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第一章 绪论 1

第一节 蛋白质工程概论 1

一、蛋白质工程的内涵 1

二、广义蛋白质工程 2

三、狭义蛋白质工程 3

四、蛋白质工程学与其他学科的关系 4

第二节 蛋白质工程的功能与研究内容 5

一、功能 5

二、研究内容 6

第三节 历史的回顾与应用研究进展 8

一、从多肽开始 9

二、在基因水平操作 9

三、在生化水平扩展 10

第四节 蛋白质工程的主要成就 10

一、普遍性应用 10

二、产品的多样性 12

思考题 13

参考文献 14

第二章 蛋白质的结构 15

第一节 蛋白质的初级结构 15

一、蛋白质的一级结构 15

二、蛋白质原子构成与作用 16

三、蛋白质氨基酸构成与作用 16

第二节 蛋白质的高级结构 18

一、蛋白质结构的层次性 18

二、蛋白质构象的多样性 18

三、蛋白质的二级结构 19

四、蛋白质的超二级结构和结构域 20

五、蛋白质的三级结构和四级结构 23

六、蛋白质初级结构与高级结构的关系 25

第三节 蛋白质结构生物学研究进程 26

一、两个黄金时代 26

二、膜蛋白的挑战 27

三、特殊问题 27

思考题 27

参考文献 27

第三章 工业蛋白质种类与功能特性 29

第一节 概述 29

一、工业蛋白质的发展史 29

二、工业蛋白质的定义 30

第二节 工业蛋白质的种类 30

一、植物蛋白质 30

二、动物蛋白质 31

第三节 蛋白质的理化特性 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、凝胶性 39

七、组织形成性 39

八、风味结合性 40

第四节 工业蛋白质的生产特性与要求 40

一、工业蛋白质的生产特性 40

二、特性的形成与决定 40

三、生产上对蛋白质特性的要求 41

四、蛋白质功能特性与结构的关系 41

思考题 43

参考文献 44

第四章 工业蛋白质改性加工方法与利用途径 45

第一节 蛋白质改性的原理与目的 45

一、蛋白质改性的原理 45

二、蛋白质改性的目的 45

第二节 蛋白质改性的途径与方法 47

一、蛋白质改性的途径 47

二、蛋白质改良的方法 47

第三节 改性的限制因素 58

一、产品安全性 58

二、产品功能特性的变化 58

三、营养损失 58

四、生产费用 58

五、产品感官性质 58

第四节 改性蛋白质的加工方法 59

一、加工程序 59

二、加工方法 59

第五节 改性蛋白质的利用途径 60

一、胶黏剂类 61

二、可食性薄膜 63

三、表面活性剂 64

四、可降解材料 64

五、控释体系 65

六、造纸业的湿强剂 66

七、蛋白质纤维和纳米纤维 66

思考题 66

参考文献 67

第五章 蛋白质改性纺丝制胶制膜技术 68

第一节 丝素蛋白的改性技术 68

一、丝素蛋白改性的目的 68

二、蚕丝蛋白丝素肽的提取工艺技术和流程 69

三、改性的方法 70

第二节 蛋白质改性纺织纤维技术 73

一、大豆蛋白质纺织纤维 73

二、丝素蛋白纺织纤维 75

第三节 大豆蛋白质改性制胶技术 78

一、两种原因 78

二、生产上对大豆蛋白质胶黏剂性能的要求 78

三、大豆蛋白质制胶的途径 80

四、影响制胶的因素 81

五、应用 82

第四节 胶原蛋白改性制膜技术 83

一、改性方法 84

二、改性前后胶原仿生膜的通透性 84

思考题 87

参考文献 87

第六章 蛋白抗体酶工程技术 88

第一节 概述 88

一、抗体的多样性 88

二、抗体酶的产生 88

三、抗体酶的优点 89

第二节 产生抗体酶的原理与方法 89

一、原理 89

二、方法 91

第三节 用于产生抗体酶的抗体库技术 94

一、PCR引物克隆 95

二、生物合成反应法 96

