重组技术将改造后的基因克隆到特定的载体上，并使之在宿主中表达，获得具有特定生物功能的蛋白质，并深入研究这些蛋白质的结构与功能的关系。因此蛋白质工程包括蛋白质分离纯化、蛋白质结构、功能的分析、设计和预测，通过基因重组或其他手段改造或创造蛋白质。(www.chuimin.cn)

蛋白质工程：结构、功能与改良

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