1緒論 1.1.1 蛋白質(zhì)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(shí)踐 1.1.2 蛋白質(zhì)工程的研究?jī)?nèi)容 1.1.2.1 蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)知識(shí) 1.1.2.1.1 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 1.1.2.1.2 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 1.1.2.1.3 蛋白質(zhì)的生物功能 1.1.2.1.4 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 1.1.2.2 蛋白質(zhì)的物質(zhì)準(zhǔn)備 1.1.2.2.1 蛋白質(zhì)的表達(dá) 1.1.2.2.2 蛋白質(zhì)的純化 1.1.2.2.3 蛋白質(zhì)組學(xué)研究 1.1.2.3 蛋白質(zhì)的研究方法 1.1.2.3.1 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)解析 1.1.2.3.2 蛋白質(zhì)的分析鑒定和相互作用研究 1.1.2.3.3 蛋白質(zhì)組學(xué)研究 1.1.2.4 蛋白質(zhì)的改造應(yīng)用 1.1.2.4.1 蛋白質(zhì)工程與生物信息學(xué) 1.1.2.4.2 蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì)改造 1.1.2.4.3 蛋白質(zhì)的功能應(yīng)用 1.1.3 蛋白質(zhì)工程與其他學(xué)科 1.1.3.1蛋白質(zhì)工程與生物信息學(xué) 1.1.3.2蛋白質(zhì)工程與結(jié)構(gòu)生物學(xué) 1.1.3.3蛋白質(zhì)工程與基因工程 1.1.4 蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用 1.1.4.1工業(yè)領(lǐng)域 1.1.4.2 農(nóng)業(yè)領(lǐng)域 1.1.4.3 醫(yī)藥領(lǐng)域 1.1.4.4 生物醫(yī)藥材料領(lǐng)域 1.1.4.5 能源領(lǐng)域 1.1.4.6 其他領(lǐng)域 思考題 1．請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述蛋白質(zhì)工程產(chǎn)生的背景及概念。 2．請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程的關(guān)系。 3．蛋白質(zhì)工程有哪幾部分內(nèi)容,它們之間的關(guān)系怎樣。 4．請(qǐng)簡(jiǎn)要敘述蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用前景。 5．請(qǐng)簡(jiǎn)要談?wù)劦鞍踪|(zhì)工程學(xué)科在生命科學(xué)中的地位。 2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 2.1 蛋白質(zhì)的功能及其應(yīng)用 2.1.1 蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能 2.1.1.1 結(jié)構(gòu)成分 2.1.1.2 催化功能 2.1.1.3 貯存功能 2.1.1.4 轉(zhuǎn)運(yùn)功能 2.1.1.5 運(yùn)動(dòng)功能 2.1.1.6 信息傳遞 2.1.1.7 調(diào)節(jié)功能 2.1.1.8 支架作用 2.1.1.9 防御和進(jìn)攻 2.1.2 蛋白質(zhì)的應(yīng)用 2.1.2.1蛋白質(zhì)在生物學(xué)上的意義 2.1.2.2 蛋白質(zhì)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn) 2.1.2.3 蛋白質(zhì)在臨床及醫(yī)藥方面的應(yīng)用 2.2 蛋白質(zhì)、氨基酸與多肽鏈 2.2.1氨基酸 2.2.1.1 氨基酸的結(jié)構(gòu)特征 2.2.1.1.1 氨基酸的化學(xué)機(jī)構(gòu) 2.2.1.1.2 氨基酸的構(gòu)型 2.2.1.1.3 氨基酸的構(gòu)象 2.2.2 蛋白質(zhì)中常見(jiàn)氨基酸的分類(lèi) 2.2.2.1 按照R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi) 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(tuán)的劑型性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi) 2.2.2.2.1 非極性R基團(tuán)氨基酸 2.2.2.2.2 不帶電荷的極性R基團(tuán)氨基酸 2.2.2.2.3 帶負(fù)電荷的R基團(tuán)氨基酸 2.2.2.2.4 帶正電荷的R基團(tuán)氨基酸 2.2.2.3 蛋白質(zhì)中的稀有氨基酸 2.2.2.4 非天然蛋白質(zhì)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(gòu)象 2.2.3.2.1 肽單位和多肽主鏈 2.2.3.2.2 多肽鏈的構(gòu)象 2.3 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 2.3.1 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 2.3.2 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu) 2.3.2.1 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 2.3.2.1.1 α螺旋 2.3.2.1.2 β折疊 2.3.2.1.3 β轉(zhuǎn)角 2.3.2.1.4 無(wú)規(guī)則卷曲 2.3.2.2 超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 2.3.2.2.1 超二級(jí)結(jié)構(gòu) 2.3.2.2.2 結(jié)構(gòu)域 2.3.2.3 三級(jí)結(jié)構(gòu) 2.3.2.4 四級(jí)結(jié)構(gòu) 2.3.3 