食品生物技术导论蛋白质工程与食品产业课件.ppt

1、第三章蛋白质工程与食品产业第三章蛋白质工程与食品产业u什么是蛋白质工程，蛋白质工程产什么是蛋白质工程，蛋白质工程产生的动机是什么。生的动机是什么。u蛋白质工程有哪些技术手段及其对蛋白质工程有哪些技术手段及其对蛋白质改造的基本原理蛋白质改造的基本原理u蛋白质工程在食品工业中的作用。蛋白质工程在食品工业中的作用。本章主题本章主题第一节、蛋白质工程概述第一节、蛋白质工程概述u催化功能：酶催化功能：酶u调节功能：激素调节功能：激素u结构功能：细胞骨架结构功能：细胞骨架u运输功能：血红蛋白运输功能：血红蛋白u免疫功能：免疫球蛋白免疫功能：免疫球蛋白u运动功能：鞭毛、肌肉蛋白运动功能：鞭毛、肌肉蛋白u储藏

2、功能：酪蛋白储藏功能：酪蛋白u生物膜功能及神经传导等生物膜功能及神经传导等蛋白质的功能蛋白质的功能 维持生命所必须的基本物质。维持生命所必须的基本物质。 用蛋白质诊断和治疗某些疾病。用蛋白质诊断和治疗某些疾病。 食品工业应用蛋白质制造各种产品。食品工业应用蛋白质制造各种产品。蛋白质重要性蛋白质重要性 蛋白质分子量大，难于化学合成蛋白质分子量大，难于化学合成; ; 蛋白质功能要在生理条件下才能发挥；蛋白质功能要在生理条件下才能发挥； 蛋白质（酶）的专一性强。蛋白质（酶）的专一性强。蛋白质应用受限的原因蛋白质应用受限的原因蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程是指以蛋白质的结构及蛋白质工程是指以蛋白质的结

3、构及其功能关系为基础，通过基因修饰、蛋其功能关系为基础，通过基因修饰、蛋白质修饰等分子设计，对现存蛋白质加白质修饰等分子设计，对现存蛋白质加以改造，从而组建新型蛋白质，或全新以改造，从而组建新型蛋白质，或全新设计新的蛋白质的现代生物技术。设计新的蛋白质的现代生物技术。基因水平基因水平蛋白质水平蛋白质水平化学改性化学改性物理改性物理改性蛋白质工程的技术手段蛋白质工程的技术手段酶法水解或聚合改性酶法水解或聚合改性理性分子设计和定位突变理性分子设计和定位突变融合蛋白技术融合蛋白技术体外定向进化体外定向进化全新蛋白设计全新蛋白设计改造改造现有现有蛋白蛋白初级改造：个别氨基酸的改变和一整段氨初级改造：个

4、别氨基酸的改变和一整段氨基酸序列的删除、置换或插入基酸序列的删除、置换或插入高级改造：蛋白质分子的剪裁，如结构域高级改造：蛋白质分子的剪裁，如结构域的拼接的拼接从头设计合成新型蛋白质从头设计合成新型蛋白质 基因水平的蛋白质工程基因水平的蛋白质工程蛋白质的结构与功能关系蛋白质的结构与功能关系第二节理性分子设计和定位突变技术第二节理性分子设计和定位突变技术中心法则中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA一、理性分子设计及其基本步聚一、理性分子设计及其基本步聚理性分子设计理性分子设计 在已知蛋白质三维结构与功能的基础在已知蛋白质三维结构与功能的基础上，对一段最可能

5、影响蛋白质功能与性质上，对一段最可能影响蛋白质功能与性质的基因序列进行定位突变，有目的地改变的基因序列进行定位突变，有目的地改变蛋白质的某一两个氨基酸残基或模块，从蛋白质的某一两个氨基酸残基或模块，从而构建新的蛋白质分子。而构建新的蛋白质分子。理性分子设计基本步聚理性分子设计基本步聚(1)(1)分离纯化目的蛋白，使之结晶分离纯化目的蛋白，使之结晶, ,了解其空了解其空间结构的尽可能多的信息。间结构的尽可能多的信息。 (2)(2)确定它的功能域。确定它的功能域。(3)(3)分析结构和功能之间的相互关系，找出关分析结构和功能之间的相互关系，找出关键的结构和基团。键的结构和基团。 (4)(4)围绕这

