1緒論 1.1.1 蛋白質工程的起源 1.1.1.1 起源年代 1.1.1.2 起源發(fā)酵 1.1.1.3 生產(chǎn)實踐 1.1.2 蛋白質工程的研究內(nèi)容 1.1.2.1 蛋白質的基礎知識 1.1.2.1.1 蛋白質的結構 1.1.2.1.2 蛋白質的理化性質 1.1.2.1.3 蛋白質的生物功能 1.1.2.1.4 蛋白質的結構與功能的關系 1.1.2.2 蛋白質的物質準備 1.1.2.2.1 蛋白質的表達 1.1.2.2.2 蛋白質的純化 1.1.2.2.3 蛋白質組學研究 1.1.2.3 蛋白質的研究方法 1.1.2.3.1 蛋白質結構解析 1.1.2.3.2 蛋白質的分析鑒定和相互作用研究 1.1.2.3.3 蛋白質組學研究 1.1.2.4 蛋白質的改造應用 1.1.2.4.1 蛋白質工程與生物信息學 1.1.2.4.2 蛋白質的設計改造 1.1.2.4.3 蛋白質的功能應用 1.1.3 蛋白質工程與其他學科 1.1.3.1蛋白質工程與生物信息學 1.1.3.2蛋白質工程與結構生物學 1.1.3.3蛋白質工程與基因工程 1.1.4 蛋白質工程的應用 1.1.4.1工業(yè)領域 1.1.4.2 農(nóng)業(yè)領域 1.1.4.3 醫(yī)藥領域 1.1.4.4 生物醫(yī)藥材料領域 1.1.4.5 能源領域 1.1.4.6 其他領域 思考題 1．請簡要敘述蛋白質工程產(chǎn)生的背景及概念。 2．請簡要敘述蛋白質工程與發(fā)酵工程的關系。 3．蛋白質工程有哪幾部分內(nèi)容,它們之間的關系怎樣。 4．請簡要敘述蛋白質工程的應用前景。 5．請簡要談談蛋白質工程學科在生命科學中的地位。 2 蛋白質結構基礎 2.1 蛋白質的功能及其應用 2.1.1 蛋白質的生物學功能 2.1.1.1 結構成分 2.1.1.2 催化功能 2.1.1.3 貯存功能 2.1.1.4 轉運功能 2.1.1.5 運動功能 2.1.1.6 信息傳遞 2.1.1.7 調節(jié)功能 2.1.1.8 支架作用 2.1.1.9 防御和進攻 2.1.2 蛋白質的應用 2.1.2.1蛋白質在生物學上的意義 2.1.2.2 蛋白質被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn) 2.1.2.3 蛋白質在臨床及醫(yī)藥方面的應用 2.2 蛋白質、氨基酸與多肽鏈 2.2.1氨基酸 2.2.1.1 氨基酸的結構特征 2.2.1.1.1 氨基酸的化學機構 2.2.1.1.2 氨基酸的構型 2.2.1.1.3 氨基酸的構象 2.2.2 蛋白質中常見氨基酸的分類 2.2.2.1 按照R基團的化學結構進行分類 2.2.2.1.1 脂肪族氨基酸 2.2.2.1.2 芳香族氨基酸 2.2.2.1.3 雜環(huán)族氨基酸 2.2.2.2 按照R基團的劑型性質進行分類 2.2.2.2.1 非極性R基團氨基酸 2.2.2.2.2 不帶電荷的極性R基團氨基酸 2.2.2.2.3 帶負電荷的R基團氨基酸 2.2.2.2.4 帶正電荷的R基團氨基酸 2.2.2.3 蛋白質中的稀有氨基酸 2.2.2.4 非天然蛋白質氨基酸 2.2.3 肽 2.2.3.1 肽鍵與多肽鏈 2.2.3.1.1 肽鍵 2.2.3.1.2 肽與多肽鏈 2.2.3.2 多肽鏈的構象 2.2.3.2.1 肽單位和多肽主鏈 2.2.3.2.2 多肽鏈的構象 2.3 蛋白質的結構 2.3.1 蛋白質的一級結構 2.3.2 蛋白質的空間結構 2.3.2.1 蛋白質的二級結構 2.3.2.1.1 α螺旋 2.3.2.1.2 β折疊 2.3.2.1.3 β轉角 2.3.2.1.4 無規(guī)則卷曲 2.3.2.2 超二級結構和結構域 2.3.2.2.1 超二級結構 2.3.2.2.2 結構域 2.3.2.3 三級結構 2.3.2.4 四級結構 2.3.3 維持蛋白質空間構象的作用力 2.3.3.1 氫鍵 2.3.3.2 范德華力 2.3.3.3 疏水作用 2.3.3.4 離子鍵 2.3.3.5 二硫鍵 2.4 蛋白質結構與功能的關系 2.4.1 蛋白質一級結構與功能的關系 2.4.1.1 同源蛋白質的種屬差異和生物進化 2.4.1.2 一級結構相同的蛋白質的功能也相同 2.4.1.3 以及結構的變異和分子病 2.4.2 蛋白質的空間結構和功能的關系 2.4.2.1 肌紅蛋白的結構和功能 2.4.2.2 血紅蛋白的結構和功能 2.4.3 蛋白質的變性與復性 2.4.3.1 蛋白質的變性 2.4.3.2 蛋白質的復性 思考題 1. 