蛋白质组学

何为“蛋白质工程”?

蛋白质改造为新的突变蛋白质即蛋白质工程

蛋白质工程是以蛋白质结构功能关系的知识为基础,通过周密的分子设计,把蛋白质改造为合乎人类需要的新的突变蛋白质。

蛋白质工程已经成为生命科学中的一个重要分支,它是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上,融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。

其内容主要有两个方面:

①根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质。

②确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上,实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能,设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质,这也是蛋白质工程最根本的目标之一。

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关于蛋白质物理、化学等方面的信息,在此基础上对编码该蛋白的基因进行有目的的设计改造,并通过基因工程等手段将其进行表达和分离纯化,最终将其投入实际应用的工程。

蛋白质工程的实践依据是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符合人们的要求。由于蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起来的,在技术方面诸多类似于基因工程技术,因此蛋白质工程也被称为第二代基因工程。

蛋白质工程在诞生之日起就与基因工程密不可分。

基因工程是通过基因操作把外源基因转入适当的生物体内,并在其中进行表达,它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。

蛋白质工程则更进一步根据分子设计的方案,通过对天然蛋白质的基因进行改造,来实现对其所编码的蛋白质的改造,它的产品已不再是天然的蛋白质,而是经过改造的,是人类所需要的蛋白质。

天然蛋白质都是通过漫长的进化过程自然选择而来的,而蛋白质工程对天然蛋白质的改造,好比是在实验室里加快了的进化过程,期望能更快、更有效地为人类服务。

蛋白质工程首个十分成功的范例是胰岛素的人工合成,成了轰动世界的大事。1953年,英国生物化学家桑格(Sanger)破译出由17种51个氨基酸组成的两条多肽链牛胰岛素的全部结构。这也是人类第一次搞清一种重要蛋白质分子的详细结构。

从1958年千始,中国科学院上海生化研究所、上海有机化学研究所和北大生物系3个单位联合成立一个协作组,开始探索用化学方法合成胰岛素。1965年9月7日,协作组完成了结晶牛胰岛素的全合成。

经过严格鉴定,这种人工合成的结晶牛胰岛素在结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状上都与天然的牛胰岛素完全一样。人工合成结晶牛胰岛素是世界上第一个人工合成的蛋白质,为人类认识生命、揭开生命奥秘迈进了一大步。

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