新型蛋白分子的治療方法

㈠ 蛋白質結構功能研究的最新方法有哪些

蛋白質結構研究方法進展
X-射線晶體學技術
核磁共振衍射技術
電子顯微技術
質譜法
熒光共振能量轉移技術（FRET）
同源建模預測蛋白質結構
酵母雙雜交，三雜交
CO-IP
雙向電泳

目前已經有許多蛋白質結構預測服務通過網際網路對公眾免費開放。由於結構預測技術本身的局限性，每種預測服務都各有得失。
三級結構預測（同源建模）：
• 瑞士生物信息研究所 SWISS-MODEL
• 丹麥技術大學生物序列分析中心 CPHmodels
• 比利時拿摩大學 ESyPred3D
• 英國癌症研究中心 3DJigsaw
二級結構預測（折疊識別）：
• 美國哥倫比亞大學 PredictProtein
• 英國瓦衛克大學 PSIpred
• 印度昌迪加爾的微生物技術研究所 APSSP
• 歐洲生物信息研究所（EBI）Jpred
• 美國加利福尼亞大學 SSpro
α－螺旋傾向性預測（從無到有）：
• 歐洲分子生物學實驗室(EMBL) AGADIR

參考文獻：
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㈡ 研究一個新蛋白功能及分子機制的主要方法和思路 一道考研試題，請教高手。

1克隆此蛋白
2細胞系中overexpress/knockdown此基因，QPCR或western檢測上游或下游靶基因的變化
3在小鼠中敲除此基因
4找出可能的信號通路，可以做一些回復實驗

㈢ 誰知道蛋白質的折疊現象怎麼研究嗎

分類: 教育/科學 >> 科學技術
問題描述:

研究這個有什麼現實意義呢?最新進展怎樣?最好來點有價值的資料.謝謝.

解析:

研究蛋白質的折疊，是生命科學領域的前沿課題之一。蛋白質是一種生物大分子，基本上是由20種氨基酸以肽鍵連接成肽鏈。肽鏈在空間捲曲折疊成為特定的三維空間結構，包括二級結構和三級結構二個主要層次。有的蛋白質由多條肽鏈組成，每條肽鏈稱為亞基，亞基之間又有特定的空間關系，稱為蛋白質的四級結構。所以蛋白質分子有非常特定的復雜的空間結構。

通過「蛋白質結構預測」破譯「第二遺傳密碼」，是蛋白質研究最後幾個尚未揭示的奧秘之一。天津大學和中國科學院生物物理所的科學家已經做出了優秀的研究成果。他們預測，蛋白質的種類雖然成千上萬，但它們的折疊類型卻只有有限的650種左右。我國科學家在分子伴侶和折疊酶方面有特色的研究成果，也已經贏得了國際同行的注意。

外界環境的變化可以導致蛋白質空間結構的破壞和生物活性的喪失，但卻並不破壞它的一級結構（氨基酸序列），這稱為蛋白質的變性。變性的蛋白質往往成為一條伸展的肽鏈，在一定的條件下可以重新折疊成原有的空間結構並恢復原有的活性。對蛋白質變性作用的認識是我國科學家吳憲在三十年代首先提出的。 蛋白質異常的三維空間結構可以引發疾病，瘋牛病、老年性痴呆症、囊性纖維病變、家族性高膽固醇症、家族性澱粉樣蛋白症、某些腫瘤、白內障等等都是「折疊病」。造成瘋牛病的Prion病蛋白可以感染正常蛋白而在蛋白質之間傳染。研究蛋白質的折疊問題不僅具有重大的科學意義，而且在醫學和在生物工程領域具有極大的應用價值。

