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1 绪论1

1.1 蛋白质工程的起源1

1.2 蛋白质工程的研究内容2

1.2.1 蛋白质的基础知识2

1.2.2 蛋白质的物质准备3

1.2.3 蛋白质的研究方法3

1.2.4 蛋白质的改造应用4

1.3 蛋白质工程与其他学科5

1.4 蛋白质工程的应用领域6

思考题7

主要参考文献7

2 蛋白质的结构基础8

2.1 蛋白质的功能及其应用8

2.1.1 蛋白质的生物学功能8

2.1.2 蛋白质的应用9

2.2 蛋白质、氨基酸与多肽链10

2.2.1 氨基酸10

2.2.2 蛋白质中常见氨基酸的分类11

2.2.3 肽15

2.3 蛋白质的结构16

2.3.1 蛋白质的一级结构16

2.3.2 蛋白质的空间结构16

2.4 蛋白质结构与功能的关系21

2.4.1 蛋白质一级结构与功能的关系22

2.4.2 蛋白质的空间结构与功能的关系23

2.4.3 蛋白质的变性与复性24

思考题25

主要参考文献25

3 蛋白质的表达27

3.1 蛋白质的原核表达27

3.1.1 大肠杆菌表达系统27

3.1.2 枯草芽孢杆菌表达系统30

3.2 蛋白质的真核表达32

3.2.1 酵母表达系统32

3.2.2 昆虫杆状病毒表达系统38

3.2.3 哺乳动物细胞表达系统39

思考题42

主要参考文献42

4 蛋白质的修饰44

4.1 蛋白质的化学修饰44

4.1.1 蛋白质侧链基团的化学修饰44

4.1.2 蛋白质的位点专一性修饰46

4.1.3 蛋白质的聚乙二醇（PEG）修饰47

4.1.4 蛋白质的化学交联和化学偶联48

4.2 蛋白质的分子生物学改造49

4.2.1 基因突变技术49

4.2.2 基因融合技术54

4.2.3 掺入非天然氨基酸56

思考题56

主要参考文献56

5 蛋白质的物理化学性质60

5.1 蛋白质热力学函数与蛋白质构象平衡60

5.1.1 描述蛋白质体系的主要热力学函数60

5.1.2 蛋白质构象与热运动61

5.1.3 维持蛋白质构象的作用力62

5.2 突变与折叠66

5.2.1 突变与热稳定性66

5.2.2 蛋白质折叠67

5.3 蛋白质折叠热力学和动力学69

5.3.1 蛋白质折叠的热力学研究70

5.3.2 蛋白质折叠的动力学研究72

5.3.3 蛋白质构象研究方法73

思考题74

主要参考文献74

6 蛋白质的结构解析76

6.1 利用X射线晶体衍射技术解析蛋白质结构76

6.1.1 X射线晶体衍射技术的发展和基本原理76

6.1.2 蛋白质结晶方法78

6.1.3 X射线晶体衍射解析蛋白质结构的基本方法81

6.2 核磁共振波谱法解析蛋白质结构84

6.2.1 有关核磁共振波谱法的基础理论84

6.2.2 多维核磁共振技术86

6.2.3 NMR测定蛋白质空间结构的步骤和关键环节89

6.2.4 核磁技术的发展与应用90

6.3 蛋白质结构研究的其他方法91

6.3.1 电镜三维重构技术91

6.3.2 质谱技术91

6.3.3 荧光共振能量转移技术92

思考题93

主要参考文献93

7 蛋白质结构预测95

7.1 生物信息学与蛋白质工程95

7.1.1 生物信息学概述95

7.1.2 生物信息学与蛋白质工程97

7.1.3 生物信息学与蛋白质组学97

7.2 蛋白质工程常用数据库98

7.2.1 核酸数据库101

7.2.2 蛋白质数据库106

7.3 蛋白质结构预测118

7.3.1 蛋白质序列比对118

7.3.2 蛋白质基本性质分析121

7.3.3 蛋白质二级结构预测122

7.3.4 蛋白质结构预测实例123

思考题129

主要参考文献129

8 蛋白质分子设计131

8.1 概述131

8.1.1 蛋白质分子设计的基本概念131

8.1.2 蛋白质分子设计的基本流程132

