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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1F799

二、抗体酶17E8100

三、抗体酶48G7100

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