目錄
前言
第一章 緒論 1
第一節(jié) 蛋白質(zhì)工程概論 1
一、蛋白質(zhì)工程的內(nèi)涵 1
二、廣義蛋白質(zhì)工程 2
三、狹義蛋白質(zhì)工程 3
四、蛋白質(zhì)工程學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系 4
第二節(jié) 蛋白質(zhì)工程的功能與研究?jī)?nèi)容 5
一、功能 5
二、研究?jī)?nèi)容 6
第三節(jié) 歷史的回顧與應(yīng)用研究進(jìn)展 8
一、從多肽開(kāi)始 9
二、在基因水平操作 9
三、在生化水平擴(kuò)展 10
第四節(jié) 蛋白質(zhì)工程的主要成就 10
一、普遍性應(yīng)用 10
二、產(chǎn)品的多樣性 12
思考題 13
參考文獻(xiàn) 14
第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 15
第一節(jié) 蛋白質(zhì)的初級(jí)結(jié)構(gòu) 15
一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 15
二、蛋白質(zhì)原子構(gòu)成與作用 16
三、蛋白質(zhì)氨基酸構(gòu)成與作用 16
第二節(jié) 蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu) 18
一、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次性 18
二、蛋白質(zhì)構(gòu)象的多樣性 18
三、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 19
四、蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 20
五、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu) 23
六、蛋白質(zhì)初級(jí)結(jié)構(gòu)與高級(jí)結(jié)構(gòu)的關(guān)系 25
第三節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究進(jìn)程 26
一、兩個(gè)黃金時(shí)代 26
二、膜蛋白的挑戰(zhàn) 27
三、特殊問(wèn)題 27
思考題 27
參考文獻(xiàn) 27
第三章 工業(yè)蛋白質(zhì)種類(lèi)與功能特性 29
第一節(jié) 概述 29
一、工業(yè)蛋白質(zhì)的發(fā)展史 29
二、工業(yè)蛋白質(zhì)的定義 30
第二節(jié) 工業(yè)蛋白質(zhì)的種類(lèi) 30
一、植物蛋白質(zhì) 30
二、動(dòng)物蛋白質(zhì) 31
第三節(jié) 蛋白質(zhì)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、凝膠性 39
七、組織形成性 39
八、風(fēng)味結(jié)合性 40
第四節(jié) 工業(yè)蛋白質(zhì)的生產(chǎn)特性與要求 40
一、工業(yè)蛋白質(zhì)的生產(chǎn)特性 40
二、特性的形成與決定 40
三、生產(chǎn)上對(duì)蛋白質(zhì)特性的要求 41
四、蛋白質(zhì)功能特性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 41
思考題 43
參考文獻(xiàn) 44
第四章 工業(yè)蛋白質(zhì)改性加工方法與利用途徑 45
第一節(jié) 蛋白質(zhì)改性的原理與目的 45
一、蛋白質(zhì)改性的原理 45
二、蛋白質(zhì)改性的目的 45
第二節(jié) 蛋白質(zhì)改性的途徑與方法 47
一、蛋白質(zhì)改性的途徑 47
二、蛋白質(zhì)改良的方法 47
第三節(jié) 改性的限制因素 58
一、產(chǎn)品安全性 58
二、產(chǎn)品功能特性的變化 58
三、營(yíng)養(yǎng)損失 58
四、生產(chǎn)費(fèi)用 58
五、產(chǎn)品感官性質(zhì) 58
第四節(jié) 改性蛋白質(zhì)的加工方法 59
一、加工程序 59
二、加工方法 59
第五節(jié) 改性蛋白質(zhì)的利用途徑 60
一、膠黏劑類(lèi) 61
二、可食性薄膜 63
三、表面活性劑 64
四、可降解材料 64
五、控釋體系 65
六、造紙業(yè)的濕強(qiáng)劑 66