維持蛋白質(zhì)空間構(gòu)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(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 2.4.1 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 2.4.1.1 同源蛋白質(zhì)的種屬差異和生物進(jìn)化 2.4.1.2 一級(jí)結(jié)構(gòu)相同的蛋白質(zhì)的功能也相同 2.4.1.3 以及結(jié)構(gòu)的變異和分子病 2.4.2 蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 2.4.2.1 肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能 2.4.2.2 血紅蛋白的結(jié)構(gòu)和功能 2.4.3 蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 2.4.3.1 蛋白質(zhì)的變性 2.4.3.2 蛋白質(zhì)的復(fù)性 思考題 1. 簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。 2.為什么氫鍵對(duì)維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)有重要貢獻(xiàn),試以a螺旋、β折疊為例說(shuō)明。 3.為什么疏水作用對(duì)維系蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)有重要貢獻(xiàn),試舉例說(shuō)明。 4.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)的4種二級(jí)結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 5.為什么說(shuō)蛋白質(zhì)行使其功能的能力是由它的三維結(jié)構(gòu)決定的? 6.試述蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系(蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系)。 7.蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)工程之間關(guān)系如何? 3 蛋白質(zhì)的表達(dá) 3.1 蛋白質(zhì)的表達(dá) 3.1.1 大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng) 3.1.1.1 大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)的組成 3.1.1.1.1 表達(dá)載體 3.1.1.1.2 外源基因 3.1.1.1.3 表達(dá)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(dá)的因素 3.1.1.2.1 表達(dá)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(jié)構(gòu)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(dá)系統(tǒng) 3.1.2.1 枯草芽孢桿菌表達(dá)系統(tǒng)的組成 3.1.2.1.1 多sigma（σ）因子 3.1.2.1.2 啟動(dòng)子 3.1.2.1.3 mRNA的核糖體結(jié)合位點(diǎn)（RBS） 3.1.2.1.4 轉(zhuǎn)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(dá)的因素 3.1.2.2.1 表達(dá)載體的選擇 3.1.2.2.2 蛋白質(zhì)分泌能力的影響 3.2 蛋白質(zhì)的真核表達(dá) 3.2.1 酵母表達(dá)系統(tǒng) 3.2.1.1 酒釀酵母表達(dá)系統(tǒng) 3.2.1.1.1 12um質(zhì)粒的篩選標(biāo)記 3.2.1.1.2 表達(dá)載體 3.2.1.1.3 釀酒酵母表達(dá)載體優(yōu)缺點(diǎn) 3.2.1.2 甲醇酵母表達(dá)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(dá)系統(tǒng) 3.2.1.3 裂殖酵母表達(dá)系統(tǒng) 3.2.1.3.1 表達(dá)載體 3.2.1.3.2 裂殖酵母表達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用 3.2.1.4 影響酵母表達(dá)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(dòng)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(dá)條件的優(yōu)化 3.2.2 昆蟲(chóng)桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng) 3.2.2.1 昆蟲(chóng)桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)的特點(diǎn) 3.2.2.2 桿狀病毒表達(dá)載體 3.2.2.3 重組桿狀病毒的構(gòu)建及純化 3.2.2.4 昆蟲(chóng)桿狀病毒表達(dá)載體系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 3.2.2.5 外源基因表達(dá)的影響因素 3.2.2.6 昆蟲(chóng)桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用 3.2.3 哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng) 3.2.3.1 表達(dá)載體 3.2.3.1.1 表達(dá)載體的類(lèi)型 3.2.3.1.2 表達(dá)載體的結(jié)構(gòu)元件 3.2.3.1.3 哺乳動(dòng)物細(xì)胞高效率表達(dá)載體的構(gòu)建 3.2.3.2 宿主細(xì)胞的改造 3.2.3.2.1 抗凋亡工程 3.2.3.2.2 細(xì)胞周期調(diào)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(xì)胞增殖控制工程 思考題 1.