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汪世华 著

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• 蛋白质工程
• 蛋白质设计
• 基因工程
• 生物技术
• 分子生物学
• 生物化学
• 结构生物学
• 多肽
• 酶工程
• 蛋白质改造

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030512123

版次：01

商品编码：12128098

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十二五”规划教材

开本：16开

出版时间：2017-02-01

页数：244

正文语种：中文

内容简介

本书主要介绍蛋白质工程的基本内容，兼顾学科发展动态，着重介绍蛋白质的结构基础、蛋白质分子设计、蛋白质物理化学、蛋白质修饰与表达、蛋白质结构测定等，同时还对蛋白质的分离纯化、蛋白质生物信息学、蛋白质技术、蛋白质组学等做了介绍。

目录

第二版前言
第一版前言
1 绪论
1.1 蛋白质工程的起源
1.2 蛋白质工程的研究内容
1.2.1 蛋白质的基础知识
1.2.2 蛋白质的物质准备
1.2.3 蛋白质的研究方法
1.2.4 蛋白质的改造应用
1.3 蛋白质工程与其他学科
1.4 蛋白质工程的应用领域
思考题
主要参考文献

2 蛋白质的结构基础
2.1 蛋白质的功能及其应用
2.1.1 蛋白质的生物学功能
2.1.2 蛋白质的应用
2.2 蛋白质、氨基酸与多肽链
2.2.1 氨基酸
2.2.2 蛋白质中常见氨基酸的分类
2.2.3 肽
2.3 蛋白质的结构
2.3.1 蛋白质的一级结构
2.3.2 蛋白质的空间结构
2.4 蛋白质结构与功能的关系
2.4.1 蛋白质一级结构与功能的关系
2.4.2 蛋白质的空间结构与功能的关系
2.4.3 蛋白质的变性与复性
思考题
主要参考文献

3 蛋白质的表达
3.1 蛋白质的原核表达
3.1.1 大肠杆菌表达系统
3.1.2 枯草芽孢杆菌表达系统
3.2 蛋白质的真核表达
3.2.1 酵母表达系统
3.2.2 昆虫杆状病毒表达系统
3.2.3 哺乳动物细胞表达系统
思考题
主要参考文献

4 蛋白质的修饰
4.1 蛋白质的化学修饰
4.1.1 蛋白质侧链基团的化学修饰
4.1.2 蛋白质的位点专一性修饰
4.1.3 蛋白质的聚乙二醇（PEG）修饰
4.1.4 蛋白质的化学交联和化学偶联
4.2 蛋白质的分子生物学改造
4.2.1 基因突变技术
4.2.2 基因融合技术
4.2.3 掺入非天然氨基酸
思考题
主要参考文献

5 蛋白质的物理化学性质
5.1 蛋白质热力学函数与蛋白质构象平衡
5.1.1 描述蛋白质体系的主要热力学函数
5.1.2 蛋白质构象与热运动
5.1.3 维持蛋白质构象的作用力
5.2 突变与折叠
5.2.1 突变与热稳定性
5.2.2 蛋白质折叠
5.3 蛋白质折叠热力学和动力学
5.3.1 蛋白质折叠的热力学研究
5.3.2 蛋白质折叠的动力学研究
5.3.3 蛋白质构象研究方法
思考题
主要参考文献

6 蛋白质的结构解析
6.1 利用X射线晶体衍射技术解析蛋白质结构
6.1.1 X射线晶体衍射技术的发展和基本原理
6.1.2 蛋白质结晶方法
6.1.3 X射线晶体衍射解析蛋白质结构的基本方法
6.2 核磁共振波谱法解析蛋白质结构
6.2.1 有关核磁共振波谱法的基础理论
6.2.2 多维核磁共振技术
6.2.3 NMR测定蛋白质空间结构的步骤和关键环节
6.2.4 核磁技术的发展与应用"
6.3 蛋白质结构研究的其他方法
6.3.1 电镜三维重构技术
6.3.2 质谱技术
6.3.3 荧光共振能量转移技术
思考题
主要参考文献

7 蛋白质结构预测
7.1 生物信息学与蛋白质工程
7.1.1 生物信息学概述
7.1.2 生物信息学与蛋白质工程
7.1.3 生物信息学与蛋白质组学
7.2 蛋白质工程常用数据库
7.2.1 核酸数据库
7.2.2 蛋白质数据库
7.3 蛋白质结构预测
7.3.1 蛋白质序列比对
7.3.2 蛋白质基本性质分析
7.3.3 蛋白质二级结构预测
7.3.4 蛋白质结构预测实例
思考题
主要参考文献