1分子生物學的中心法則

五十年代初運用X射線衍射技術解出了生命遺傳物質脫氧核糖核酸（DNA）分子的三維空間結構，闡明了生物遺傳的分子基礎，揭示了這個最主要的生命活動的本質，從而開創了在分子水平上認識生命現象的新學科———分子生物學。分子生物學的出現是經典生物學轉變成近代生物學的里程碑。 盡管自然界的生物物種千千萬萬，生命現象繁雜紛飛，在分子水平研究生命，使我們認識到各種生命現象的基本原理卻是高度一致的！從最簡單的單細胞生物到最高等的人類，它們最基本最重要的組成物質都是蛋白質和核酸。核酸是生物體遺傳信息的攜帶者，所有生物體能世代相傳，就是依靠核酸分子可以精確復制的性質。蛋白質則是生命活動的主要承擔者。所有的生命活動，呼吸、運動、消化……甚至感知、思維和學習，無一例外是依靠蛋白質來完成的。 蛋白質是一種生物大分子，基本上是由20種氨基酸以肽鍵連接成肽鏈。肽鍵連接成肽鏈稱為蛋白質的一級結構。不同蛋白質其肽鏈的長度不同，肽鏈中不同氨基酸的組成和排列順序也各不相同。肽鏈在空間捲曲折疊成為特定的三維空間結構，包括二級結構和三級結構二個主要層次。有的蛋白質由多條肽鏈組成，每條肽鏈稱為亞基，亞基之間又有特定的空間關系，稱為蛋白質的四級結構。所以蛋白質分子有非常特定的復雜的空間結構。每一種蛋白質分子都有自己特有的氨基酸的組成和排列順序，由這種氨基酸排列順序決定它的特定的空間結構，這就是榮獲諾貝爾獎的著名的Anfinsen原理。蛋白質分子只有處於它自己特定的三維空間結構情況下，才能獲得它特定的生物活性；三維空間結構稍有破壞，就很可能會導致蛋白質生物活性的降低甚至喪失。

二十世紀生物學領域最重要的成就之一，是繼DNA雙螺旋結構的發現總結出分子生物學的中心法則，揭示生命遺傳信息傳遞的方向和途徑。近半個世紀以來對闡明中心法則有關問題有傑出貢獻而獲得諾貝爾獎的學者先後多達34位。分子生物學的中心法則簡單表達如下：

分子生物學的中心法則中，DNA和核糖核酸（RNA）的復制、DNA轉錄成RNA、RNA逆轉錄成DNA以及以信使RNA為模板翻譯成多肽鏈的過程和機制基本上已經闡明。但從多肽鏈折疊成蛋白質的過程，即所謂「新生肽的折疊」問題，是中心法則至今留下的空白，又是從「遺傳信息」到「生物功能」的關鍵環節，有待我們在21世紀去解決。

2蛋白質折疊與「折疊病」

人們對由於基因突變造成蛋白質分子中僅僅一個氨基酸殘基的變化就引起疾病的情況已有所了解，即所謂「分子病」，如地中海鐮刀狀紅血球貧血症就是因為血紅蛋白分子中第六位的谷氨酸突變成了頡氨酸。現在則發現蛋白質分子的氨基酸序列沒有改變，只是其結構或者說構象有所改變也能引起疾病，那就是所謂「構象病」，或稱「折疊病」。

大家都知道的瘋牛病，它是由一種稱為Prion的蛋白質的感染引起的，這種蛋白質也可以感染人而引起神經系統疾病。在正常機體中，Prion是正常神經活動所需要的蛋白質，而致病Prion與正常Prion的一級結構完全相同，只是空間結構不同。這一疾病的研究涉及到許多生物學的基本問題。一級結構完全相同的蛋白質為什麼會有不同的空間結構，這與Anfinsen原理是否矛盾？顯然這里有蛋白質的能量和穩定性問題。

從來認為蛋白結構的變化來自於序列的變化，而序列的變化來自於基因的變化，生命信息從核酸傳遞到蛋白。而致病Prion的信息已被諾貝爾獎獲得者普魯辛納證明不是來自基因的變化，致病蛋白Prion導致正常蛋白Prion轉變為致病的折疊狀態是通過蛋白分子間的作用而感染！這種相互作用的本質和機制是什麼？僅僅改變了折疊狀態的分子又如何導致嚴重的疾病？這些問題都不能用傳統的概念給予滿意的解釋，因此在科學界引起激烈的爭論，有關研究的強度和競爭性也隨之大大增強。