七、蛋白質(zhì)纖維和納米纖維 66
思考題 66
參考文獻(xiàn) 67
第五章 蛋白質(zhì)改性紡絲制膠制膜技術(shù) 68
第一節(jié) 絲素蛋白的改性技術(shù) 68
一、絲素蛋白改性的目的 68
二、蠶絲蛋白絲素肽的提取工藝技術(shù)和流程 69
三、改性的方法 70
第二節(jié) 蛋白質(zhì)改性紡織纖維技術(shù) 73
一、大豆蛋白質(zhì)紡織纖維 73
二、絲素蛋白紡織纖維 75
第三節(jié) 大豆蛋白質(zhì)改性制膠技術(shù) 78
一、兩種原因 78
二、生產(chǎn)上對(duì)大豆蛋白質(zhì)膠黏劑性能的要求 78
三、大豆蛋白質(zhì)制膠的途徑 80
四、影響制膠的因素 81
五、應(yīng)用 82
第四節(jié) 膠原蛋白改性制膜技術(shù) 83
一、改性方法 84
二、改性前后膠原仿生膜的通透性 84
思考題 87
參考文獻(xiàn) 87
第六章 蛋白抗體酶工程技術(shù) 88
第一節(jié) 概述 88
一、抗體的多樣性 88
二、抗體酶的產(chǎn)生 88
三、抗體酶的優(yōu)點(diǎn) 89
第二節(jié) 產(chǎn)生抗體酶的原理與方法 89
一、原理 89
二、方法 91
第三節(jié) 用于產(chǎn)生抗體酶的抗體庫(kù)技術(shù) 94
一、PCR引物克隆 95
二、生物合成反應(yīng)法 96
三、直接篩選法 97
第四節(jié) 抗體酶活性部位的修飾 97
一、定點(diǎn)突變法 97
二、化學(xué)修飾法 98
第五節(jié) 抗體酶的晶體結(jié)構(gòu) 99
一、抗體酶1F7 99
二、抗體酶17E8 100
三、抗體酶48G7 100
第六節(jié) 抗體酶研究新方法 101
一、半抗原設(shè)計(jì)方法 101
二、抗體催化的化學(xué)轉(zhuǎn)化范圍 102
三、挑戰(zhàn)與展望 105
第七節(jié) 抗體酶的應(yīng)用 106
一、抗體酶在有機(jī)合成中的應(yīng)用 106
二、用于闡明化學(xué)反應(yīng)機(jī)制的抗體酶 107
三、抗體酶在醫(yī)療上的應(yīng)用 108
思考題 109
參考文獻(xiàn) 109
第七章 蛋白質(zhì)活性多肽與隨機(jī)序列多肽庫(kù) 110
第一節(jié) 蛋白質(zhì)多肽的活性 110
一、生物活性肽 110
二、抗菌肽 113
三、金屬結(jié)合蛋白(肽) 114
第二節(jié) 蛋白質(zhì)酶水解物 116
一、肽酶的作用方式 116
二、蛋白質(zhì)水解物的生理功能 117
三、蛋白質(zhì)水解物的應(yīng)用 117
第三節(jié) 現(xiàn)代高通量篩選技術(shù) 118
一、宏基因組技術(shù)篩選 118
二、宏蛋白質(zhì)組技術(shù)篩選 118
第四節(jié) 多肽篩選的靶體 119
一、用單克隆抗體確定抗原表位 119
二、確定純化蛋白及其他分子的結(jié)合表位 119
三、酶作用底物分析 120
四、分析蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用界面關(guān)鍵位點(diǎn)圖譜 121
五、尋找大型功能蛋白的小分子模擬肽 121
六、分離與鑒定疾病特異抗原模擬肽 122
七、篩選細(xì)胞和器官特異肽 122
八、抑制病毒復(fù)制的多肽 123
第五節(jié) 噬菌體表位隨機(jī)肽庫(kù) 125
一、絲狀噬菌體的形態(tài)結(jié)構(gòu) 125
二、噬菌體表面展示技術(shù)原理 126
三、噬菌體表面展示系統(tǒng) 128
四、建庫(kù) 129
五、噬菌體表位隨機(jī)肽庫(kù)的局限 132
第六節(jié) 噬菌體表位隨機(jī)肽庫(kù)篩選 132
一、篩選的一般過(guò)程 132
二、篩選策略 133
三、篩選克隆的進(jìn)一步分析 135
第七節(jié) 其他方式展示肽庫(kù) 136
一、質(zhì)粒肽庫(kù) 136
二、多核糖體展示肽庫(kù) 137
思考題 140
參考文獻(xiàn) 140
第八章 酶的固定化技術(shù) 141
第一節(jié) 酶的固定化技術(shù)概述 141
一、固定化酶的發(fā)展史 141
二、固定化酶發(fā)展的動(dòng)因與過(guò)程 141
三、酶固定化的定義 143
四、酶固定化技術(shù)的重要性 144
五、固定化酶的優(yōu)缺點(diǎn) 145
第二節(jié) 酶固定化的機(jī)制 145
一、酶分子與載體連接的功能基團(tuán) 145