6、些关键的基团和结构提出对蛋白质围绕这些关键的基团和结构提出对蛋白质进行改造的方案，并用基因工程的方法进行改造的方案，并用基因工程的方法（定位突变）去实施。（定位突变）去实施。 (5)(5)对经过改造的蛋白质进行功能性测定对经过改造的蛋白质进行功能性测定. .定位突变定位突变定位突变是在已知蛋白质结构与功能定位突变是在已知蛋白质结构与功能的基础上，在已知的基础上，在已知DNADNA序列中取代、插入序列中取代、插入或删除选定的核苷酸，从而产生具有新性或删除选定的核苷酸，从而产生具有新性状的突变蛋白质分子的一种蛋白质工程技状的突变蛋白质分子的一种蛋白质工程技术。术。PCRPCR介导的定位突变、寡核苷

7、酸引物介介导的定位突变、寡核苷酸引物介导的定位突变、盒式突变导的定位突变、盒式突变二、定位突变二、定位突变（一）寡核苷酸引物介导的定位突变（一）寡核苷酸引物介导的定位突变原理：用含有突变碱基的寡核苷酸片段原理：用含有突变碱基的寡核苷酸片段作引物，在聚合酶的作用下启动作引物，在聚合酶的作用下启动DNADNA分子进分子进行复制。行复制。包括：包括： KunkelKunkel突变法突变法 、基于抗生素的、基于抗生素的“抗性恢复抗性恢复”突变法、突变法、 基于去除特定限制基于去除特定限制酶切点的突变法，酶切点的突变法，Kunkel Kunkel 突变法突变法载载体体需改造的蛋白需改造的蛋白质质基因基因

8、纯化单链纯化单链DNADNA合成三种含突变碱基的引物ssrrsr基于抗生素抗性基于抗生素抗性“回回复复”的突变方法的突变方法退火退火基于去除特定限制基于去除特定限制酶切位点的突变酶切位点的突变 优点是保真度比重组优点是保真度比重组PCRPCR突变法高，缺点突变法高，缺点是操作环节复杂，周期长，克隆待突变基因是操作环节复杂，周期长，克隆待突变基因时会受到限制性酶切位点的限制。时会受到限制性酶切位点的限制。寡核苷酸引物介导的定位突变优缺点寡核苷酸引物介导的定位突变优缺点（二）（二）PCRPCR介导的定位突变法介导的定位突变法 原理：利用原理：利用PCRPCR将插入和缺失的突变碱基均设将插入和缺失的

9、突变碱基均设计在引物中，先用两对引物分别对核酸进行计在引物中，先用两对引物分别对核酸进行PCRPCR扩扩增，通过重叠延伸产生带有部分重叠序列的两种增，通过重叠延伸产生带有部分重叠序列的两种PCRPCR产物，这些产物经过混合、变性、复性和链延产物，这些产物经过混合、变性、复性和链延伸后，再用一对与两个待接片段外侧互补的引物伸后，再用一对与两个待接片段外侧互补的引物进行第二次扩增，从而产生全长的异源杂合双链进行第二次扩增，从而产生全长的异源杂合双链DNADNA。水溶性灰分测定方法水溶性灰分测定方法插入TCGTATGATGCGAAGCATACTACGCTAGCATACGCTTGCGATCGTATCG

10、TATGCGAAGCATACGCTTCGTATGCGAAGCATACGCTAGCATTGCGATCGTATGCGAAGCATACGCTTCGTATGCGAAGCATACGCTTCGTATGCGA缺失PCRPCR介导的定位突变优缺点介导的定位突变优缺点优点：操作简单，突变成功率优点：操作简单，突变成功率100%100%；缺点：保真性偏低；后续工作复杂。缺点：保真性偏低；后续工作复杂。（三）盒式突变（三）盒式突变盒式突变，又称片段取代法，利用目标基因序盒式突变，又称片段取代法，利用目标基因序列中适当限制酶切位点，插入各种合适的突变列中适当限制酶切位点，插入各种合适的突变DNADNA片段，用以取代目

11、标基因中特定片段，用以取代目标基因中特定DNADNA片段。片段。 包括包括盒盒式取代诱变和混合寡核苷酸诱变两种方式式取代诱变和混合寡核苷酸诱变两种方式。 盒式取代诱变盒式取代诱变盒式突变优缺点盒式突变优缺点优点：简单易行，突变效率高；可以一优点：简单易行，突变效率高；可以一次改变多个位点或一个片段。次改变多个位点或一个片段。缺点：合成缺点：合成DNADNA片段成本高，要求合适片段成本高，要求合适的限制内切酶位点。的限制内切酶位点。酶制剂的改造目标酶制剂的改造目标1.1.增强稳定性增强稳定性. .2.2.提高酶活力提高酶活力. .3.3.改变酶的选择性改变酶的选择性. .三、三、 定位突变技术在