由於蛋白質折疊異常而造成分子聚集甚至沉澱或不能正常轉運到位所引起的疾病還有老年性痴呆症、囊性纖維病變、家族性高膽固醇症、家族性澱粉樣蛋白症、某些腫瘤、白內障等等。由於分子伴侶在蛋白質折疊中至關重要的作用，分子伴侶本身的突變顯然會引起蛋白質折疊異常而引起折疊病。隨著蛋白質折疊研究的深入，人們會發現更多疾病的真正病因和更針對性的治療方法，設計更有效的葯物。現在發現有些小分子可以穿越細胞作為配體與突變蛋白結合，從而使原已失去作戰能力的突變蛋白逃逸「蛋白質質量控制系統」而「帶傷作戰」。這種小分子被稱為「葯物分子伴侶」，有希望成為治療「折疊病」的新葯。 新生肽的折疊問題或蛋白質折疊問題不僅具有重大的科學意義，除了上面提到的在醫學上的應用價值外，在生物工程上具有極大的應用價值。基因工程和蛋白工程已經逐漸發展成為產值以數十億美元計的大產業，進入21世紀後，還將會有更大的發展。但是當前經常遇到的困難，是在簡單的微生物細胞內引入異體DNA後所合成的多肽鏈往往不能正確折疊成為有生物活性的蛋白質而形成不溶解的包含體或被降解。這一「瓶頸」問題的徹底解決有待於對新生肽鏈折疊更多的認識。

3蛋白質折疊和「第二遺傳密碼」

蛋白質折疊的研究，比較狹義的定義就是研究蛋白質特定三維空間結構形成的規律、穩定性和與其生物活性的關系。在概念上有熱力學的問題和動力學的問題；蛋白質在體外折疊和在細胞內折疊的問題；有理論研究和實驗研究的問題。這里最根本的科學問題就是多肽鏈的一級結構到底如何決定它的空間結構？既然前者決定後者，一級結構和空間結構之間肯定存在某種確定的關系，這是否也像核苷酸通過「三聯密碼」決定氨基酸順序那樣有一套密碼呢？有人把這設想的一級結構決定空間結構的密碼叫作「第二遺傳密碼」。

如果說「三聯密碼」已被破譯而實際上已成為明碼，那麼破譯「第二遺傳密碼」正是「蛋白質結構預測」從理論上最直接地去解決蛋白質的折疊問題，這是蛋白質研究最後幾個尚未揭示的奧秘之一。「蛋白質結構預測」屬於理論方面的熱力學問題。就是根據測得的蛋白質的一級序列預測由Anfinsen原理決定的特定的空間結構。蛋白質氨基酸序列，特別是編碼蛋白質的核苷酸序列的測定現在幾乎已經成為常規技術，從互補DNA（cDNA）序列可以根據「三聯密碼」推定氨基酸序列，這些在上一世紀獲得重大突破的分子生物學技術，大大加速了蛋白質一級結構的測定。目前蛋白質資料庫中已經存有大約17萬個蛋白的一級結構，但是測定了空間結構的蛋白大約只有1．2萬個，這中間有許多是很相似的同源蛋白，而真正不同的蛋白只有1000多個。隨著人類基因組計劃的勝利完成，解讀了人類DNA的全序列，蛋白質一級結構的數據增長必定會出現爆炸的態勢，而空間結構測定的速度遠遠滯後，因此二者之間還會形成更大的距離，這就更需要進行蛋白質結構的預測。

由於蛋白質分子結構本身的極端復雜性決定了結構預測不可能一蹴而就。目前結構預測的方法大致可分為兩大類。一類是假設蛋白質分子天然構象處於熱力學最穩定，能量最低狀態，考慮蛋白質分子中所有原子間的相互作用以及蛋白質分子與溶劑之間的相互作用，採用分子力學的能量極小化方法，計算出蛋白質分子的天然空間結構。第二類方法是找出資料庫中已有的蛋白質的空間結構與其一級序列之間的聯系總結出一定的規律，逐級從一級序列預測二級結構，再建立可能的三維模型，根據總結出的空間結構與其一級序列之間的規律，排除不合理的模型，再根據能量最低原理得到修正的結構。這也就是所謂「基於知識的預測方法」。但是，第一類方法遇到在數學上難以解決的多重極小值問題，而逐級預測又受到二級結構預測精度的限制。因此必須解決這些困難，或者發展新的方法，將基於知識的預測方法與計算化學以及統計物理學結合起來，才有希望能破譯「第二遺傳密碼」。 另一方面，和以往只能利用存入蛋白質資料庫的數據進行預測相比，人類DNA的全序列的測定給予蛋白質結構預測更自然的、信息量更大得多的資料庫，因此可用基於同源性的重復循環技術非常可靠地靈敏地進行結構預測。已經有人根據基因組的數據用統計方法重新估計了蛋白質折疊類型數目大約為1000種，這和早期的理論估計是一致的。顯然，人類基因全序列的揭示必然為蛋白質結構預測、蛋白質相互作用的預測以及單核苷酸多態性的分子表型預測開辟前所未有的廣闊天地。天津大學和中國科學院生物物理所的科學家已經活躍在蛋白質結構預測領域，並做出了優秀的研究成果。他們預測，蛋白質的種類雖然成千上萬，但它們的折疊類型卻只有有限的650種左右。