試述常用的蛋白質(zhì)原核表達(dá)系統(tǒng)及其優(yōu)缺點(diǎn)。 2.簡(jiǎn)述影響大腸桿菌表達(dá)系統(tǒng)效率的因素。 3.試述常用的蛋白質(zhì)真核表達(dá)系統(tǒng)類(lèi)型及其優(yōu)缺點(diǎn)。 4.影響酵母表達(dá)外源基因效率的因素有哪些? 5.昆蟲(chóng)桿狀病毒表達(dá)系統(tǒng)的特點(diǎn)及影響其高效表達(dá)的因素有哪些? 6.構(gòu)建高效的哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)載體應(yīng)該考慮哪些方面的因素? 7.哺乳動(dòng)物細(xì)胞表達(dá)系統(tǒng)的宿主細(xì)胞改造方式有哪些? 4 蛋白質(zhì)的修飾 4.1 蛋白質(zhì)的修飾 4.1.1 蛋白質(zhì)側(cè)鏈基團(tuán)的化學(xué)修飾 4.1.1.1 氨基的化學(xué)修飾 4.1.1.2 羧基的化學(xué)修飾 4.1.1.3 巰基的化學(xué)修飾 4.1.1.4 二硫鍵的化學(xué)修飾 4.1.1.5 其他側(cè)鏈基團(tuán)的修飾 4.1.2 蛋白質(zhì)的位點(diǎn)專一性修飾 4.1.2.1 親和標(biāo)記 4.1.2.2 光親和標(biāo)記 4.1.3 蛋白質(zhì)的聚乙二醇(PEG)修飾 4.1.4 蛋白質(zhì)的化學(xué)交聯(lián)和化學(xué)偶聯(lián) 4.2 蛋白質(zhì)的分子生物學(xué)改造 4.2.1 基因突變技術(shù) 4.2.1.1 定點(diǎn)突變 4.2.1.1.1 PCR介導(dǎo)的定點(diǎn)突變 4.2.1.1.2寡核苷酸引物介導(dǎo)的定點(diǎn)突變 4.2.1.1.3盒式突變 4.2.1.2 定向進(jìn)化 4.2.1.2.1 構(gòu)建突變庫(kù) 4.2.1.2.2突變庫(kù)的篩選 4.2.2 基因融合 4.2.2.1 基因融合的分子設(shè)計(jì)策略 4.2.2.1.1 直接的順序融合 4.2.2.1.2 通過(guò)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(biāo)簽 4.2.2.3 內(nèi)含肽(intein)介導(dǎo)的基因剪接 4.2.2.4 tRNA介導(dǎo)的蛋白質(zhì)改造 思考題 1.蛋白質(zhì)化學(xué)修飾反應(yīng)類(lèi)型主要有哪些? 2.蛋白質(zhì)化學(xué)修飾反應(yīng)常發(fā)生在哪些功能基團(tuán)上? 3.蛋白質(zhì)的聚乙二醇修飾有哪些優(yōu)點(diǎn)? 4.突變文庫(kù)的篩選方法主有哪些? 5.基因定點(diǎn)突變主要方法有哪些? 6.基因融合有哪些優(yōu)勢(shì)? 7.常見(jiàn)的融合蛋白標(biāo)簽是什么? 8.融合蛋白分子設(shè)計(jì)策略有哪些? 9.定向進(jìn)化的關(guān)鍵步驟是什么? 10.內(nèi)含肽是如何進(jìn)行蛋白質(zhì)剪接的? 5 蛋白質(zhì)物理化學(xué) 5.1 蛋白質(zhì)熱力學(xué)函數(shù)與蛋白質(zhì)構(gòu)象平衡 5.1.1 描述蛋白質(zhì)體系的主要熱力學(xué)函數(shù) 5.1.2 蛋白質(zhì)構(gòu)象與熱運(yùn)動(dòng) 5.1.3 維持蛋白質(zhì)構(gòu)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(zhì)折疊 5.2.2.1 蛋白質(zhì)折疊密碼 5.2.2.2 蛋白質(zhì)折疊的歷程 5.2.2.3 蛋白質(zhì)折疊速度機(jī)制 5.3 蛋白質(zhì)折疊熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué) 5.3.1 蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)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(zhì)折疊熱力學(xué)研究方法 5.3.2 蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)研究 5.3.2.1 折疊與退折疊 5.3.2.2蛋白質(zhì)折疊研究技術(shù) 5.3.3 蛋白質(zhì)構(gòu)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(cè)量蛋白質(zhì)溶液的熱容量? 3.蛋白質(zhì)折疊動(dòng)力學(xué)的研究技術(shù)有哪些? 4.蛋白質(zhì)折疊反應(yīng)需滿足的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)是什么? 6.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)折疊的基本過(guò)程。 7.簡(jiǎn)述第二遺傳密碼的含義及意義。 8.簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)折疊的意義及應(yīng)用前景。 9.筒述蛋白質(zhì)折疊的機(jī)制。 10.試述蛋白質(zhì)折疊的最新研究進(jìn)展。 6 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 6.1 利用X射線晶體衍射技術(shù)解析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu) 6.1.1 X射線晶體衍射技術(shù)的發(fā)展和基本原理 6.1.2 蛋白質(zhì)結(jié)晶方法 6.1.2.1 蛋白質(zhì)結(jié)晶的樣品制備 6.1.2.2 蛋白質(zhì)結(jié)晶的基本方法 6.1.2.2.1 倒置液滴氣相擴(kuò)散法 6.1.2.2.2 正置液滴氣相擴(kuò)散法 6.1.2.2.3 批量板法 6.1.2.3 蛋白質(zhì)結(jié)晶儀器 6.1.2.4 蛋白質(zhì)結(jié)晶的影響條件 6.1.2.4.1 蛋白質(zhì)本身 6.1.2.4.2 蛋白質(zhì)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(zhì)晶體的優(yōu)化 6.1.2.5.1 優(yōu)化結(jié)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(zhì)結(jié)構(gòu)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.