12、酶结构改造中的应用定位突变技术在酶结构改造中的应用消除酶的被抑制特性消除酶的被抑制特性 枯草芽胞杆菌蛋白酶：碱性蛋白酶枯草芽胞杆菌蛋白酶：碱性蛋白酶19851985年，美国的埃斯特尔借助寡核苷酸介导的年，美国的埃斯特尔借助寡核苷酸介导的定位突变技术，用定位突变技术，用1919种其他氨基酸分别替代枯种其他氨基酸分别替代枯草芽孢杆菌蛋白酶分子第草芽孢杆菌蛋白酶分子第222222位残基上易氧化位残基上易氧化的的MetMet，获得了一系列活性差异很大的突变酶。，获得了一系列活性差异很大的突变酶。其中用其中用CysCys置换的突变型在置换的突变型在1mol/L1mol/L双氧水中可双氧水中可以保持一小时

13、以上的酶活。以保持一小时以上的酶活。T T4 4溶菌酶及其突变体酶的特性溶菌酶及其突变体酶的特性引入二硫键，改善蛋白质的热稳定性引入二硫键，改善蛋白质的热稳定性 酶酶氨基酸及其位置氨基酸及其位置半衰期半衰期/min/min野生型野生型AsnAsn1414, Asn, Asn7878, ,1313A AAsnAsn1414, Thr, Thr7878, ,1717B BAsnAsn1414, Ile, Ile7878, ,1616C CThrThr1414, Ile, Ile7878, ,2525D DAspAsp1414, Asn, Asn7878, ,1111酿酒酵母磷酸丙糖异构酶及其突变酶

14、在酿酒酵母磷酸丙糖异构酶及其突变酶在100100下的稳定性下的稳定性转化氨基酸残基，改善蛋白质热稳定性转化氨基酸残基，改善蛋白质热稳定性 改变酶的最适改变酶的最适pHpH值条件值条件 碱性条件下，碱性条件下，8080时使高果糖浆焦化产生有害物质，时使高果糖浆焦化产生有害物质，反应只能在反应只能在6060进行。反复调节进行。反复调节pHpH过程产生的盐离子，过程产生的盐离子，去离子工序麻烦。去离子工序麻烦。 采用盒式突变技术将葡萄糖异构酶分子中酸采用盒式突变技术将葡萄糖异构酶分子中酸性氨基酸性氨基酸(Glu(Glu或或Asp)Asp)集中的区域置换为碱性氨基集中的区域置换为碱性氨基酸酸(Arg(

15、Arg或或Lys)Lys)，可使葡萄糖异构酶的最适，可使葡萄糖异构酶的最适pHpH值变值变为酸性，即可在高温下进行反应。为酸性，即可在高温下进行反应。利用定点突变技术利用定点突变技术葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶的催化特性。的催化特性。如将活性中心的如将活性中心的GLuGLu、AspAsp被被GlnGln、AsnAsn取代时，突取代时，突变体酶分解变体酶分解-1-1，4 4糖苷键和糖苷键和-1-1，6 6糖苷键的活糖苷键的活性比例发生明显改变性比例发生明显改变修饰酶的催化特异性修饰酶的催化特异性利用基因工程原理可以在实验室中模利用基因工程原理可以在实验室中模拟生物进化过程。拟生物进化过程。 理论来源

16、理论来源第三节体外定向进化（非理性分子设计）第三节体外定向进化（非理性分子设计）一、蛋白质的体外定向进化一、蛋白质的体外定向进化蛋白质的体外定向进化蛋白质的体外定向进化蛋白质的体外定向进化又称为分子进化，蛋白质的体外定向进化又称为分子进化，就是在实验室条件下模拟自然进化机制，对编就是在实验室条件下模拟自然进化机制，对编码蛋白质的基因进行诱变、重组，再通过高通码蛋白质的基因进行诱变、重组，再通过高通量筛选方法选择出性能更加优良的蛋白质。量筛选方法选择出性能更加优良的蛋白质。不需要已知蛋白质的结构信息不需要已知蛋白质的结构信息。随机突变随机突变+ +定向选择目标突变体定向选择目标突变体细菌细菌诱发

