本书围绕蛋白质工程这一核心主题，详尽介绍了该领域的基础知识、关键技术方法，以及该学科的前沿进展和具有代表性的研究案例。作为生命科学大类本科生的基础教材，本书内容涵盖了蛋白质分子的基本概念、分子设计、修饰与表达，以及蛋白质的物理化学属性、结构测定和实际应用等方面。同时，还介绍了生物信息学和现代生物技术在蛋白质工程中的应用，以及蛋白质的分离、纯化和鉴定技术。本书旨在帮助本科生掌握现代蛋白质工程新的理论进展，并为相关领域提供必要的知识与技术支持。通过阅读和学习，读者将能够理解蛋白质工程学科的核心原则、基础知识和基本技能，并熟悉从事蛋白质科学与工程研究所需要的主要方法和技术。
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目录
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第一章 绪论 1
第一节 蛋白质工程的起源 1
第二节 蛋白质工程的研究内容 2
一、蛋白质的基础知识 2
二、蛋白质的物质准备 3
三、蛋白质的研究方法 4
四、蛋白质的改造应用 4
第三节 蛋白质工程的发展 6
一、蛋白质工程与其他学科的融合发展 6
二、蛋白质工程的应用 7
第二章 蛋白质的结构基础 9
第一节 蛋白质的功能及其应用 10
一、蛋白质的生物学功能 10
二、蛋白质的应用 11
第二节 蛋白质、氨基酸与多肽链 12
一、氨基酸的结构特征 12
二、常见氨基酸的分类 13
三、多肽链 16
第三节 蛋白质的结构 17
一、蛋白质的一级结构 17
二、蛋白质的空间结构 18
三、维持蛋白质空间构象的作用力 22
第四节 蛋白质结构与功能的关系 23
一、蛋白质一级结构与功能的关系 23
二、蛋白质空间结构与功能的关系 24
三、蛋白质的变性与复性 25
第三章 蛋白质的物理化学基础 28
第一节 蛋白质热力学系统与蛋白质构象 29
一、蛋白质-溶剂系统的热力学函数 29
二、蛋白质热运动与构象平衡 30
三、蛋白质构象稳定的作用力 30
第二节 蛋白质折叠 31
一、蛋白质折叠简介 31
二、蛋白质折叠的热力学研究 34
三、蛋白质折叠的动力学研究 36
第三节 蛋白质的分子动力学 39
一、分子动力学计算原理 39
二、分子力场 40
第四章 蛋白质结构预测 43
第一节 蛋白质结构预测的背景与基础 43
一、蛋白质结构预测概述 44
二、蛋白质结构预测的基本原理 45
三、生物信息学工具和数据库 46
第二节 蛋白质结构预测的技术方法 51
一、蛋白质二级结构预测 51
二、蛋白质三级结构预测 52
三、蛋白质复合物结构预测 57
第三节 蛋白质结构预测的应用及发展趋势 60
一、蛋白质结构预测应用案例 60
二、蛋白质结构预测的挑战与展望 62
第五章 蛋白质分子设计 65
第一节 概述 66
一、蛋白质分子设计的基本概念 66
二、蛋白质分子设计的基本流程 67
第二节 蛋白质分子设计的类型 68
一、基于天然蛋白质结构的分子设计 68
二、全新蛋白质的分子设计 71
第三节 蛋白质分子动力学模拟 75
一、分子动力学模拟基本流程 75
二、分子动力学模拟实例 77
第四节 蛋白质分子设计的应用及发展趋势 79
一、蛋白质分子设计的应用 79
二、蛋白质分子设计的发展趋势 82
第六章 蛋白质的表达 85
第一节 蛋白质的原核表达 86
一、大肠杆菌表达系统 86
二、枯草芽孢杆菌表达系统 90
第二节 蛋白质的真核表达 93
一、酵母表达系统 93
二、昆虫杆状病毒表达系统 100
三、哺乳动物细胞表达系统 102
第七章 蛋白质的分离纯化与鉴定 106
第一节 概述 107
第二节 蛋白质的提取 107
一、细胞的破碎 108
二、蛋白质的抽提 109
第三节 蛋白质粗分离 110
一、盐析沉淀 110
二、等电点沉淀 111
三、有机溶剂沉淀 111
四、聚乙二醇沉淀 111
五、透析 111
六、超滤 112
七、超速离心 112
八、结晶 113
九、其他方法 113
第四节 蛋白质细分离 113
一、凝胶过滤 114
二、离子交换层析 116
