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蛋白质工程是蛋白质基础理论研究与工程应用的结合，《蛋白质工程》以工科思想为指导来构建《蛋白质工程》基本框架和体系，分三个层次阐述：蛋白质生物学基础理论、蛋白质工程技术理论、蛋白质工程方法与技术。内容上强化蛋白质工程的工艺过程，在注重工艺原理运用与产物生产过程的完整性中，加强和体现了蛋白质生产工艺的先进性。《蛋白质工程》包括大量科研及生产案例，力求使读者更好地理解本学科的内容。

目录

前言

**章 绪论 1

**节 蛋白质工程概论 1

一、蛋白质工程的内涵 1

二、广义蛋白质工程 2

三、狭义蛋白质工程 3

四、蛋白质工程学与其他学科的关系 4

第二节 蛋白质工程的功能与研究内容 5

一、功能 5

二、研究内容 6

第三节 历史的回顾与应用研究进展 8

一、从多肽开始 9

二、在基因水平操作 9

三、在生化水平扩展 10

第四节 蛋白质工程的主要成就 10

一、普遍性应用 10

二、产品的多样性 12

思考题 13

参考文献 14

第二章 蛋白质的结构 15

**节 蛋白质的初级结构 15

一、蛋白质的一级结构 15

二、蛋白质原子构成与作用 16

三、蛋白质氨基酸构成与作用 16

第二节 蛋白质的高级结构 18

一、蛋白质结构的层次性 18

二、蛋白质构象的多样性 18

三、蛋白质的二级结构 19

四、蛋白质的超二级结构和结构域 20

五、蛋白质的三级结构和四级结构 23

六、蛋白质初级结构与高级结构的关系 25

第三节 蛋白质结构生物学研究进程 26

一、两个黄金时代 26

二、膜蛋白的挑战 27

三、特殊问题 27

思考题 27

参考文献 27

第三章 工业蛋白质种类与功能特性 29

**节 概述 29

一、工业蛋白质的发展史 29

二、工业蛋白质的定义 30

第二节 工业蛋白质的种类 30

一、植物蛋白质 30

二、动物蛋白质 31

第三节 蛋白质的理化特性 33

一、溶解性 33

二、水合能力 35

三、乳化性 37

四、起泡性 38

五、黏度 38

六、凝胶性 39

七、组织形成性 39

八、风味结合性 40

第四节 工业蛋白质的生产特性与要求 40

一、工业蛋白质的生产特性 40

二、特性的形成与决定 40

三、生产上对蛋白质特性的要求 41

四、蛋白质功能特性与结构的关系 41

思考题 43

参考文献 44

第四章 工业蛋白质改性加工方法与利用途径 45

**节 蛋白质改性的原理与目的 45

一、蛋白质改性的原理 45

二、蛋白质改性的目的 45

第二节 蛋白质改性的途径与方法 47

一、蛋白质改性的途径 47

二、蛋白质改良的方法 47

第三节 改性的限制因素 58

一、产品安全性 58

二、产品功能特性的变化 58

三、营养损失 58

四、生产费用 58

五、产品感官性质 58

第四节 改性蛋白质的加工方法 59

一、加工程序 59

二、加工方法 59

第五节 改性蛋白质的利用途径 60

一、胶黏剂类 61

二、可食性薄膜 63

三、表面活性剂 64

四、可降解材料 64

五、控释体系 65

六、造纸业的湿强剂 66

七、蛋白质纤维和纳米纤维 66

思考题 66

参考文献 67

第五章 蛋白质改性纺丝制胶制膜技术 68

**节 丝素蛋白的改性技术 68

一、丝素蛋白改性的目的 68

二、蚕丝蛋白丝素肽的提取工艺技术和流程 69

三、改性的方法 70

第二节 蛋白质改性纺织纤维技术 73

一、大豆蛋白质纺织纤维 73

二、丝素蛋白纺织纤维 75

第三节 大豆蛋白质改性制胶技术 78

一、两种原因 78

二、生产上对大豆蛋白质胶黏剂性能的要求 78

三、大豆蛋白质制胶的途径 80

四、影响制胶的因素 81

五、应用 82

第四节 胶原蛋白改性制膜技术 83

一、改性方法 84

二、改性前后胶原仿生膜的通透性 84

思考题 87

参考文献 87

第六章 蛋白抗体酶工程技术 88

**节 概述 88

一、抗体的多样性 88

二、抗体酶的产生 88

三、抗体酶的优点 89

第二节 产生抗体酶的原理与方法 89

一、原理 89

二、方法 91

第三节 用于产生抗体酶的抗体库技术 94

一、PCR引物克隆 95

二、生物合成反应法 96

三、直接筛选法 97

第四节 抗体酶活性部位的修饰 97

一、定点突变法 97

二、化学修饰法 98