8 蛋白质分子设计
8.1 概述
8.1.1 蛋白质分子设计的基本概念
8.1.2 蛋白质分子设计的基本流程
8.2 蛋白质分子设计的类型
8.2.1 基于天然蛋白质结构的分子设计
8.2.2 全新蛋白质的分子设计
8.3 蛋白质分子设计中的技术方法
8.3.1 同源建模
8.3.2 蛋白质二级结构的预测
8.3.3 分子动力学模拟
8.3.4 基因工程构建设计蛋白质
8.4 蛋白质分子设计的应用及发展趋势

12.4.2 明胶
12.4.3 丝素蛋白
12.4.4 弹性蛋白
12.4.5 羊毛角蛋白
12.4.6 植物蛋白
12.5 在其他领域中的应用
12.5.1 基础理论研究
12.5.2 其他
思考题
主要参考文献

《蛋白质工程（第二版）》—— 聚焦生命科学前沿，探索分子世界的奥秘 在生命科学飞速发展的今天，蛋白质作为生命活动的核心载体，其结构与功能的奥秘始终是科学家们孜孜不倦的探索领域。而蛋白质工程，作为一门集分子生物学、生物化学、遗传学、结构生物学乃至计算科学等多个学科精髓于一体的前沿交叉学科，正以前所未有的力量，推动着我们对生命本质的认识，并为解决人类健康、农业生产、环境保护等诸多重大挑战提供着革命性的解决方案。《蛋白质工程（第二版）》正是这样一部集思想性、科学性和实践性于一体的著作，它不仅系统地梳理了蛋白质工程的发展历程、核心理论与关键技术，更以前瞻性的视角，揭示了该领域未来的发展趋势和无限可能。 本书的编写，旨在为广大生物科学、医学、药学、农学等领域的专业人士、研究人员和高等院校师生提供一本全面、深入且具有高度参考价值的教材与专著。它力求以清晰的逻辑、严谨的论证、生动的案例，带领读者穿越蛋白质的分子世界，领略工程改造带来的非凡力量。 第一篇 基础理论与技术基石 蛋白质工程的根基在于对蛋白质本身及其相关生物学过程的深刻理解。因此，本书的开篇，将首先为读者构建起坚实的理论框架。 蛋白质的结构与功能： 这一章节将从氨基酸序列的线性排列出发，逐步深入到蛋白质的三级和四级结构，详细阐述 α-螺旋、β-折叠、无规则卷曲等二级结构单元如何巧妙组合，形成复杂而精妙的三维空间构象。我们将深入探讨结构与功能之间的紧密联系，理解活性位点的形成、底物结合的机制、酶催化反应的原理，以及蛋白质在信号转导、分子识别、运输、催化等生命过程中扮演的关键角色。此外，还将介绍各种解析蛋白质三维结构的经典方法，如X射线晶体学、核磁共振（NMR）谱学和冷冻电镜技术，并讨论这些技术在揭示蛋白质精细结构和动态变化方面的优势与局限。 基因工程与蛋白质表达： 任何蛋白质工程的改造，其本质都是对编码该蛋白质的基因进行操作。本章将详述现代基因工程的核心技术，包括DNA的提取、克隆、重组，以及利用PCR技术进行目的基因的扩增和修饰。我们将重点介绍各种表达系统的选择与优化，如大肠杆菌、酵母、昆虫细胞、哺乳动物细胞以及转基因动物和植物等。读者将学习如何构建高效的表达载体，选择合适的宿主细胞，并掌握调控基因表达的策略，以获得目标蛋白质的稳定、高产和功能完整的表达。同时，还将讨论蛋白质翻译后修饰的重要性，以及如何在表达系统中模拟这些修饰，以获得功能更接近天然状态的重组蛋白。 蛋白质纯化与鉴定： 获得高纯度的蛋白质是后续研究和应用的基础。本章将系统介绍各种蛋白质纯化技术，从早期应用广泛的层析技术（如离子交换层析、疏水层析、亲和层析、尺寸排阻层析）到新兴的电泳技术和膜分离技术。我们将详细讲解每种技术的原理、操作步骤、适用范围以及如何根据目标蛋白质的理化性质和功能特点，设计最优的纯化策略。此外，还将介绍多种蛋白质鉴定方法，包括SDS-PAGE、Western Blotting、质谱分析（MS）以及氨基酸序列测定等，以确保获得纯净且身份确定的目标蛋白。 第二篇 蛋白质工程的核心策略与方法 在掌握了基础理论与技术后，本书将进入蛋白质工程的核心内容，即如何通过理性设计或定向进化等手段，对蛋白质进行改造，赋予其新的或增强的功能。 