簡述蛋白質一級結構、二級結構、超二級結構、結構域、三級結構和四級結構之間的關系。 2.為什么氫鍵對維系蛋白質二級結構有重要貢獻,試以a螺旋、β折疊為例說明。 3.為什么疏水作用對維系蛋白質三級結構有重要貢獻,試舉例說明。 4.簡述蛋白質的4種二級結構及其結構特點。 5.為什么說蛋白質行使其功能的能力是由它的三維結構決定的? 6.試述蛋白質結構與功能的關系(蛋白質一級結構與功能的關系,蛋白質空間結構與功能的關系)。 7.蛋白質結構與蛋白質工程之間關系如何? 3 蛋白質的表達 3.1 蛋白質的表達 3.1.1 大腸桿菌表達系統(tǒng) 3.1.1.1 大腸桿菌表達系統(tǒng)的組成 3.1.1.1.1 表達載體 3.1.1.1.2 外源基因 3.1.1.1.3 表達宿主菌株 3.1.1.2 影響外源基因在大腸桿菌系統(tǒng)中表達的因素 3.1.1.2.1 表達載體的選擇 3.1.1.2.2 外源基因中密碼子的使用 3.1.1.2.3 mRNA結構的穩(wěn)定性 3.1.1.2.4 發(fā)酵工藝的控制 3.1.2 枯草芽孢桿菌表達系統(tǒng) 3.1.2.1 枯草芽孢桿菌表達系統(tǒng)的組成 3.1.2.1.1 多sigma（σ）因子 3.1.2.1.2 啟動子 3.1.2.1.3 mRNA的核糖體結合位點（RBS） 3.1.2.1.4 轉錄終止子 3.1.2.2 影響外源基因在枯草芽孢桿菌系統(tǒng)中表達的因素 3.1.2.2.1 表達載體的選擇 3.1.2.2.2 蛋白質分泌能力的影響 3.2 蛋白質的真核表達 3.2.1 酵母表達系統(tǒng) 3.2.1.1 酒釀酵母表達系統(tǒng) 3.2.1.1.1 12um質粒的篩選標記 3.2.1.1.2 表達載體 3.2.1.1.3 釀酒酵母表達載體優(yōu)缺點 3.2.1.2 甲醇酵母表達系統(tǒng) 3.2.1.2.1 巴斯德畢赤酵母系統(tǒng) 3.2.1.2.2 多形漢遜酵母表達系統(tǒng) 3.2.1.3 裂殖酵母表達系統(tǒng) 3.2.1.3.1 表達載體 3.2.1.3.2 裂殖酵母表達系統(tǒng)的應用 3.2.1.4 影響酵母表達外源基因的因素 3.2.1.4.1 外源基因特性 3.2.1.4.2 啟動子的影響 3.2.1.4.3 外源基因拷貝數(shù)和穩(wěn)定性 3.2.1.4.4 翻譯后修飾 3.2.1.4.5 表達條件的優(yōu)化 3.2.2 昆蟲桿狀病毒表達系統(tǒng) 3.2.2.1 昆蟲桿狀病毒表達系統(tǒng)的特點 3.2.2.2 桿狀病毒表達載體 3.2.2.3 重組桿狀病毒的構建及純化 3.2.2.4 昆蟲桿狀病毒表達載體系統(tǒng)的優(yōu)缺點 3.2.2.5 外源基因表達的影響因素 3.2.2.6 昆蟲桿狀病毒表達系統(tǒng)的應用 3.2.3 哺乳動物細胞表達系統(tǒng) 3.2.3.1 表達載體 3.2.3.1.1 表達載體的類型 3.2.3.1.2 表達載體的結構元件 3.2.3.1.3 哺乳動物細胞高效率表達載體的構建 3.2.3.2 宿主細胞的改造 3.2.3.2.1 抗凋亡工程 3.2.3.2.2 細胞周期調控工程 3.2.3.2.3 糖基化工程 3.2.3.2.4 代謝工程 3.2.3.2.5 細胞增殖控制工程 思考題 1.試述常用的蛋白質原核表達系統(tǒng)及其優(yōu)缺點。 2.簡述影響大腸桿菌表達系統(tǒng)效率的因素。 3.試述常用的蛋白質真核表達系統(tǒng)類型及其優(yōu)缺點。 4.影響酵母表達外源基因效率的因素有哪些? 5.昆蟲桿狀病毒表達系統(tǒng)的特點及影響其高效表達的因素有哪些? 6.構建高效的哺乳動物細胞表達載體應該考慮哪些方面的因素? 