17、突变诱发突变的因素的因素5050 0 0C C培养培养突变体库突变体库选择压力选择压力（温度）（温度）温度耐受型突温度耐受型突变体变体最适生长温度为最适生长温度为37370 0C C最适生长温度提高了！最适生长温度提高了！定向进化示意图定向进化示意图随机突变随机突变+ +定向选择目标突变体定向选择目标突变体蛋白质体外进化的过程蛋白质体外进化的过程1.1.通过通过随机随机突变或基因重组突变或基因重组创造基因多样性，创造基因多样性，建立建立突变文库突变文库；2.2.突变体在适当生物体内突变体在适当生物体内表达表达；3.3.高通量高通量筛选筛选检出阳性结果，检出阳性结果，供进一步进化供进一步进化；4

18、.4.此过程不断此过程不断循环循环，直至获得预期性状的新型蛋白。，直至获得预期性状的新型蛋白。定向进化与自然进化不同点定向进化与自然进化不同点1.1.进化动力不同进化动力不同2.2.进化方向不同进化方向不同3.3.进化速度不同进化速度不同定向进化定点突变的区别定向进化定点突变的区别定向进化：定向进化： 突变位点是随机的，不确定的；突变位点的数目突变位点是随机的，不确定的；突变位点的数目也是不确定的；突变的效应更是不可预知的；理论上也是不确定的；突变的效应更是不可预知的；理论上讲，凡是能够引起突变的因素（物理的，化学的，生讲，凡是能够引起突变的因素（物理的，化学的，生物的）都可以应用于定向进化中

19、突变体的产生。物的）都可以应用于定向进化中突变体的产生。定点突变：定点突变： 突变位点是确定的，突变的个数也是预知的；突突变位点是确定的，突变的个数也是预知的；突变的效应可能是已知的，也可能是未知的；定点突变变的效应可能是已知的，也可能是未知的；定点突变的方法一般是以基因工程技术为基础的。的方法一般是以基因工程技术为基础的。定向进化突变体库产生方法定向进化突变体库产生方法重组：重组：DNADNA改组、外显子改组、随机体外引改组、外显子改组、随机体外引发改组、合成改组发改组、合成改组突变：容错突变：容错PCRPCR、随机定位突变、交错延伸、随机定位突变、交错延伸等方法等方法DNADNA改组改组二

20、、二、DNADNA改组改组将一群密切相关的将一群密切相关的DNADNA序列，在序列，在DNaseIDNaseI作用作用下，随机酶切成许多片段，这些小片段之间有部下，随机酶切成许多片段，这些小片段之间有部分重叠碱基序列，可通过自身引导分重叠碱基序列，可通过自身引导PCRPCR重新组装重新组装成全长基因，从而建立分子多样性文库，对突变成全长基因，从而建立分子多样性文库，对突变文库进行筛选，选择改良的突变体组成下一轮文库进行筛选，选择改良的突变体组成下一轮DNADNA改组模板，重复多次重排与筛选，直至获得改组模板，重复多次重排与筛选，直至获得性状较为满意的突变体。性状较为满意的突变体。DNA重组装原

21、理图重组装原理图1. DNaseI产生随机片段；产生随机片段；2. 随机片段变性；随机片段变性；3. 随机片段复性；随机片段复性；4. 延伸延伸 反复重复反复重复2-4步后，可获得全长步后，可获得全长DNA片段片段 容错容错PCRPCR三、容错三、容错PCRPCR容错容错PCRPCR是指在利用是指在利用TaqTaq聚合酶进行目的基因聚合酶进行目的基因的的PCRPCR扩增的同时引入碱基错配，导致目的基因扩增的同时引入碱基错配，导致目的基因随机突变的一种随机突变的一种DNADNA体外进化技术。体外进化技术。高通量高通量筛选筛选方法方法举举例例四、定向进化技术在酶制剂改造中的应用四、定向进化技术在酶