蛋白質折疊第二個根本的科學問題是具有完整一級結構的多肽鏈又是如何折疊成為它特定的高級結構？這是一個折疊的動力學的問題，長期以來，主要用體外的實驗方法研究，雖然已有四五十年，但至今尚未解決。我們知道，多數蛋白質在體外是不穩定的，外界環境的變化，如溫度、酸度等，都可以導致其空間結構的破壞和生物活性的喪失，但卻並不破壞它的一級結構，這稱為蛋白質的變性。對蛋白質變性作用的認識是我國科學家吳憲在三十年代基於他在國內的工作首先提出來的，長期以來已經為國際上廣泛接受。變性的蛋白質往往成為一條伸展的肽鏈，由於一級結構仍然完整，根據Anfinsen原理它應該可以在一定的條件下重新折疊成原有的空間結構並恢復原有的活性。這就是長時間來在體外研究蛋白質折疊的基本模型。

現在知道，絕大多數蛋白質從一條伸展的肽鏈，折疊成有其特定結構的、有活性的蛋白質，並不是一步完成的，而要經過許多折疊的中間狀態。含有多個亞基的蛋白質分子，亞基間的相互作用使之組裝成復雜蛋白分子。研究人員用實驗方法，特別是近年來發展的快速測定方法去追蹤蛋白質重摺疊的全過程，盡可能捕捉折疊過程中的每一個中間狀態。不同階段的折疊速度不同，有的比較慢，比較容易發現和捕捉；但有的非常快，必須要有特殊的設備配合各種測試技術去進行研究。最近有人嘗試大幅度降低溫度使折疊速度減慢而得以追蹤。最終，人們要定量地描述整個折疊的動態過程，拍出一部蛋白質折疊的電影來，但這必然要經過一個長時間的艱苦的工作。 4細胞內的蛋白質折疊

盡管多年來體外蛋白質折疊研究為揭示蛋白質折疊的本質提供了大量信息，但細胞內蛋白質的生物合成，一個廣義的蛋白質折疊問題，是一個比試管內蛋白質折疊復雜得多的多的過程。蛋白質的多肽鏈都是在細胞內的一種由多種蛋白質和核糖核酸所組成的被稱為核糖體的復合物上，以信使核糖核酸為模板，從氨基末端開始，按照三聯密碼，一個氨基酸一個氨基酸加上去而合成出來的。現在比較一致的看法認為，這種新合成出來的多肽鏈（稱為新生肽）在合成過程中長度不斷增加，並在延伸的同時也在進行著折疊，而不是在合成完成脫離核糖體後再自發折疊成為蛋白質。所以上面介紹的在體外用變性伸展肽鏈的重摺疊研究蛋白質折疊的模型看來並不是研究細胞內蛋白質折疊的理想模型。由於每個信使核糖核酸可以同時攜帶多個核糖體，而每個核糖體上的多肽鏈的延伸程度又是不同的，所以核糖體上的多肽鏈的合成同步化是目前研究新生肽折疊的關鍵問題，但一直沒有解決。

我們實驗室暫時繞過這個障礙，制備一系列從氨基末端開始具有不同長度的肽段，比較研究它們的構象作為模型，對新生肽在合成延伸的同時也在進行著折疊的觀點已經提供了大量信息。從核糖體上合成出來的肽鏈還需經過與翻譯同時進行的和翻譯完成後的化學加工，如形成二硫鍵，完成糖基化作用、羥基化作用、磷酸化作用等化學修飾。化學修飾往往與肽鏈的折疊密切相關，沒有化學修飾的肽鏈往往不能完成正確折疊。