三、直接筛选法 97

第四节 抗体酶活性部位的修饰 97

一、定点突变法 97

二、化学修饰法 98

第五节 抗体酶的晶体结构 99

一、抗体酶1F7 99

二、抗体酶17E8 100

三、抗体酶48G7 100

第六节 抗体酶研究新方法 101

一、半抗原设计方法 101

二、抗体催化的化学转化范围 102

三、挑战与展望 105

第七节 抗体酶的应用 106

一、抗体酶在有机合成中的应用 106

二、用于阐明化学反应机制的抗体酶 107

三、抗体酶在医疗上的应用 108

思考题 109

参考文献 109

第七章 蛋白质活性多肽与随机序列多肽库 110

第一节 蛋白质多肽的活性 110

一、生物活性肽 110

二、抗菌肽 113

三、金属结合蛋白（肽） 114

第二节 蛋白质酶水解物 116

一、肽酶的作用方式 116

二、蛋白质水解物的生理功能 117

三、蛋白质水解物的应用 117

第三节 现代高通量筛选技术 118

一、宏基因组技术筛选 118

二、宏蛋白质组技术筛选 118

第四节 多肽筛选的靶体 119

一、用单克隆抗体确定抗原表位 119

二、确定纯化蛋白及其他分子的结合表位 119

三、酶作用底物分析 120

四、分析蛋白质-蛋白质相互作用界面关键位点图谱 121

五、寻找大型功能蛋白的小分子模拟肽 121

六、分离与鉴定疾病特异抗原模拟肽 122

七、筛选细胞和器官特异肽 122

八、抑制病毒复制的多肽 123

第五节 噬菌体表位随机肽库 125

一、丝状噬菌体的形态结构 125

二、噬菌体表面展示技术原理 126

三、噬菌体表面展示系统 128

四、建库 129

五、噬菌体表位随机肽库的局限 132

第六节 噬菌体表位随机肽库筛选 132

一、筛选的一般过程 132

二、筛选策略 133

三、筛选克隆的进一步分析 135

第七节 其他方式展示肽库 136

一、质粒肽库 136

二、多核糖体展示肽库 137

思考题 140

参考文献 140

第八章 酶的固定化技术 141

第一节 酶的固定化技术概述 141

一、固定化酶的发展史 141

二、固定化酶发展的动因与过程 141

三、酶固定化的定义 143

四、酶固定化技术的重要性 144

五、固定化酶的优缺点 145

第二节 酶固定化的机制 145

一、酶分子与载体连接的功能基团 145

二、载体的选择 146

三、偶联反应 146

第三节 酶固定化的方法 148

一、固定化方法分类 148

二、物理固定法 149

三、化学固定法 152

四、各种固定化酶特点的比较 154

第四节 固定化酶载体材料与反应器 155

一、载体分类 155

二、对载体的要求 156

三、天然载体及改进 157

四、合适的固定化条件 157

五、固定化酶反应器 158

第五节 固定化酶的形态与性质 158

一、固定化酶的形态 158

二、固定化酶的活力 159

三、固定化酶的稳定性 159

四、固定化对酶性质的影响 160

五、固定化酶的催化特征 161

第六节 影响固定化酶酶促反应的主要因素 161

第七节 固定化酶的应用 162

一、工业生产上的应用 162

二、医药方面的应用 163

三、化学分析方面的应用 163

四、环境保护方面的应用 164

五、新能源的开发 164

思考题 164

参考文献 164

第九章 蛋白质结晶技术 165

第一节 晶体生长机制 165

一、结晶推动力 165

二、溶液分相与结晶相图 165

三、聚集与成簇 166

四、成核 166

五、晶体生长 167

六、场的作用 167

第二节 结晶条件的筛选和结晶技术 169

一、影响蛋白质晶体生长的因素 169

二、蛋白质晶体的形成 170

第三节 蛋白质晶体生长的方法 170

第四节 蛋白质晶体的初步鉴定和挑选 172

思考题 172