22、制剂改造中的应用L L天冬氨酸酶天冬氨酸酶( (提高酶耐热性和酶活提高酶耐热性和酶活) )。磷脂酶磷脂酶A1A1突变体（耐有机溶剂）突变体（耐有机溶剂）乙内酰脲酶（乙内酰脲酶（D D型底物突变成型底物突变成L L型底物）。型底物）。第四节融合蛋白技术第四节融合蛋白技术融合蛋白技术概念融合蛋白技术概念一、融合蛋白技术的概念和用途一、融合蛋白技术的概念和用途有目的地把两段或多段编码功能蛋白有目的地把两段或多段编码功能蛋白的基因编码区首尾连接在一起，由同一调的基因编码区首尾连接在一起，由同一调控序列控制所构成的基因表达产物，进而控序列控制所构成的基因表达产物，进而表达所需的蛋白。表达所需的蛋白。融合

23、蛋白技术用途融合蛋白技术用途1.1.为解决在大肠杆菌等原核生物中表达出为解决在大肠杆菌等原核生物中表达出具有生物活性、折叠正确的组蛋白提供了具有生物活性、折叠正确的组蛋白提供了可能。可能。2.2.外源基因与宿主本身蛋白的部分序列构外源基因与宿主本身蛋白的部分序列构成融合基因以融合蛋白的形式表达时会减成融合基因以融合蛋白的形式表达时会减低宿主细胞对产物的降解。低宿主细胞对产物的降解。3.3.融合蛋白技术的出现为研究出更多更好融合蛋白技术的出现为研究出更多更好的基因工程靶向药物提供了方便。的基因工程靶向药物提供了方便。PCRPCR介导的蛋白质分子嵌合体形成介导的蛋白质分子嵌合体形成二、融合蛋白技术

24、的方法二、融合蛋白技术的方法 内含子介导的蛋白质分子嵌合体形成内含子介导的蛋白质分子嵌合体形成合成肽巯基化合物融合蛋白技术的应用融合蛋白技术的应用三、融合蛋白技术的应用三、融合蛋白技术的应用1.1.双功能酶双功能酶2.2.靶向药物靶向药物3.3.抗菌肽抗菌肽以往研究发现以往研究发现 ， 在利用基因融合在利用基因融合所构建的大的酶分子中，如果用以构成融所构建的大的酶分子中，如果用以构成融合蛋白的各个酶分子的合蛋白的各个酶分子的整整个编码序列均保个编码序列均保留留于新的酶分子中，于新的酶分子中，则则融合蛋白一般均保融合蛋白一般均保留留所构成的酶分子各自的酶活性所构成的酶分子各自的酶活性。双功能酶双

25、功能酶并并且且发现在这些新构建的融合蛋白发现在这些新构建的融合蛋白中，蛋白的正确折叠以及各个酶的活性中，蛋白的正确折叠以及各个酶的活性部位均未受到部位均未受到影响影响，与单个酶相比，融，与单个酶相比，融合蛋白的酶的比活力为合蛋白的酶的比活力为50%-100%50%-100%，对于，对于催化连续反应的两种或几种酶，催化连续反应的两种或几种酶， 利用基利用基因融合的方法构成的融合蛋白可产生因融合的方法构成的融合蛋白可产生“ “ 邻邻近近效应效应” （proximity effectproximity effect）。）。研究发现，研究发现， -半乳糖苷酶半乳糖苷酶- -半乳糖半乳糖脱脱氢酶融合蛋白

26、氢酶融合蛋白在一定条件下，其偶联在一定条件下，其偶联反应产生反应产生 NADH NADH 的速度是同时加入这两的速度是同时加入这两种酶的反应速度的两倍以上。同时过渡种酶的反应速度的两倍以上。同时过渡态态时间缩时间缩短近短近四倍四倍。定向药物定向药物 定向药物一般由两部分组成：一定向药物一般由两部分组成：一部分是部分是药物药物；另；另一部分是可以与一部分是可以与病病灶灶特异性结合的特异性结合的配基配基。通过融合蛋白技。通过融合蛋白技术将这两部分融合在一起，术将这两部分融合在一起， 即即可构成可构成一个具有独特构象与功能的蛋白质。一个具有独特构象与功能的蛋白质。 特点：它可以特异性地与靶细胞或致特

27、点：它可以特异性地与靶细胞或致病病因子结合，并把药物引导至因子结合，并把药物引导至病病灶处，灶处，从而大大提高药物的效力。可以从而大大提高药物的效力。可以选择性选择性地杀伤相应的抗原相关细胞或受体相关地杀伤相应的抗原相关细胞或受体相关细胞细胞，对其，对其他他无关细胞无关细胞影响影响较少或无较少或无影影响响。 配基配基常是常是肿瘤特异性抗体肿瘤特异性抗体、细胞因子、细胞因子或或激激素等导向物质，素等导向物质，药物药物常是常是毒性分子毒性分子（如动植物毒素（如动植物毒素、 放放疗疗、化、化疗疗药物或细药物或细菌毒素等）。菌毒素等）。 抗菌肽抗菌肽 肽肽类类抗生素又名抗菌肽，机体天然产生的抗生素又名