新生肽還要被運送到細胞的特定部位，「各就各位」才能發揮它特定的生物功能：例如進入細胞核中的 *** 白與DNA組成染色體；進入線粒體的蛋白參與能量代謝；組成膜的蛋白以及分泌到細胞外的蛋白必須進入內質網，先進行加工再繼續轉運等等。這些轉運都有一個穿越膜結構，甚至是多次越膜的過程。有完整空間結構的蛋白分子是不能越膜的，因此在轉運過程中折疊過多的分子必須解開折疊後才能越膜。此外，多亞基蛋白必須進行組裝。有些蛋白質，如一些酶和激素，以前體形式合成後還要經過水解除去某一段序列後才能成熟為有活性的分子。所有這些都包含在新生肽成熟為功能蛋白的全過程中，每一步都涉及新生肽鏈的構象變化、折疊和調整。 在試管中做蛋白質折疊實驗的條件往往人為簡化或不得不簡化，與新生肽在細胞內折疊的條件有質的或量的差別。所有的細胞中都存在著大量的蛋白質、核酸、多糖等各種生物大分子，它們大約佔用細胞容積的20－30％，總濃度高達每升80－200克，因此任何一種大分子都處於一個充滿其他大分子的「擁擠」環境中，使得任何一個大分子的實際可及空間大大減少，這種情況對所有大分子之間的反應在熱力學和動力學上都有很大的影響。最近，有人呼籲，在體外研究蛋白質折疊必須考慮模擬細胞內的「擁擠」環境。我們實驗室在這方面的研究已經得到國際同行的注意。此外，某一種蛋白在某一時刻在細胞內的局部濃度可以非常高，這樣高濃度的蛋白質在試管中必然發生聚集而不可能完成折疊。所以，在體外進行的實驗，為了提高蛋白折疊效率，並且有利於進行分析，實驗所用的蛋白濃度總是很低的；溫度也常在37攝氏度以下，有時低到10攝氏度以下，以減緩反應速度。溶液成分也盡量簡單，便於分析。 5分子伴侶蛋白和折疊酶

最近15年來，由於發現一些蛋白質的折疊必須在另一些蛋白質存在時才能正確完成的現象，對蛋白質折疊的概念產生了革命性的全新認識，「自發折疊」的經典概念發生了轉變和更新，這是蛋白質折疊研究中的大事。現在認為新生肽在細胞內的折疊和成熟在多數情況下是不能自發完成的，而是需要別的蛋白質幫助的。這個新概念並不與Anfinsen原理相矛盾，而是在動力學的觀點上完善了Anfinsen學說。一個在熱力學上可以成立的反應由於動力學的能障等問題在實際上未必可以完成，但在別的蛋白質幫助下可以克服能障而得以進行。

目前已認識到的在細胞內幫助新生肽鏈折疊的蛋白有二類：一類稱為分子伴侶蛋白，另一類是催化與折疊直接有關的化學反應的酶，又稱折疊酶。分子伴侶顯然是一種具有新功能的蛋白，近年來已經鑒定到越來越多新的分子伴侶蛋白或已知蛋白的新的分子伴侶活性。它們的精細三維結構、結構與功能的關系、它們幫助生物大分子折疊的機制都在活躍的研究之中；特別是有些蛋白的分子伴侶活性和在同一分子上的其他生物活性之間的關系以及在生命活動中的協作和調控更引起人們的興趣。現在發現，不僅蛋白質的折疊需要分子伴侶的幫助，DNA分子和RNA分子的折疊也往往需要分子伴侶的幫助，因為功能DNA和RNA分子，特別是它們與蛋白質形成的復合物都要有一定的構象。DNA和RNA分子本身具有較大的剛性，不容易折疊或在折疊過程中容易發生折疊錯誤，因此需要DNA分子伴侶或RNA分子伴侶幫助它們折疊而形成特定的構象。另一方面，不僅蛋白質，現在發現有一些核酸和磷脂也能發揮分子伴侶的作用；更有趣的是最近發現核糖體也有分子伴侶活性。有些生物大分子在成熟過程中需要一系列的分子伴侶在不同的階段給予幫助才能完成最終的折疊。另外，有一些小分子物質對某些蛋白質在體外的折疊有幫助作用，被稱之為「化學分子伴侶」。我國科學家在分子伴侶和折疊酶方面的有特色的研究成果已經贏得了國際同行的注意。

