小分子功能蛋白表达技术探索文献综述

 2022-12-24 16:09:29

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

1.文献综述

1.1功能蛋白

蛋白质是生物体内广泛存在的一类极为重要的生物大分子,其化学本质是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。在机体内,多种多样的功能蛋白在机体的多种不同代谢环节中承担着多种不同的作用:作为酶催化细胞内外不同生化反应、作为激素调节机体生理状态、作为调节蛋白参与基因表达的调控、在生物膜间或细胞内参与多种物质的运输、以自身的结构变化赋予细胞运动能力、构造并维持机体的基本结构、通过特异性识别和结构变化发挥保护和进攻功能等等。[1]

在真核生物体内,蛋白质的合成过程是在细胞内完成的:编码功能蛋白的特定基因序列在转录酶的作用下转录为相应的mRNA,由核孔输出细胞核,在细胞质内结合一个或多个核糖体,由特定的tRNA与相应的氨基酸结合生成的氨基酸tRNA,识别并转运氨基酸,从而完成翻译过程,形成多肽链。单条或多条多肽链在多种细胞器或辅助因子介导下完成修饰过程,并最终盘曲折叠形成特定的功能蛋白。对于原核生物,此过程相类于真核生物,但相对简单:由于没有核膜,原核生物的转录和翻译两过程可以同步进行;由于缺少部分细胞器及大分子,原核生物的功能蛋白修饰过程也相对简单。[2]

特别注明的是,本课题中提到的“小分子功能蛋白”并非严格学术概念,而是特指结构相对简单、分子量相对较小、修饰方式也相对简单的功能蛋白。

1.2功能蛋白的批量表达

由于蛋白质具有的以上种种不可或缺的功能,批量生产具有特定功能的特定蛋白质就成为了一项重要需求。然而,作为一种相对结构复杂的物质,蛋白质的性质很不稳定,酸碱度及温度变化都易使其变性失活;作为大分子物质,蛋白质的化学合成过程也极为繁琐、工作量极大,且有许多特异性修饰过程很难在体外完成。因此,用生物方法合成功能蛋白才是更为理想的选择。

继1869年F.Miescher首次从鲑鱼精子中分离到DNA、1944年O.T.Avery等在肺炎链球菌转化实验中发现遗传信息的携带者是DNA而不是蛋白质、1958年J.D.Watson和H.C.Creck提出了DNA分子结构的双螺旋模型以来,分子生物学迎来了蓬勃的发展。很快,随着人类对生物大分子的认识不断深入、对机体内生理生化过程的不断探究,蛋白质工程应运而生。

蛋白质工程是基因工程的一部分。后者是指按照人们的意愿,在体外将目的核酸分子插入质粒、病毒或其他载体分子,构建遗传物质的表达载体,并将其转入到原先没有这类分子的宿主细胞内,使之稳定表达。通过这一技术手段,我们可以得到能大量够批量生产特定功能蛋白的细胞,从而实现大批量生产特定功能蛋白的目的。此外,蛋白质工程还可以通过修饰改造目的基因的方法,赋予所生产出的蛋白质以不同于原有目的蛋白的种种优良改进。

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