蛋白质工程与食品工业.pptx

第五章 蛋白质工程与食品工业 概述 蛋白质是对生命至关重要的一类生物大分子，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。 主要内容 第一节 蛋白质的功能与结构 主要内容 一、蛋白质的功能 (1)蛋白质是构成生命的重要物质之一 蛋白质是一类重要而复杂的生物大分子，它广泛地存在于所有生物界的机体之中，具有许多重要的作用； 构成生物体新陈代谢的几乎全部的化学反应都是在活性蛋白质-酶的催化下进行的； 高等动物的免疫反应，也主要是通过蛋白质即抗原和抗体来完成的； 运动时的肌肉收缩靠的是某些蛋白质的相互作用来完成的； 运输氧和二氧化碳的是血红蛋白； 具有代谢和调节功能的是多种蛋白质激素。 一、蛋白质的功能 (2) 蛋白质的应用 ①蛋白质是人类赖以维持生命的重要营养来源之一。人们需要从各种肉、蛋、奶、豆类等主要食品中获得所需的蛋白质营养。 ②用蛋白质诊断和治疗某些疾病。淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶用于帮助消化，治疗某些消化不良性疾病；胰岛素用于治疗严重的糖尿病；转氨酶作为肝病变的指标等。 ③食品工业和轻工业中主要应用蛋白质或利用蛋白质的性质制造各种产品。例如，酿造业要用蛋白酶来增加酱油的鲜味等。用于人类衣着的羊毛、纺织品和皮革主要组成是蛋白质。 二、蛋白质的结构 氨基酸是蛋白质的基本结构单位 氨基酸的基本结构： 二、蛋白质的结构 各种氨基酸之间通过肽键彼此按直线形头尾相连，构成不同长短的肽链。肽键就是由氨基酸的α-羧基与相邻的氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的化学键 肽键的形成 肽键的形成 二、蛋白质的结构 肽:氨基酸通过肽键连结起来的化合物 二肽:两个氨基酸形成的肽 三肽:三个氨基酸形成的肽 多肽:许多氨基酸形成的肽 蛋白质:大多为100个以上氨基酸组成的多肽 二、蛋白质的结构 多肽链的折叠可分为四种不同层次的结构。 一级结构：仅指肽链中的氨基酸线型排列顺序，不考虑空间的排列。 牛胰岛素的氨基酸序列 二、蛋白质的结构 二级结构：主链原子的局部空间排列，不包括侧链构象和与其他链段的相互关系，如-螺旋、-折叠等主链构象单元就是二级结构。 主要形式： α-螺旋、β-折叠、 β-转角、无规卷曲等 二、蛋白质的结构 二、蛋白质的结构 β-转角 二、蛋白质的结构 三级结构：蛋白质的多肽链在各种二级结构的基础上再进一步盘曲或折叠形成具有一定规律的三维空间结构。 碳酸酐酶的多肽骨架示意图 二、蛋白质的结构 四级结构：具有二条或二条以上独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级键相互组合而形成的空间结构。 血红蛋白的结构 二、蛋白质的结构 （1）氢键：氢原子与负电性强的原子（如氧、氮等）间形成。对蛋白质分子三维构象的维护很重要。 （2）静电引力：正负带电基团之间的吸引力。对蛋白质分子三维构象的稳定贡献不是很大，也称为离子键或盐键 （3）范德华力：原子团相互接近时诱导所致。它变化多样，对维持蛋白质活性中心的构象影响很大 二、蛋白质的结构 （4）疏水相互作用：是非极性基团为了避开水相而群集在一起的作用力。疏水作用是维持蛋白质高级结构的重要因素 （5）二硫键：作用很强，对稳定蛋白质构象起重要作用 氢键、离子键、疏水作用和范德华力等次级键是非共价键 肽键、二硫键、酯键等被称之为共价键 第二节 蛋白质工程的诞生 蛋白质工程的诞生 1983年，美国生物学家额尔默首先提出了“蛋白质工程”的概念。蛋白质工程的实践依据DNA指导合成蛋白质，因此，人们可以根据需要对负责编码某种蛋白质的基因进行重新设计，使合成出来的蛋白质的结构变得符合人们的要求。 蛋白质工程的诞生 蛋白质工程就是以蛋白质的结构与功能为基础，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。 蛋白质工程是指通过生物技术手段对蛋白质的分子结构或者对编码蛋白质的基因进行改造，以便获的更适合人类需要的蛋白质产品的技术。 蛋白质工程的诞生 蛋白质工程是指通过蛋白质化学、蛋白质晶体学和动力学的研究，获取有关蛋白质物理和化学等各方面的信息，在此基础上利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列进行有目的的改造并分离、纯化蛋白质，从而获取自然界没有的、具有优良性质或适用于工业生产条件的全新蛋白质的过程。 蛋白质工程的诞生 蛋白质工程主要包括4大类研究： 第一利用已知的蛋白质一级结构的信息开发应用研究。 第二定量确定蛋白质结构-功能关系。这是目前蛋白质工程研究的主体，它包括蛋白质三维结构模型的建立，酶催化的性质、蛋白质折叠和稳定性研究等. 第三，从混杂变异体库中筛选具有特定结构-功能关系的蛋白质。 第四，根据已知结构-功能关系的蛋