新生肽在細胞中折疊和成熟的過程由於轉錄或翻譯出現了錯誤，或受到各種環境 *** 而損傷，並非能百分之百地完成。為提高蛋白質生物合成的效率，處理掉不能繼續正確折疊的或錯誤折疊的「次品」或「廢品」，防止這些「垃圾」的堆積而危害正常生命活動，生命的進化使細胞獲得了一種「蛋白質質量控制系統」。這種系統是由分子伴侶和靠消耗三磷酸腺苷的能量而發揮作用的特定的蛋白水解酶組成。分子伴侶幫助新生肽正確折疊；而特定的蛋白水解酶把不能繼續正確折疊的或錯誤折疊的「垃圾」水解成小分子。這里的科學問題是質量控制系統到底如何進行質量控制？有人借用了醫院里診斷病人應該送到哪種病房作什麼治療的機制（triage）來描述細胞的蛋白質質量控制體系的作用機理。關鍵是如何「診斷」和區分什麼樣的新生肽「病人」可以送到分子伴侶「病房」進行治療和拯救，而什麼樣的新生肽「病人」已「無可救葯」，只能送給蛋白水解酶去處理。細胞內新生肽「病人」的命運主要是由分子伴侶處理「病人」的能力和速度在動力學上來決定的。尚未治好的新生肽「病人」可能獲得再治療的機會，但也可能不幸送到蛋白水解酶那裡去了；還有一種可能性就是形成聚集，聚集體是抗水解的。如果形成有規則的聚集體，即所謂「澱粉樣纖維」。一些神經系統退化疾病，如老年性痴呆症、帕金森氏病、亨廷頓氏病就是由此造成的。

