protein engineering

定義：按人們意志改變蛋白質的結構和功能或創(chuàng)造新的蛋白質的過程。包括在體外改造已有的蛋白質，化學合成新的蛋白質，通過基因工程手段改造已有的或創(chuàng)建新的編碼蛋白質的基因去合成蛋白質等。為獲得的新蛋白具備有意義的新性質或新功能，常對已知的其他蛋白質進行模式分析或采取分子進化等手段。

學科：生物化學與分子生物學_方法與技術

相關名詞：蛋白質結構 氨基酸序列 枯草桿菌 多聚體

圖片來源：視覺中國

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天然蛋白質合成的過程是按照中心法則進行的：基因—多肽鏈—折疊形成具有高級結構的蛋白質—行使生物功能。而蛋白質工程卻與之相反，它的基本思路是：預期蛋白質功能—設計預期的蛋白質結構—推測應有的氨基酸序列—找到并改變相對應的基因或合成新的基因。利用蛋白質工程技術，可以獲得符合人類生活和發(fā)展需要的蛋白質，甚至是自然界不存在的蛋白質。

蛋白質工程技術已廣泛應用于醫(yī)藥、食品、農業(yè)、輕工業(yè)等方面。枯草桿菌蛋白酶具有水解蛋白質的作用，被廣泛應用于洗滌劑、制革及絲綢工業(yè)中。迄今為止，利用蛋白質工程獲得的枯草桿菌蛋白酶突變體已有上百種，研究人員從中篩選出合適的突變體（如催化活性更高、可以與漂白劑共同使用的突變體等），以滿足工業(yè)化生產需求，從而提高該酶的使用價值和經(jīng)濟價值。天然胰島素制劑容易形成二聚體或六聚體，皮下注射胰島素后需要經(jīng)歷較長時間解離為單體，一定程度上延緩了療效?？茖W家利用蛋白質工程技術將形成多聚體的關鍵氨基酸進行改造，可有效抑制胰島素聚合，使胰島素快速發(fā)揮作用，由此研發(fā)出的速效胰島素類似物產品已經(jīng)在臨床上廣泛應用。干擾素是臨床上用于治療惡性腫瘤的常用藥物，由于其性質不穩(wěn)定，一旦外界環(huán)境因素發(fā)生變化，蛋白質則會失去活性?？茖W家將干擾素分子上第17位的半胱氨酸變成絲氨酸后，干擾素在-70℃條件下可以保存半年，給廣大患者帶來福音?？茖W家還利用蛋白質工程技術改造植物光合作用中的氧合酶，提高了植物光合作用的效率，大幅度提高了農作物產量，給農業(yè)生產帶來了巨大的經(jīng)濟效益。蛋白質工程開創(chuàng)了按照人類意愿改造、創(chuàng)造符合人類需要的蛋白質的新時期，為蛋白質在工業(yè)、農業(yè)和醫(yī)藥方面的應用開辟了誘人的前景。

（延伸閱讀作者：東北師范大學生命科學學院 張帆博士）

責任編輯：張鵬輝