三、吸附层析 118
四、亲和层析 119
第五节 蛋白质的含量测定与纯度鉴定 119
一、蛋白质的含量测定 119
二、蛋白质的纯度鉴定 120
第八章 蛋白质的修饰 125
第一节 侧链基团的化学反应 126
一、氨基的化学反应 126
二、羧基的化学反应 127
三、巯基的化学反应 127
四、二硫键的化学反应 128
五、羟基的化学反应 128
六、其他侧链基团的化学反应 129
第二节 蛋白质的标记 129
一、蛋白质的生物素标记 130
二、蛋白质的荧光标记 130
三、蛋白质的放射性标记 131
四、蛋白质的代谢物标记 131
五、蛋白质的毒素标记 132
第三节 蛋白质的化学修饰 132
一、蛋白质的聚乙二醇修饰 132
二、蛋白质的糖基/去糖基化修饰 133
三、蛋白质的脂化/去脂化修饰 134
四、蛋白质的泛素化/去泛素化修饰 135
第四节 蛋白质的化学交联 136
一、交联剂 136
二、蛋白质化学交联到固相支持物 138
三、蛋白质-蛋白质之间的化学偶联 138
四、蛋白质标记转移 139
五、蛋白质化学交联质谱 140
第五节 蛋白质的分子生物学改造 141
一、蛋白质的基因工程改造 141
二、定向进化 142
三、基因融合 143
四、融合蛋白标签 144
五、内含肽介导的蛋白质剪接 145
六、tRNA介导的蛋白质改造 147
第九章 蛋白质结构解析 149
第一节 蛋白质X射线晶体学 150
一、X射线晶体学的发展和基本原理 150
二、蛋白质X射线晶体学的主要步骤 152
第二节 核磁共振波谱技术解析蛋白质结构 162
一、核磁共振波谱技术的基础理论 163
二、多维核磁共振技术 165
三、核磁共振技术的发展方向 170
第三节 冷冻电子显微镜与蛋白质
结构研究的其他方法 170
一、冷冻电子显微三维重构技术 170
二、动态光散射 173
三、生物大分子小角散射 174
四、X射线自由电子激光晶体学 175
五、非变性质谱技术 175
第十章 现代生物学技术在蛋白质工程中的应用 178
第一节 蛋白质分析鉴定技术 179
一、蛋白质芯片技术 179
二、蛋白质指纹图谱技术 181
三、冷冻电镜技术 182
第二节 研究蛋白质相互作用技术 184
一、表面等离子体共振技术 185
二、酵母双杂交技术 186
三、细菌双杂交技术 187
四、荧光共振能量转移 188
五、双分子荧光互补 189
第三节 表面展示技术 190
一、噬菌体展示技术 191
二、核糖体展示技术与mRNA展示技术 193
三、细菌表面展示技术 194
四、酵母表面展示技术 194
第四节 其他新蛋白质工程技术 196
一、定向演化技术 196
二、蛋白质打靶技术 197
三、蛋白质分子印迹技术 198
四、蛋白质截短试验 200
五、蛋白质错误折叠循环扩增技术 200
第十一章 蛋白质组学 204
第一节 概述 205
一、基本概念 205
二、蛋白质组学发展简史 205
三、蛋白质组学研究的基本思路和策略 209
四、蛋白质组学的研究内容和特点 209
第二节 蛋白质组学研究技术 210
一、蛋白质组高通量分离技术 210
二、蛋白质组高通量鉴定技术 214
三、蛋白质组定性定量分析技术 217
四、单细胞蛋白质组学技术 223
第三节 蛋白质组学的应用与发展趋势 225
一、蛋白质组学的应用 225
二、蛋白质组学的发展趋势 227
第十二章 蛋白质工程的应用 231
第一节 在医学领域的应用 231
一、在抗体药物生产中的应用 231
二、在病毒疫苗生产与研发中的应用 234
第二节 在药物研发领域的应用 235
一、白细胞介素-2 的改造 235
二、干扰素的改造 235
三、葡激酶的改造 236
第三节 在工业和能源领域的应用 236
一、在工业用酶中的应用 236
二、在饲料用酶研发中的应用 238
三、在能源领域中的应用 239
第四节 在其他领域中的应用 240
一、天然蛋白质改造 240
二、基础理论研究 240
主要参考文献 242
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