8.2 蛋白质分子设计的类型133

8.2.1 基于天然蛋白质结构的分子设计133

8.2.2 全新蛋白质的分子设计136

8.3 蛋白质分子设计中的技术方法141

8.3.1 同源建模141

8.3.2 蛋白质二级结构的预测142

8.3.3 分子动力学模拟144

8.3.4 基因工程构建设计蛋白质146

8.4 蛋白质分子设计的应用及发展趋势146

8.4.1 蛋白质分子设计的应用146

8.4.2 蛋白质分子设计的发展趋势149

思考题149

主要参考文献149

9 现代生物学技术在蛋白质工程中的应用151

9.1 蛋白质分析鉴定技术151

9.1.1 蛋白质芯片技术151

9.1.2 蛋白质指纹图谱技术153

9.2 研究蛋白质相互作用技术154

9.2.1 表面等离子体共振技术154

9.2.2 酵母双杂交技术156

9.2.3 细菌双杂交技术157

9.2.4 荧光能量共振转移157

9.2.5 双分子荧光互补159

9.3 表面展示技术160

9.3.1 噬菌体展示技术160

9.3.2 核糖体展示技术与mRNA展示技术162

9.3.3 细菌表面展示技术163

9.3.4 酵母表面展示技术164

9.4 其他新蛋白质工程技术165

9.4.1 原子力显微镜技术166

9.4.2 蛋白质打靶技术167

9.4.3 蛋白质分子印迹技术167

9.4.4 蛋白质截短技术169

9.4.5 蛋白质错误折叠循环扩增技术170

思考题171

主要参考文献171

10 蛋白质的分离与鉴定172

10.1 概述172

10.2 蛋白质的提取173

10.2.1 细胞的破碎173

10.2.2 蛋白质的抽提173

10.3 蛋白质粗分离174

10.3.1 盐析沉淀174

10.3.2 等电点沉淀175

10.3.3 有机溶剂沉淀176

10.3.4 聚乙二醇沉淀176

10.3.5 透析176

10.3.6 超滤176

10.3.7 超速离心法177

10.3.8 结晶法177

10.3.9 其他方法177

10.4 蛋白质细分离177

10.4.1 凝胶过滤178

10.4.2 离子交换层析180

10.4.3 吸附层析182

10.4.4 亲和层析183

10.4.5 蛋白质的含量测定与纯度鉴定183

思考题187

主要参考文献187

11 蛋白质组学189

11.1 概述189

11.1.1 基本概念189

11.1.2 蛋白质组学发展简史190

11.1.3 蛋白质组研究的思路和策略191

11.2 蛋白质组学的研究内容和特点191

11.2.1 蛋白质组学的研究内容191

11.2.2 蛋白质组学的特点193

11.3 蛋白质组学研究的技术方法194

11.3.1 高分辨蛋白质分离技术195

11.3.2 蛋白质快速分析和鉴定技术199

11.4 蛋白质组学的应用与发展趋势204

11.4.1 蛋白质组学的应用204

11.4.2 蛋白质组学发展趋势206

思考题207

主要参考文献207

12 蛋白质工程的应用209

12.1 在医学领域的应用209

12.1.1 抗体工程209

12.1.2 抗体酶212

12.1.3 抗体偶联物213

12.2 在药物研发领域的应用214

12.2.1 白细胞介素-2的改造214

12.2.2 干扰素的改造215

12.2.3 葡激酶的改造216

12.3 在工业和能源领域的应用217

12.3.1 在工业生产中的应用217

12.3.2 在能源领域的应用221

12.4 在组织工程领域的应用222

12.4.1 胶原蛋白223

12.4.2 明胶223

12.4.3 丝素蛋白224

12.4.4 弹性蛋白224

12.4.5 羊毛角蛋白225

12.4.6 植物蛋白225

12.5 在其他领域中的应用225

12.5.1 基础理论研究226

12.5.2 其他226

思考题227

主要参考文献228