参考文献 173

第十章 蛋白质工程酶 174

第一节 进化工程酶 174

一、分子育种 174

二、酶的体外定向进化 175

第二节 模块酶 187

一、模块酶的概念 187

二、模块酶的类型 187

第三节 杂合酶 193

一、杂合酶的概念 193

二、构建杂合酶的方法 193

三、酶的最佳化 197

第四节 蛋白质工程酶制备技术 200

一、定点突变 200

二、二级结构工程 207

三、活性部位工程 209

四、结构域工程 214

五、从头设计酶 216

思考题 221

参考文献 221

第十一章 蛋白质组织工程 222

第一节 天然蛋白基水凝胶 223

一、形成原理、作用与影响因素 223

二、蛋白基水凝胶的类型 223

三、蛋白基水凝胶结构表征 230

第二节生物功能表面材料 231

一、生物材料表面与蛋白质、细胞之间的关系 231

二、生物表面材料的构筑 234

三、组织工程中生物材料表面的构筑 236

第三节 骨组织工程的蛋白质支架材料 237

一、支架材料的功能与作用 238

二、骨组织工程要素与支架材料条件 238

三、支架材料的种类 239

四、支架的性能评价 240

第四节 不同蛋白质制备组织工程支架 240

一、羊毛角蛋白作组织工程支架材料 240

二、丝素蛋白作组织工程支架材料 241

三、玉米醇溶蛋白作组织工程支架材料 242

四、三维多孔支架的制备 243

第五节 纳米纤维复合支架 244

一、纳米纤维的生物学效应 245

二、纳米蛋白纤维种类 245

三、纳米纤维支架材料的构建方法 246

四、纳米纤维支架的表面生物功能修饰 248

五、复合支架的制备 249

六、聚乳酸复合支架的力学性能 251

思考题 252

参考文献 252

第十二章 蛋白质芯片技术 253

第一节 概述 253

一、生物芯片 253

二、蛋白质芯片 254

第二节 蛋白质芯片的组成、原理及分类 257

一、蛋白质芯片的基本构成 257

二、蛋白质芯片的原理 258

三、蛋白质芯片的分类 259

第三节 蛋白质芯片的操作流程 263

一、蛋白质芯片的操作步骤 263

二、蛋白质芯片的信号检测 266

三、蛋白质芯片的比较 267

第四节 常用的蛋白质芯片 267

一、抗体芯片 267

二、SPR传感的蛋白质芯片 269

三、微流控芯片技术 270

四、国内临床上应用芯片系统 271

第五节 蛋白质芯片的应用与发展趋势 272

一、蛋白质相关理论研究 272

二、医学应用与研究 273

三、蛋白质芯片在食品分析中的应用 274

四、蛋白质芯片在毒理学中的应用 275

五、蛋白质组芯片 275

六、未来的发展趋势 275

思考题 276

参考文献 276

第十三章 荧光蛋白工程 277

第一节 绿色荧光蛋白 277

一、概述 277

二、绿色荧光蛋白发光原理 277

三、绿色荧光蛋白的用途与作用 279

四、绿色荧光蛋白的改进 280

第二节 红色荧光蛋白 281

一、红色荧光蛋白发光原理 281

二、红色荧光蛋白的光谱多样性 282

三、红色荧光蛋白来源的多样性 282

四、红色荧光蛋白的改造 283

第三节 绿色荧光蛋白HaloTag技术 284

一、HaloTag技术原理 285

二、应用与优势 286

三、与其他相关技术比较 287

第四节 荧光蛋白技术的应用 288

一、绿色荧光蛋白的应用 288

二、红色荧光蛋白的应用 292

思考题 293

参考文献 293

第十四章 蛋白质基因改造的分子设计 294

第一节 概述 294

一、发展中的蛋白质设计 294

二、蛋白质设计的目的 295

三、蛋白质设计的原理 295

第二节 基于天然蛋白质结构的分子设计 297

一、设计前的准备 297

二、蛋白质设计的途径与方法 299

三、蛋白质设计中的结构-功能关系 301