7.哺乳動物細胞表達系統(tǒng)的宿主細胞改造方式有哪些? 4 蛋白質的修飾 4.1 蛋白質的修飾 4.1.1 蛋白質側鏈基團的化學修飾 4.1.1.1 氨基的化學修飾 4.1.1.2 羧基的化學修飾 4.1.1.3 巰基的化學修飾 4.1.1.4 二硫鍵的化學修飾 4.1.1.5 其他側鏈基團的修飾 4.1.2 蛋白質的位點專一性修飾 4.1.2.1 親和標記 4.1.2.2 光親和標記 4.1.3 蛋白質的聚乙二醇(PEG)修飾 4.1.4 蛋白質的化學交聯(lián)和化學偶聯(lián) 4.2 蛋白質的分子生物學改造 4.2.1 基因突變技術 4.2.1.1 定點突變 4.2.1.1.1 PCR介導的定點突變 4.2.1.1.2寡核苷酸引物介導的定點突變 4.2.1.1.3盒式突變 4.2.1.2 定向進化 4.2.1.2.1 構建突變庫 4.2.1.2.2突變庫的篩選 4.2.2 基因融合 4.2.2.1 基因融合的分子設計策略 4.2.2.1.1 直接的順序融合 4.2.2.1.2 通過連接肽融合基因 4.2.2.1.3 插入融合 4.2.2.2 融合蛋白標簽 4.2.2.3 內(nèi)含肽(intein)介導的基因剪接 4.2.2.4 tRNA介導的蛋白質改造 思考題 1.蛋白質化學修飾反應類型主要有哪些? 2.蛋白質化學修飾反應常發(fā)生在哪些功能基團上? 3.蛋白質的聚乙二醇修飾有哪些優(yōu)點? 4.突變文庫的篩選方法主有哪些? 5.基因定點突變主要方法有哪些? 6.基因融合有哪些優(yōu)勢? 7.常見的融合蛋白標簽是什么? 8.融合蛋白分子設計策略有哪些? 9.定向進化的關鍵步驟是什么? 10.內(nèi)含肽是如何進行蛋白質剪接的? 5 蛋白質物理化學 5.1 蛋白質熱力學函數(shù)與蛋白質構象平衡 5.1.1 描述蛋白質體系的主要熱力學函數(shù) 5.1.2 蛋白質構象與熱運動 5.1.3 維持蛋白質構象的作用力 5.1.3.1 鹽鍵 5.1.3.2 范德華力 5.1.3.3 氫鍵 5.1.3.4 疏水作用 5.1.3.5二硫鍵 5.2 突變與折疊 5.2.1 突變與熱穩(wěn)定性 5.2.2 蛋白質折疊 5.2.2.1 蛋白質折疊密碼 5.2.2.2 蛋白質折疊的歷程 5.2.2.3 蛋白質折疊速度機制 5.3 蛋白質折疊熱力學和動力學 5.3.1 蛋白質折疊的熱力學研究 5.3.1.1 熵的作用 5.3.1.2 吉布斯自由能降低的影響因素 5.3.2.3 蛋白質折疊熱力學研究方法 5.3.2 蛋白質折疊的動力學研究 5.3.2.1 折疊與退折疊 5.3.2.2蛋白質折疊研究技術 5.3.3 蛋白質構象研究方法 思考題 1.何謂焓、熵?它們分別有何意義? 2.如何測量蛋白質溶液的熱容量? 3.蛋白質折疊動力學的研究技術有哪些? 4.蛋白質折疊反應需滿足的實驗標準是什么? 6.簡述蛋白質折疊的基本過程。 7.簡述第二遺傳密碼的含義及意義。 8.簡述蛋白質折疊的意義及應用前景。 9.筒述蛋白質折疊的機制。 10.試述蛋白質折疊的最新研究進展。 6 蛋白質結構 6.1 利用X射線晶體衍射技術解析蛋白質結構 6.1.1 X射線晶體衍射技術的發(fā)展和基本原理 6.1.2 蛋白質結晶方法 6.1.2.1 蛋白質結晶的樣品制備 6.1.2.2 蛋白質結晶的基本方法 6.1.2.2.1 倒置液滴氣相擴散法 6.1.2.2.2 正置液滴氣相擴散法 6.1.2.2.3 批量板法 6.1.2.3 蛋白質結晶儀器 6.1.2.4 蛋白質結晶的影響條件 6.1.2.4.1 蛋白質本身 6.1.2.4.2 蛋白質的濃度 6.1.2.4.3 沉淀劑 6.1.2.4.4 溫度 6.1.2.4.5 溫度 6.1.2.5 蛋白質晶體的優(yōu)化 6.1.2.5.1 優(yōu)化結晶條件 6.1.2.5.2 添加劑 6.1.2.5.3 晶體種植法 6.1.2.5.4 優(yōu)化操作 6.1.3 X射線晶體衍射解析蛋白質結構的基本方法 6.1.3.1 晶體冷凍和防凍 6.1.3.2 數(shù)據(jù)采集 6.1.3.3 晶體位相的分析方法 6.1.3.