第五节 抗体酶的晶体结构 99

一、抗体酶1F7 99

二、抗体酶17E8 100

三、抗体酶48G7 100

第六节 抗体酶研究新方法 101

一、半抗原设计方法 101

二、抗体催化的化学转化范围 102

三、挑战与展望 105

第七节 抗体酶的应用 106

一、抗体酶在有机合成中的应用 106

二、用于阐明化学反应机制的抗体酶 107

三、抗体酶在医疗上的应用 108

思考题 109

参考文献 109

第七章 蛋白质活性多肽与随机序列多肽库 110

**节 蛋白质多肽的活性 110

一、生物活性肽 110

二、抗菌肽 113

三、金属结合蛋白(肽) 114

第二节 蛋白质酶水解物 116

一、肽酶的作用方式 116

二、蛋白质水解物的生理功能 117

三、蛋白质水解物的应用 117

第三节 现代高通量筛选技术 118

一、宏基因组技术筛选 118

二、宏蛋白质组技术筛选 118

第四节 多肽筛选的靶体 119

一、用单克隆抗体确定抗原表位 119

二、确定纯化蛋白及其他分子的结合表位 119

三、酶作用底物分析 120

四、分析蛋白质-蛋白质相互作用界面关键位点图谱 121

五、寻找大型功能蛋白的小分子模拟肽 121

六、分离与鉴定疾病特异抗原模拟肽 122

七、筛选细胞和器官特异肽 122

八、抑制病毒复制的多肽 123

第五节 噬菌体表位随机肽库 125

一、丝状噬菌体的形态结构 125

二、噬菌体表面展示技术原理 126

三、噬菌体表面展示系统 128

四、建库 129

五、噬菌体表位随机肽库的局限 132

第六节 噬菌体表位随机肽库筛选 132

一、筛选的一般过程 132

二、筛选策略 133

三、筛选克隆的进一步分析 135

第七节 其他方式展示肽库 136

一、质粒肽库 136

二、多核糖体展示肽库 137

思考题 140

参考文献 140

第八章 酶的固定化技术 141

**节 酶的固定化技术概述 141

一、固定化酶的发展史 141

二、固定化酶发展的动因与过程 141

三、酶固定化的定义 143

四、酶固定化技术的重要性 144

五、固定化酶的优缺点 145

第二节 酶固定化的机制 145

一、酶分子与载体连接的功能基团 145

二、载体的选择 146

三、偶联反应 146

第三节 酶固定化的方法 148

一、固定化方法分类 148

二、物理固定法 149

三、化学固定法 152

四、各种固定化酶特点的比较 154

第四节 固定化酶载体材料与反应器 155

一、载体分类 155

二、对载体的要求 156

三、天然载体及改进 157

四、合适的固定化条件 157

五、固定化酶反应器 158

第五节 固定化酶的形态与性质 158

一、固定化酶的形态 158

二、固定化酶的活力 159

三、固定化酶的稳定性 159

四、固定化对酶性质的影响 160

五、固定化酶的催化特征 161

第六节 影响固定化酶酶促反应的主要因素 161

第七节 固定化酶的应用 162

一、工业生产上的应用 162

二、医药方面的应用 163

三、化学分析方面的应用 163

四、环境保护方面的应用 164

五、新能源的开发 164

思考题 164

参考文献 164

第九章 蛋白质结晶技术 165

**节 晶体生长机制 165

一、结晶推动力 165

二、溶液分相与结晶相图 165

三、聚集与成簇 166

四、成核 166

五、晶体生长 167

六、场的作用 167

第二节 结晶条件的筛选和结晶技术 169

一、影响蛋白质晶体生长的因素 169

二、蛋白质晶体的形成 170

第三节 蛋白质晶体生长的方法 170

第四节 蛋白质晶体的初步鉴定和挑选 172

思考题 172

参考文献 173

第十章 蛋白质工程酶 174

**节 进化工程酶 174

一、分子育种 174

二、酶的体外定向进化 175

第二节 模块酶 187

一、模块酶的概念 187

二、模块酶的类型 187

第三节 杂合酶 193

一、杂合酶的概念 193

二、构建杂合酶的方法 193

三、酶的**化 197

第四节 蛋白质工程酶制备技术 200

一、定点突变 200

二、二级结构工程 207

三、活性部位工程 209

四、结构域工程 214

五、从头设计酶 216

思考题 221

参考文献 221

第十一章 蛋白质组织工程 222

**节 天然蛋白基水凝胶 223

一、形成原理、作用与影响因素 223