二、載體的選擇 146
三、偶聯(lián)反應(yīng) 146
第三節(jié) 酶固定化的方法 148
一、固定化方法分類(lèi) 148
二、物理固定法 149
三、化學(xué)固定法 152
四、各種固定化酶特點(diǎn)的比較 154
第四節(jié) 固定化酶載體材料與反應(yīng)器 155
一、載體分類(lèi) 155
二、對(duì)載體的要求 156
三、天然載體及改進(jìn) 157
四、合適的固定化條件 157
五、固定化酶反應(yīng)器 158
第五節(jié) 固定化酶的形態(tài)與性質(zhì) 158
一、固定化酶的形態(tài) 158
二、固定化酶的活力 159
三、固定化酶的穩(wěn)定性 159
四、固定化對(duì)酶性質(zhì)的影響 160
五、固定化酶的催化特征 161
第六節(jié) 影響固定化酶酶促反應(yīng)的主要因素 161
第七節(jié) 固定化酶的應(yīng)用 162
一、工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用 162
二、醫(yī)藥方面的應(yīng)用 163
三、化學(xué)分析方面的應(yīng)用 163
四、環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用 164
五、新能源的開(kāi)發(fā) 164
思考題 164
參考文獻(xiàn) 164
第九章 蛋白質(zhì)結(jié)晶技術(shù) 165
第一節(jié) 晶體生長(zhǎng)機(jī)制 165
一、結(jié)晶推動(dòng)力 165
二、溶液分相與結(jié)晶相圖 165
三、聚集與成簇 166
四、成核 166
五、晶體生長(zhǎng) 167
六、場(chǎng)的作用 167
第二節(jié) 結(jié)晶條件的篩選和結(jié)晶技術(shù) 169
一、影響蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)的因素 169
二、蛋白質(zhì)晶體的形成 170
第三節(jié) 蛋白質(zhì)晶體生長(zhǎng)的方法 170
第四節(jié) 蛋白質(zhì)晶體的初步鑒定和挑選 172
思考題 172
參考文獻(xiàn) 173
第十章 蛋白質(zhì)工程酶 174
第一節(jié) 進(jìn)化工程酶 174
一、分子育種 174
二、酶的體外定向進(jìn)化 175
第二節(jié) 模塊酶 187
一、模塊酶的概念 187
二、模塊酶的類(lèi)型 187
第三節(jié) 雜合酶 193
一、雜合酶的概念 193
二、構(gòu)建雜合酶的方法 193
三、酶的最佳化 197
第四節(jié) 蛋白質(zhì)工程酶制備技術(shù) 200
一、定點(diǎn)突變 200
二、二級(jí)結(jié)構(gòu)工程 207
三、活性部位工程 209
四、結(jié)構(gòu)域工程 214
五、從頭設(shè)計(jì)酶 216
思考題 221
參考文獻(xiàn) 221
第十一章 蛋白質(zhì)組織工程 222
第一節(jié) 天然蛋白基水凝膠 223
一、形成原理、作用與影響因素 223
二、蛋白基水凝膠的類(lèi)型 223
三、蛋白基水凝膠結(jié)構(gòu)表征 230
第二節(jié) 生物功能表面材料 231
一、生物材料表面與蛋白質(zhì)、細(xì)胞之間的關(guān)系 231
二、生物表面材料的構(gòu)筑 234
三、組織工程中生物材料表面的構(gòu)筑 236
第三節(jié) 骨組織工程的蛋白質(zhì)支架材料 237
一、支架材料的功能與作用 238
二、骨組織工程要素與支架材料條件 238
三、支架材料的種類(lèi) 239
四、支架的性能評(píng)價(jià) 240
第四節(jié) 不同蛋白質(zhì)制備組織工程支架 240
一、羊毛角蛋白作組織工程支架材料 240
二、絲素蛋白作組織工程支架材料 241
三、玉米醇溶蛋白作組織工程支架材料 242
四、三維多孔支架的制備 243
第五節(jié) 納米纖維復(fù)合支架 244
一、納米纖維的生物學(xué)效應(yīng) 245
二、納米蛋白纖維種類(lèi) 245
三、納米纖維支架材料的構(gòu)建方法 246
四、納米纖維支架的表面生物功能修飾 248
五、復(fù)合支架的制備 249
六、聚乳酸復(fù)合支架的力學(xué)性能 251
思考題 252
參考文獻(xiàn) 252
第十二章 蛋白質(zhì)芯片技術(shù) 253
第一節(jié) 概述 253
一、生物芯片 253