四、天然蛋白质的剪裁 306

第三节 全新蛋白质设计 307

一、全新蛋白质设计概述 307

二、蛋白质结构的从头设计 307

三、蛋白质功能的从头设计 321

第四节 计算蛋白质设计 326

一、能量表达 326

二、能量优化 326

三、序列-结构专一性 327

四、底物专一性设计 327

五、金属结合位点的设计 327

思考题 328

参考文献 328

第十五章 蛋白质体外合成技术 329

第一节 概述 329

一、蛋白质提取问题 329

二、细胞表达蛋白存在的问题 329

三、体外表达的简单过程 330

四、体外表达的优势 330

五、体外翻译是基因组学迈向蛋白质组学的桥梁 330

第二节 无细胞体外表达系统体系 331

一、原理 331

二、体外翻译酶系统 331

三、能量供应系统 331

四、保障遗传模板稳定性 332

五、反应体系所需元素 333

第三节 体外翻译的系统与操作 333

一、两大翻译系统 333

二、mRNA的设计要求 337

三、启动过程 338

四、具体操作方法 339

第四节 体外表达产物 340

一、选择体外表达体系 340

二、选择标记 341

三、蛋白质检测与纯化 342

第五节 体外表达的应用领域 342

思考题 344

参考文献 344

第十六章 蛋白质分子印迹技术 345

第一节 分子印迹技术概述 345

一、起源 345

二、定义与原理 345

三、过程与作用 346

四、印迹的分类 347

第二节 蛋白质分子印迹方法 349

一、包埋法 349

二、表面印迹聚合法 350

三、亲和印迹法 351

四、冷冻干燥法 351

五、抗原决定基法 351

六、金属离子介导法 351

七、其他 351

第三节 蛋白质分子印迹的载体 352

一、形式固定的硬质载体 352

二、形式可变的软质载体 355

三、其他含有类似载体的形式 355

四、影响制备蛋白质印迹聚合物的因素 357

第四节 蛋白质分子印迹效率及其评价 357

一、蛋白质分子印迹效率的概念 357

二、蛋白质分子印迹效率的影响因素 358

三、蛋白质分子印迹效率的评价 358

第五节 蛋白质分子印迹技术的应用与展望 359

一、蛋白质分子印迹技术的应用 359

二、分子印迹技术的新进展和新挑战 362

三、分子印迹存在的问题 364

思考题 364

参考文献 364

第十七章蛋白质生物传感器 365

第一节 概述 365

一、概念 365

二、原理 365

三、种类 365

四、应用 366

第二节 固定化酶生物传感器 366

一、基本原理 367

二、固定酶的方法 367

三、各种酶电极 369

四、溶胶-凝胶固定法制备的生物传感器 372

第三节 实时光学蛋白质芯片生物传感器 373

一、工作原理 374

二、微流道反应器系统 375

三、量化测量 376

四、应用 376

第四节 电化学酶免疫传感器 377

一、原理 377

二、电流式酶免疫传感器的制备 377

三、免疫传感器自组装过程中的 电化学特性 377

四、免疫传感器的响应特性 378

五、MPO免疫传感器检测校准曲线的制作 378

第五节 适配子生物传感器 379

一、适配子的概念及其筛选原理 379

二、适配子生物传感器 384

三、适配子的应用与展望 390

第六节 表面等离子共振生物传感器 394

一、一种新的光学现象 394

二、SPR生物传感器的产生 394

三、SPR生物传感器的组成、原理与构型 394

四、椭偏光学成像技术 395

五、SPR生物传感器的应用 396

第七节 纳米技术在促进酶生物传感器方面的应用 396

一、纳米生物材料在生物传感器中的主要作用 397

二、常见的纳米材料 398

第八节 酶在非水相及有机相中的活性与生物传感器发展趋势 399

思考题 400

参考文献 400