二、蛋白基水凝胶的类型 223

三、蛋白基水凝胶结构表征 230

第二节 生物功能表面材料 231

一、生物材料表面与蛋白质、细胞之间的关系 231

二、生物表面材料的构筑 234

三、组织工程中生物材料表面的构筑 236

第三节 骨组织工程的蛋白质支架材料 237

一、支架材料的功能与作用 238

二、骨组织工程要素与支架材料条件 238

三、支架材料的种类 239

四、支架的性能评价 240

第四节 不同蛋白质制备组织工程支架 240

一、羊毛角蛋白作组织工程支架材料 240

二、丝素蛋白作组织工程支架材料 241

三、玉米醇溶蛋白作组织工程支架材料 242

四、三维多孔支架的制备 243

第五节 纳米纤维复合支架 244

一、纳米纤维的生物学效应 245

二、纳米蛋白纤维种类 245

三、纳米纤维支架材料的构建方法 246

四、纳米纤维支架的表面生物功能修饰 248

五、复合支架的制备 249

六、聚乳酸复合支架的力学性能 251

思考题 252

参考文献 252

第十二章 蛋白质芯片技术 253

**节 概述 253

一、生物芯片 253

二、蛋白质芯片 254

第二节 蛋白质芯片的组成、原理及分类 257

一、蛋白质芯片的基本构成 257

二、蛋白质芯片的原理 258

三、蛋白质芯片的分类 259

第三节 蛋白质芯片的操作流程 263

一、蛋白质芯片的操作步骤 263

二、蛋白质芯片的信号检测 266

三、蛋白质芯片的比较 267

第四节 常用的蛋白质芯片 267

一、抗体芯片 267

二、SPR传感的蛋白质芯片

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第一章 绪 论

第一节 蛋白质工程概论

蛋白质是生命的体现者,离开了蛋白质,生命将不复存在.蛋白质是构成组织细胞的主要材料,人的大脑、神经、皮肤、肌肉、内脏、血液,甚至指甲、头发都是以蛋白质为主要成分构成的.蛋白质的功能是构成组织与修补组织,这充分体现了蛋白质的重要性.蛋白质在生物界与非生物界的信息交流中起着关键的作用.

目前,蛋白质工程尚未有统一的定义.一般认为蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质.因此,有学者称,蛋白质工程是第二代基因工程.其基本实施目标是运用基因工程的DNA重组技术,将克隆后的基因编码加以改造,或者人工组装成新的基因,再将上述基因通过载体引入挑选的宿主系统内进行表达,从而产生符合人类设计需要的“突变型”蛋白质分子.这种蛋白质分子只表达人类需要的性状.

实际上,蛋白质可以是一种营养品、一种致病源物质、一种治病良药、一种生产材料.它们各具有不同的结构和功能,应用于社会生产的不同方面.可是,生物体内存在的天然蛋白质,往往在不同领域的应用上不尽如人意,需要进行改造.由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的,每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序,改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质.由于蛋白质是两性电解质,每一种蛋白质有自己独特的pH和等电点,因此改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质所带电荷特性,进而改变蛋白质的性质.

蛋白质工程学是以蛋白质优质和高效生产的方法论为研究与创新的科学.从广义上来

说,蛋白质工程应是以蛋白质为原材料,进行生产性为主的、建设性的、对蛋白质进行合理

利用的过程.在这个过程中人们需要改造蛋白质,对蛋白质进行修饰与加工,通过物理、化

学、生物如基因重组等技术改造蛋白质或设计合成具有特定功能的新蛋白质.

一、蛋白质工程的内涵

1.优质和高效生产的方法研究

蛋白质是生命的物质基础,没有蛋白质就没有生命.因此,它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质.对植物、动物组织进行大规模地高效率提取蛋白质,或者应用植物、动物细胞及原核细胞进行发酵培养,表达外源蛋白质,高效提取生产蛋白质药物,是工业蛋白质生产的工程改进过程.利用基因工程技术可使目标蛋白在体外进行表达.选择高效表达的优良体系是优质生产的重要手段.已知

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