二、蛋白質(zhì)芯片 254
第二節(jié) 蛋白質(zhì)芯片的組成、原理及分類(lèi) 257
一、蛋白質(zhì)芯片的基本構(gòu)成 257
二、蛋白質(zhì)芯片的原理 258
三、蛋白質(zhì)芯片的分類(lèi) 259
第三節(jié) 蛋白質(zhì)芯片的操作流程 263
一、蛋白質(zhì)芯片的操作步驟 263
二、蛋白質(zhì)芯片的信號(hào)檢測(cè) 266
三、蛋白質(zhì)芯片的比較 267
第四節(jié) 常用的蛋白質(zhì)芯片 267
一、抗體芯片 267
二、SPR傳感的蛋白質(zhì)芯片 269
三、微流控芯片技術(shù) 270
四、國(guó)內(nèi)臨床上應(yīng)用芯片系統(tǒng) 271
第五節(jié) 蛋白質(zhì)芯片的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 272
一、蛋白質(zhì)相關(guān)理論研究 272
二、醫(yī)學(xué)應(yīng)用與研究 273
三、蛋白質(zhì)芯片在食品分析中的應(yīng)用 274
四、蛋白質(zhì)芯片在毒理學(xué)中的應(yīng)用 275
五、蛋白質(zhì)組芯片 275
六、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì) 275
思考題 276
參考文獻(xiàn) 276
第十三章 熒光蛋白工程 277
第一節(jié) 綠色熒光蛋白 277
一、概述 277
二、綠色熒光蛋白發(fā)光原理 277
三、綠色熒光蛋白的用途與作用 279
四、綠色熒光蛋白的改進(jìn) 280
第二節(jié) 紅色熒光蛋白 281
一、紅色熒光蛋白發(fā)光原理 281
二、紅色熒光蛋白的光譜多樣性 282
三、紅色熒光蛋白來(lái)源的多樣性 282
四、紅色熒光蛋白的改造 283
第三節(jié) 綠色熒光蛋白HaloTag技術(shù) 284
一、HaloTag技術(shù)原理 285
二、應(yīng)用與優(yōu)勢(shì) 286
三、與其他相關(guān)技術(shù)比較 287
第四節(jié) 熒光蛋白技術(shù)的應(yīng)用 288
一、綠色熒光蛋白的應(yīng)用 288
二、紅色熒光蛋白的應(yīng)用 292
思考題 293
參考文獻(xiàn) 293
第十四章 蛋白質(zhì)基因改造的分子設(shè)計(jì) 294
第一節(jié) 概述 294
一、發(fā)展中的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì) 294
二、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的目的 295
三、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的原理 295
第二節(jié) 基于天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子設(shè)計(jì) 297
一、設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備 297
二、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的途徑與方法 299
三、蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)功能關(guān)系 301
四、天然蛋白質(zhì)的剪裁 306
第三節(jié) 全新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì) 307
一、全新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)概述 307
二、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的從頭設(shè)計(jì) 307
三、蛋白質(zhì)功能的從頭設(shè)計(jì) 321
第四節(jié) 計(jì)算蛋白質(zhì)設(shè)計(jì) 326
一、能量表達(dá) 326
二、能量?jī)?yōu)化 326
三、序列-結(jié)構(gòu)專(zhuān)一性 327
四、底物專(zhuān)一性設(shè)計(jì) 327
五、金屬結(jié)合位點(diǎn)的設(shè)計(jì) 327
思考題 328
參考文獻(xiàn) 328
第十五章 蛋白質(zhì)體外合成技術(shù) 329