28、抗菌肽，机体天然产生的抗菌肽由于其对耐药菌的抗菌肽由于其对耐药菌的强强大抗菌作用而大抗菌作用而受到人们关受到人们关注注。它广泛存在于动植物体内，。它广泛存在于动植物体内，是由生物体特定基因编码的是由生物体特定基因编码的一一类类阳离子小阳离子小分子多肽，具有分子多肽，具有广谱广谱抗菌活性，是机体天抗菌活性，是机体天然免疫然免疫的重要组成部分。的重要组成部分。 研究结果表明，抗菌肽可以在研究结果表明，抗菌肽可以在亚亚毒性浓度毒性浓度下下抑抑制制 HIV-1HIV-1的基因表达，的基因表达， 减少减少 HIV-1HIV-1的增的增殖。而人源溶菌酶除了具有一般溶菌酶的抗菌殖。而人源溶菌酶除了具有一般溶

29、菌酶的抗菌活性外活性外， 也具有抗也具有抗病病毒的特性，毒的特性， 已有研究证已有研究证实人源溶菌酶具有抗实人源溶菌酶具有抗HIV-1HIV-1的作用。的作用。 目目前前已有人构建了已有人构建了抗菌肽抗菌肽B B和人溶菌酶的和人溶菌酶的融合蛋白表达载体融合蛋白表达载体。并成功表达出了具有抗菌。并成功表达出了具有抗菌和抗病毒双重活性的重组蛋白。和抗病毒双重活性的重组蛋白。第五节全新蛋白质的设计和构建第五节全新蛋白质的设计和构建 全新蛋白质设计是根据所希望的全新蛋白质设计是根据所希望的得到的蛋白质结构及功能设计氨基酸序得到的蛋白质结构及功能设计氨基酸序列称反折叠研究。列称反折叠研究。一、概念一、概

30、念 核心问题是要让设计的序列要形核心问题是要让设计的序列要形成一个稳定独特的三维结构。成一个稳定独特的三维结构。 假如我们选定的设计目标是水溶性的球假如我们选定的设计目标是水溶性的球蛋白，基本结构图样是由几段螺旋区组成的螺蛋白，基本结构图样是由几段螺旋区组成的螺旋束，那么首先就要提出一个草图，包括旋束，那么首先就要提出一个草图，包括螺螺旋的数量和长度，相邻的旋的数量和长度，相邻的螺旋相互平行或反螺旋相互平行或反平行排列？相邻平行排列？相邻螺旋之间的堆积及界面情况螺旋之间的堆积及界面情况如何？如何？提出基本结构图样提出基本结构图样二、基本步聚二、基本步聚为了落实每个残基位置上氨基酸，有为了落实每

31、个残基位置上氨基酸，有优先残基的统计学数据可供参考。对已知优先残基的统计学数据可供参考。对已知结构进行调查和分析的统计学结果表明，结构进行调查和分析的统计学结果表明，有些氨基酸对二级结构片段中的特殊位置有些氨基酸对二级结构片段中的特殊位置有优选性。有优选性。确定氨基酸顺序确定氨基酸顺序在初步选定了氨基酸顺序之后，再在初步选定了氨基酸顺序之后，再用用Monte Carlo Monte Carlo 法或分子动力学计算将法或分子动力学计算将它的三维模型优化，继之以能量极小计它的三维模型优化，继之以能量极小计算，使构象的能量水平达到最低和稳定。算，使构象的能量水平达到最低和稳定。结构优化结构优化血红素

32、结合蛋白、血红素结合蛋白、 氧化还原活性蛋氧化还原活性蛋白质、白质、DNADNA结合蛋白及基于蛋白质的高结合蛋白及基于蛋白质的高分子材料。分子材料。三、取得的进展三、取得的进展第六节食物蛋白质改性技术第六节食物蛋白质改性技术蛋白质的功能特性蛋白质的功能特性一、蛋白质的功能特性一、蛋白质的功能特性1.1.水合特性：溶解性、分散性、溶胀性、增水合特性：溶解性、分散性、溶胀性、增稠性等；稠性等；2.2.乳化特性：乳化性、发泡性、持水性、持乳化特性：乳化性、发泡性、持水性、持油性油性3.3.流变和质构性能：胶凝性、黏附性、弹性。流变和质构性能：胶凝性、黏附性、弹性。化学改性化学改性二、食物蛋白的改性二