理性设计（Rational Design）： 基于对蛋白质结构-功能关系的深刻理解，理性设计是蛋白质工程中最具代表性的方法之一。本章将深入探讨如何通过预测和分析蛋白质的立体结构，识别关键的氨基酸残基，并基于这些信息，通过定点突变（Site-directed Mutagenesis）等手段，精确地改变蛋白质的氨基酸序列，从而达到改变其物理化学性质、催化活性、底物特异性、稳定性、溶解度或与其他分子的结合能力等目的。我们将介绍多种定点突变技术，并详细阐述如何选择合适的突变位点和突变类型，以实现预期工程改造效果。此外，还将讨论如何利用计算机辅助设计（CAD）工具，如分子动力学模拟、蛋白质对接等，来预测和评估突变对蛋白质结构和功能的影响。 定向进化（Directed Evolution）： 与理性设计不同，定向进化是一种模拟自然选择过程的体外进化方法，它不需要事先了解蛋白质的结构-功能关系，而是通过随机诱变和高通量筛选/选择相结合，逐步“进化”出具有所需功能的蛋白质。本章将详细介绍定向进化的基本原理和流程，包括如何建立多样化的基因库（如随机诱变、DNA碎片重组等），如何设计高效的筛选或选择系统（如噬菌体展示、酵母展示、核酸适配体等），以及如何进行多轮的进化和优化。我们将通过大量经典案例，展示定向进化在获得高活性酶、新型抗体、生物传感器等方面的强大威力。 蛋白质分子模拟与计算蛋白质工程： 随着计算能力的飞速发展，计算方法在蛋白质工程中的应用日益广泛。本章将介绍蛋白质分子模拟技术，如蒙特卡洛模拟、分子动力学模拟等，它们能够帮助我们理解蛋白质在溶液中的动态行为，预测蛋白质折叠过程，以及分析突变对蛋白质稳定性和构象变化的影响。同时，还将探讨计算蛋白质工程在蛋白质设计中的作用，包括如何利用机器学习和人工智能算法，预测蛋白质序列与结构的关系，发现新的蛋白质折叠模式，以及设计具有全新功能的蛋白质。 第三篇 蛋白质工程的应用前景与挑战 蛋白质工程的最终目的是将实验室的创新成果转化为实际的应用，为社会发展做出贡献。本书的第三篇将聚焦于蛋白质工程在各个领域的广阔应用前景，以及当前面临的挑战与未来发展方向。 医药与健康领域： 蛋白质工程在医药领域的应用可谓日新月异。我们将深入探讨如何通过蛋白质工程改造，设计和生产新型治疗性蛋白质药物，如单克隆抗体、重组生长因子、酶制剂等，以治疗癌症、自身免疫性疾病、代谢性疾病等。还将介绍如何利用蛋白质工程技术，开发更安全、更有效的疫苗，以及用于疾病诊断的生物标记物。此外，还将讨论蛋白质工程在药物递送系统中的应用，例如设计能够靶向特定细胞或组织的纳米载体。 工业与环境领域： 工业生产和环境保护同样是蛋白质工程大显身手的舞台。本章将重点介绍如何利用蛋白质工程技术，开发高效、环保的工业酶，用于生物催化、生物修复、生物降解等过程。例如，用于纺织、造纸、食品加工的酶制剂，以及能够降解塑料、石油污染物等的酶。我们还将探讨如何通过蛋白质工程，设计具有特殊功能的生物材料，用于生物传感器、生物医学植入物等。 农业与食品科学： 蛋白质工程在提升农产品产量、品质，以及开发新型食品方面也发挥着重要作用。我们将讨论如何通过基因工程和蛋白质工程技术，培育具有抗病虫害、抗逆性强、营养价值高等特性的作物。在食品科学领域，蛋白质工程可以用于改善食品的质构、风味、稳定性和营养成分，例如开发新型的食用蛋白替代品，或提升现有食品的加工性能。 蛋白质工程面临的挑战与未来展望： 尽管蛋白质工程取得了辉煌成就，但仍面临诸多挑战。本章将探讨当前研究中存在的问题，例如如何更精确地预测蛋白质功能，如何克服表达和纯化中的难题，如何评估工程改造蛋白质的长期安全性和有效性等。同时，还将展望蛋白质工程的未来发展方向，例如与合成生物学的深度融合，利用AI驱动的蛋白质设计，以及开发更加智能化的生物制造平台等。我们将强调跨学科合作的重要性，以及如何通过持续的创新，不断突破蛋白质工程的边界，为人类社会的可持续发展贡献力量。 