第一節(jié) 概述 329
一、蛋白質(zhì)提取問(wèn)題 329
二、細(xì)胞表達(dá)蛋白存在的問(wèn)題 329
三、體外表達(dá)的簡(jiǎn)單過(guò)程 330
四、體外表達(dá)的優(yōu)勢(shì) 330
五、體外翻譯是基因組學(xué)邁向蛋白質(zhì)組學(xué)的橋梁 330
第二節(jié) 無(wú)細(xì)胞體外表達(dá)系統(tǒng)體系 331
一、原理 331
二、體外翻譯酶系統(tǒng) 331
三、能量供應(yīng)系統(tǒng) 331
四、保障遺傳模板穩(wěn)定性 332
五、反應(yīng)體系所需元素 333
第三節(jié) 體外翻譯的系統(tǒng)與操作 333
一、兩大翻譯系統(tǒng) 333
二、mRNA的設(shè)計(jì)要求 337
三、啟動(dòng)過(guò)程 338
四、具體操作方法 339
第四節(jié) 體外表達(dá)產(chǎn)物 340
一、選擇體外表達(dá)體系 340
二、選擇標(biāo)記 341
三、蛋白質(zhì)檢測(cè)與純化 342
第五節(jié) 體外表達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域 342
思考題 344
參考文獻(xiàn) 344
第十六章 蛋白質(zhì)分子印跡技術(shù) 345
第一節(jié) 分子印跡技術(shù)概述 345
一、起源 345
二、定義與原理 345
三、過(guò)程與作用 346
四、印跡的分類(lèi) 347
第二節(jié) 蛋白質(zhì)分子印跡方法 349
一、包埋法 349
二、表面印跡聚合法 350
三、親和印跡法 351
四、冷凍干燥法 351
五、抗原決定基法 351
六、金屬離子介導(dǎo)法 351
七、其他 351
第三節(jié) 蛋白質(zhì)分子印跡的載體 352
一、形式固定的硬質(zhì)載體 352
二、形式可變的軟質(zhì)載體 355
三、其他含有類(lèi)似載體的形式 355
四、影響制備蛋白質(zhì)印跡聚合物的因素 357
第四節(jié) 蛋白質(zhì)分子印跡效率及其評(píng)價(jià) 357
一、蛋白質(zhì)分子印跡效率的概念 357
二、蛋白質(zhì)分子印跡效率的影響因素 358
三、蛋白質(zhì)分子印跡效率的評(píng)價(jià) 358
第五節(jié) 蛋白質(zhì)分子印跡技術(shù)的應(yīng)用與展望 359
一、蛋白質(zhì)分子印跡技術(shù)的應(yīng)用 359
二、分子印跡技術(shù)的新進(jìn)展和新挑戰(zhàn) 362
三、分子印跡存在的問(wèn)題 364
思考題 364
參考文獻(xiàn) 364
第十七章 蛋白質(zhì)生物傳感器 365
第一節(jié) 概述 365
一、概念 365
二、原理 365
三、種類(lèi) 365
四、應(yīng)用 366
第二節(jié) 固定化酶生物傳感器 366
一、基本原理 367
二、固定酶的方法 367
三、各種酶電極 369
四、溶膠凝膠固定法制備的生物傳感器 372
第三節(jié) 實(shí)時(shí)光學(xué)蛋白質(zhì)芯片生物傳感器 373
一、工作原理 374
二、微流道反應(yīng)器系統(tǒng) 375
三、量化測(cè)量 376
四、應(yīng)用 376
第四節(jié) 電化學(xué)酶免疫傳感器 377
一、原理 377
二、電流式酶免疫傳感器的制備 377
三、免疫傳感器自組裝過(guò)程中的電化學(xué)特性 377
四、免疫傳感器的響應(yīng)特性 378
五、MPO免疫傳感器檢測(cè)校準(zhǔn)曲線(xiàn)的制作 378
第五節(jié) 適配子生物傳感器 379
一、適配子的概念及其篩選原理 379
二、適配子生物傳感器 384
三、適配子的應(yīng)用與展望 390
第六節(jié) 表面等離子共振生物傳感器 394
一、一種新的光學(xué)現(xiàn)象 394
二、SPR生物傳感器的產(chǎn)生 394
三、SPR生物傳感器的組成、原理與構(gòu)型 394
四、橢偏光學(xué)成像技術(shù) 395
五、SPR生物傳感器的應(yīng)用 396
第七節(jié) 納米技術(shù)在促進(jìn)酶生物傳感器方面的應(yīng)用 396
一、納米生物材料在生物傳感器中的主要作用 397
二、常見(jiàn)的納米材料 398
第八節(jié) 酶在非水相及有機(jī)相中的活性與生物傳感器發(fā)展趨勢(shì) 399
思考題 400
參考文獻(xiàn) 400