33、、食物蛋白的改性主要是针对蛋白质的一些氨基、羟主要是针对蛋白质的一些氨基、羟基、巯基以及羧基进行化学修饰，改变基、巯基以及羧基进行化学修饰，改变蛋白质的结构、静电荷、疏水基团，而蛋白质的结构、静电荷、疏水基团，而起到改变基功能性质的目的。起到改变基功能性质的目的。酶法水解改性酶法水解改性利用蛋白酶降解食物蛋白，使其溶解利用蛋白酶降解食物蛋白，使其溶解性、分散性、乳化性等蛋白性能得到改善。性、分散性、乳化性等蛋白性能得到改善。酶法聚合改性酶法聚合改性利用转谷酰胺酶对蛋白进行聚合改性利用转谷酰胺酶对蛋白进行聚合改性以提高食物蛋白的功能性质。以提高食物蛋白的功能性质。物理改性物理改性利用各种物理场效

34、应改变蛋白质的功能特利用各种物理场效应改变蛋白质的功能特性。如组织化挤压改性、高压静电改性、高热性。如组织化挤压改性、高压静电改性、高热高压改性、超声改性、高频电场改性和微波改高压改性、超声改性、高频电场改性和微波改性等。性等。思考题思考题1.1.什么是蛋白质工程、理性分子设计和非理性分什么是蛋白质工程、理性分子设计和非理性分子设计？子设计？2.2.什么是定位突变，常用的定位突变方法及其原什么是定位突变，常用的定位突变方法及其原理。理。3.3.蛋白质的定向进化、蛋白质的定向进化、DNADNA改组、融合蛋白技术改组、融合蛋白技术的概念的概念4.4.蛋白质改性的方法。蛋白质改性的方法。5.5.了儿

35、解蛋白质工程在食品中的应用情况。了儿解蛋白质工程在食品中的应用情况。通过数据库查找或结构观测：通过数据库查找或结构观测：PDBPDB（protein data bankprotein data bank）了解蛋白质三维结构了解蛋白质三维结构酪酪氨氨酸磷酸酶序列（酸磷酸酶序列（a a）和二）和二级结构级结构（b b）酪酪氨氨酸磷酸酶三酸磷酸酶三维结维结构构是否能是否能与与某某个个已知已知3D3D结结构构的蛋白的蛋白质质匹配匹配蛋白蛋白质质序列序列数数据据库库相相似度搜索似度搜索是是否否蛋白蛋白质质家家族、族、结构结构域、域、结构结构簇分析簇分析和已知和已知结结构类构类似似结构结构分析分析否否实验

36、实验室室3D3D结构结构分析分析预测预测3D3D结构结构3D3D比比较较建模建模蛋白蛋白质结构预测质结构预测流程流程一、理性分子设计的基本步骤与改造策略一、理性分子设计的基本步骤与改造策略 蛋白质设计的目标及解决办法蛋白质设计的目标及解决办法引入二硫桥；增加内氢键数目；改善内疏水引入二硫桥；增加内氢键数目；改善内疏水堆积；增加表面盐桥堆积；增加表面盐桥CysCysAlaAla或或SerSer；MetMetGlnGln、ValVal、IleIle或或LeuLeu；把；把TrpTrpPhePhe或或TyrTyr把把CysCysAlaAla或或SerSer；把把MetMetGlnGln、ValVal、IleIle或或LeuLeu；替代表面羧；替代表面羧基基替换表面荷电基团；替换表面荷电基团；HisHis、CysCys以及以及TyrTyr的置的置换；内离子对的置换换；内离子对的置换专一性的改变；增加逆转数；改变酸碱度专一性的改变；增加逆转数；改变酸碱度热稳定性热稳定性对氧化的稳定性对氧化的稳定性对重金属的稳定性对重金属的稳定性对酶的稳定性对酶的稳定性pHpH稳定性稳定性提高酶学性质提高酶学性质解决办法解决办法设计目标设计目标突变及替换氨基酸的目标及解决策略突变及替换氨基酸的目标及解决策略