《蛋白质工程（第二版）》是一部集理论深度、技术广度与应用视野于一体的力作。它不仅是科研人员进行研究的宝贵参考，更是相关领域学习者的必备读物。本书将带领读者深入了解蛋白质工程这一充满活力和潜力的学科，激发各位对生命科学前沿的探索热情，并为未来的科学创新与技术应用奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容实在太庞杂了，我感觉自己像是掉进了一个知识的海洋，一时半会儿根本上不来。从最基础的蛋白质结构和功能讲起，到各种酶的设计、改造，再到抗体的工程化生产，简直涵盖了蛋白质工程的方方面面。我特别喜欢里面关于理性设计和定向进化的章节，作者用了很多生动的例子来解释这些抽象的概念，比如如何通过改变氨基酸序列来提高酶的催化效率，或者如何设计出能够特异性结合某个靶点的抗体。这些内容让我对如何“创造”出具有特定功能的蛋白质有了全新的认识。虽然有些地方我还需要反复琢磨，但总体而言，这本书为我打开了一扇通往蛋白质世界的大门，让我对这个领域充满了好奇和探索的欲望。我还会继续深入研读，争取把里面的知识融会贯通。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论性很强，我感觉更像是一本高级的教科书，内容相当扎实。它系统地阐述了蛋白质工程的基本原理、常用技术以及在各个领域的应用。让我印象深刻的是，作者在讲解每个概念时，都引用了大量的经典研究文献和最新的研究进展，这使得这本书的学术价值非常高。对于我这种想要深入了解蛋白质工程背后科学原理的读者来说，这本书无疑是一本宝藏。不过，也正是因为其高度的学术性，阅读起来确实需要花费不少时间和精力。我常常需要对照其他资料，才能完全理解其中的一些复杂概念。但这种深度和广度，也正是其魅力所在，它能够帮助我们构建起对蛋白质工程的完整认知框架。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个偶然的机会下翻到这本书的，原本只是想大致了解一下蛋白质工程这个概念，没想到越看越觉得有趣。书中有很多关于蛋白质如何被“定制”的故事，比如如何改造病毒让它成为更安全的疫苗载体，或者如何设计出能够清除环境中污染物的酶。这些应用案例让我觉得蛋白质工程不仅仅是实验室里的理论，更是能够切实解决现实世界问题的强大工具。虽然有些技术细节我可能还不太懂，但书中的叙述方式很清晰，不会让人觉得枯燥乏味。我特别喜欢作者的笔触，充满了对科学探索的热情，读起来让人心情愉悦，也激发了我对未来科技发展的无限遐想。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述方式让我耳目一新，它不像我之前读过的其他专业书籍那样枯燥乏味。作者将复杂的生物化学原理和工程学概念巧妙地融入到一系列引人入胜的故事和案例之中。我尤其喜欢书中关于蛋白质如何被应用于疾病治疗和诊断的章节，这些内容让我对现代医学的进步有了更深刻的认识。虽然有些地方我还需要反复阅读和思考，但总体来说，这本书让我对蛋白质工程这个领域产生了浓厚的兴趣，并且激发了我对相关前沿研究的进一步探索。我期待着能够将书中的知识与我自己的学习和工作相结合，或许能从中获得新的灵感。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容实在太丰富了，以至于我感觉自己需要一张巨大的思维导图才能把它们串联起来。从蛋白质的折叠动力学到同源建模，再到表面展示技术和细胞信号通路的设计，几乎涵盖了蛋白质工程的每一个重要环节。我特别喜欢书中对各种算法和软件工具的介绍，这让我想象到如何在计算机上模拟和预测蛋白质的结构与功能。虽然我目前还只是一个初学者，对很多术语和概念都比较陌生，但这并不妨碍我感受到这本书的厚重和专业。我需要花更多的时间去消化和吸收这些信息，希望能够逐步理解这些先进的技术是如何被应用到实际的生物工程项目中的。