蛋白质工程及其在食品工业中的应用..ppt

第一节 蛋白质工程概述 蛋白质是对生命至关重要的一类生物大分子物质，各种生命功能、生命现象、生命活动都和蛋白质有关。在生命有机体催化、运动、结构、识别和调节等许多方面，起着关键的作用。 蛋白质的生物学功能 蛋白质工程产物 是自然界原本不存在的新的蛋白质。 中心法则 （central dogma） 生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过程称为转录。根据mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译和表达。1958年Crick将生物遗传信息的这种传递方式称为中心法则。 6、蛋白质工程与酶工程的关系 绝大多数酶都是蛋白质，酶工程与蛋白质工程有什么区别？ 酶工程就是指将酶所具有的生物催化作用，借助工程学的手段，应用于生产、生活、医疗诊断和环境保护等方面的一门科学技术。概括地说，酶工程是由酶制剂的生产和应用两方面组成的。酶工程的应用主要集中于食品工业、轻工业以及医药工业中。 三、??蛋白质的结构 ?? 蛋白质分子的生物功能，与蛋白质分子的结构密不可分。决定蛋白质这种特殊生物功能的关键因素是它的分子构象 。 基本组成单位--氨基酸 组成生物体蛋白质的20种氨基酸 2.组成生物体蛋白质的20种氨基酸 肽（肽键与肽2) 肽（肽键与肽3) 第二节 蛋白质工程的基本步骤 与改造策略 一、??蛋白质工程的基本步骤 （1）分离纯化目的蛋白，使之结晶,进行分析,得到其空间结构的尽可能多的信息。 （2）对目的蛋白的功能作详尽的研究，确定它的功能域。 （3）通过对蛋白质的一级结构、空间结构和功能之间的相互关系分析，找出关键的基团和结构。? ? 第三节 蛋白质改造方法 第四节 蛋白质工程在食品中的应用 蛋白质在风味修饰蛋白方面的应用 1、物理改性 2、化学改性 （1）碱处理 （2）酸处理 （3）琥珀酰化作用 （4）乙酰化作用 （5）磷酸化作用 （6）酰胺化作用 （7）硫醇化作用 （8）酯化作用 （9）糖酰化作用 （10）去酰胺基作用 3、酶法改性 4、化学-酶改性作用 5、化学改性及酶法改性限制因素 （如何消除苦味？） 二、蛋白质分子的高级改造（结构域的拼接） 研究证明，在二级结构和三级结构之间还有一个结构层次，即结构域 结构域由α螺旋、β折叠等二级结构单位按一定的拓扑学规则构成的三维结构实体。 结构域是蛋白质分子中一种基本的结构单位，结构域拼接是通过基因操作把位于两种不同蛋白质上的几个结构域连接在一起，形成融合蛋白，它兼有原来两种蛋白的性质。 三、全新蛋白质的设计与构建 上述两种蛋白质改造方法，通常是从一个已知顺序、结构和功能的蛋白质出发，根据一定的目标和设计方案，使用多肽合成或者基因工程的方法，改变它的结构，以期达到改变其性质的目的。 如果要从头设计和构建一个自然界不存在的蛋白质，则需要借助多功能模板和蛋白质二级结构元件组装成某种具有特定功能的人工蛋白质分子。 蛋白质工程自问世以来，短短十几年的时间，已取得了引人瞩目的进展，在医学和工业用酶方面也获得了良好的应用前景。 提高蛋白的稳定性包括以下几个方面： ①延长酶的半衰期； ②提高酶的热稳定性； ③延长药用蛋白的保存期； ④抵御由于重要氨基酸氧化引起的活性丧失。 一、?消除酶的被抑制特性 1985年，美国的埃斯特尔借助寡核苷酸介导的定位突变技术，用19种其他氨基酸分别替代枯草芽孢杆菌蛋白酶分子第222位残基上易氧化的Met，获得了一系列活性差异很大的突变酶。发现除了用Cys代替Met的突变体以外，其他突变体的酶活性都降低了。 二、引入二硫键，改善蛋白质的热稳定性 溶菌酶分子：由一条肽链构成，并在空间上折叠形成二个相对独立的结构域，酶活性中心位于二个结构域之间。该酶分子在第97位和54位残基上是两个未形成二硫键的半胱氨酸 由于二硫键是一种稳定蛋白质分子空间结构的重要共价化学键，有如建筑所用的钢筋一样，因而能将分子中的不同部位牢固地联结在一起。因此，提高酶热稳定性最常用的办法是在分子中增加一对或数对二硫键。 采用定位突变技术使溶菌酶肽链第三位上的异亮氨酸转变为半胱氨酸，构建了一对二硫键，并分别测酶活性和热稳定性。 在高温下Asn(天门冬酰胺)和Gln（谷氨酰胺）容易脱氨形成Asp（天门冬氨酸）和Glu（谷氨酸），而导致蛋白质分子构象的改变，使蛋白质失去活性。 对酿酒酵母的磷酸丙糖异构酶进行诱变改造。这种酶有两个相同的亚基，每个亚基含有2个Asn，由于它们都位于亚基之间的界面上，可能对酶的热稳定性起决定性作用。 通过寡核苷酸介导的定向诱变技术，将第14位和第78位上的2个Asn分别转变成Thr(苏氨酸)和Ile(异亮氨酸)