在21世紀，人類在解決了新生肽折疊的問題，解決了基因調控的問題後，應該就可以說全面地最終地闡明了分子生物學的中心法則，那時人類對自身的認識又將有一個新的飛躍。

㈣ 蛋白質工程主要有哪些研究手段

蛋白質工程
所謂蛋白質工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定點突變和基因表達對蛋白質進行改造，以期獲得性質和功能更加完善的蛋白質分子。
蛋白質是生命的體現者，離開了蛋白質，生命將不復存在。可是，生物體內存在的天然蛋白質，有的往往不盡人意，需要進行改造。由於蛋白質是由許多氨基酸按一定順序連接而成的，每一種蛋白質有自己獨特的氨基酸順序，所以改變其中關鍵的氨基酸就能改變蛋白質的性質。而氨基酸是由三聯體密碼決定的，只要改變構成遺傳密碼的一個或兩個鹼基就能達到改造蛋白質的目的。蛋白質工程的一個重要途徑就是根據人們的需要，對負責編碼某種蛋白質的基因重新進行設計，使合成的蛋白質變得更符合人類的需要。這種通過造成一個或幾個鹼基定點突變，以達到修飾蛋白質分子結構目的的技術，稱為基因定點突變技術。
蛋白質工程是在基因重組技術、生物化學、分子生物學、分子遺傳學等學科的基礎之上，融合了蛋白質晶體學、蛋白質動力學、蛋白質化學和計算機輔助設計等多學科而發展起來的新興研究領域。其內容主要有兩個方面：根據需要合成具有特定氨基酸序列和空間結構的蛋白質；確定蛋白質化學組成、空間結構與生物功能之間的關系。在此基礎之上，實現從氨基酸序列預測蛋白質的空間結構和生物功能，設計合成具有特定生物功能的全新的蛋白質，這也是蛋白質工程最根本的目標之一。
目前，蛋白質工程尚未有統一的定義。一般認為蛋白質工程就是通過基因重組技術改變或設計合成具有特定生物功能的蛋白質。實際上蛋白質工程包括蛋白質的分離純化，蛋白質結構和功能的分析、設計和預測，通過基因重組或其它手段改造或創造蛋白質。從廣義上來說，蛋白質工程是通過物理、化學、生物和基因重組等技術改造蛋白質或設計合成具有特定功能的新蛋白質。
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蛋白質工程的基本途徑
從預期的蛋白質功能出發→設計預期的蛋白質結構→推測應有的氨基酸序列→找到相對應的核糖核苷酸序列（RNA）→找到相對應的脫氧核糖核苷酸序列（DNA）
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【研究的核心內容】
蛋白質結構分析
蛋白質工程的核心內容之一就是收集大量的蛋白質分子結構的信息，以便建立結構與功能之間關系的資料庫，為蛋白質結構與功能之間關系的理論研究奠定基礎。三維空間結構的測定是驗證蛋白質設計的假設即證明是新結構改變了原有生物功能的必需手段。晶體學的技術在確定蛋白質結構方面有了很大發展，但是最明顯的不足是需要分離出足夠量的純蛋白質（幾毫克～幾十毫克），制備出單晶體，然後再進行繁雜的數據收集、計算和分析。
另外，蛋白質的晶體狀態與自然狀態也不盡相同，在分析的時候要考慮到這個問題。核磁共振技術可以分析液態下的肽鏈結構，這種方法繞過了結晶、X－射線衍射成像分析等難點，直接分析自然狀態下的蛋白質的結構。現代核磁共振技術已經從一維發展到三維，在計算機的輔助下，可以有效地分析並直接模擬出蛋白質的空間結構、蛋白質與輔基和底物結合的情況以及酶催化的動態機理。從某種意義上講，核磁共振可以更有效地分析蛋白質的突變。國外有許多研究機構正在致力於研究蛋白質與核酸、酶抑制劑與蛋白質的結合情況，以開發
具有高度專一性的葯用蛋白質。
結構、功能的設計和預測
根據對天然蛋白質結構與功能分析建立起來的資料庫里的數據，可以預測一定氨基酸序列肽鏈空間結構和生物功能；反之也可以根據特定的生物功能，設計蛋白質的氨基酸序列和空間結構。通過基因重組等實驗可以直接考察分析結構與功能之間的關系；也可以通過分子動力學、分子熱力學等，根據能量最低、同一位置不能同時存在兩個原子等基本原則分析計算蛋白質分子的立體結構和生物功能。雖然這方面的工作尚在起步階段，但可預見將來能建立一套完整的理論來解釋結構與功能之間的關系，用以設計、預測蛋白質的結構和功能。
創造和改造
蛋白質的改造，從簡單的物理、化學法到復雜的基因重組等等有多種方法。物理、化學法：對蛋白質進行變性、復性處理，修飾蛋白質側鏈官能團，分割肽鏈，改變表面電荷分布促進蛋白質形成一定的立體構像等等；生物化學法：使用蛋白酶選擇性地分割蛋白質，利用轉糖苷酶、酯酶、醯酶等去除或連接不同化學基團，利用轉醯胺酶使蛋白質發生膠連等等。以上方法只能對相同或相似的基團或化學鍵發生作用，缺乏特異性，不能針對特定的部位起作用。採用基因重組技術或人工合成DNA，不但可以改造蛋白質而且可以實現從頭合成全新的蛋白質。
蛋白質是由不同氨基酸按一定順序通過肽鍵連接而成的肽構成的。氨基酸序列就是蛋白質的一級結構，它決定著蛋白質的空間結構和生物功能。而氨基酸序列是由合成蛋白質的基因的DNA序列決定的，改變DNA序列就可以改變蛋白質的氨基酸序列，實現蛋白質的可調控生物合成。在確定基因序列或氨基酸序列與蛋白質功能之間關系之前，宜採用隨機誘變，造成鹼基對的缺失、插入或替代，這樣就可以將研究目標限定在一定的區域內，從而大大減少基因分析的長度。一旦目標DNA明確以後，就可以運用定位突變等技術來進行研究。
定位突變蛋白質中的氨基酸是由基因中的三聯密碼決定的，只要改變其中的一個或兩個就可以改變氨基酸。通常是改變某個位置的氨基酸，研究蛋白質結構、穩定性或催化特性。噬菌體M13的生活周期有二個階段，在噬菌體粒子中其基因組為單鏈，侵入宿主細胞以後，通過復制以雙鏈形式存在。將待研究的基因插入載體M13，製得單鏈模板，人工合成一段寡核苷酸（其中含一個或幾個非配對鹼基）作為引物，合成相應的互補鏈，用T4連接酶連接成閉環雙鏈分子。經轉染大腸桿菌，雙鏈分子在胞內分別復制，因此就得到兩種類型的噬菌斑，含錯配鹼基的就為突變型。再轉入合適的表達系統合成突變型蛋白質。
盒式突變1985年Wells提出的一種基因修飾技術——盒式突變，一次可以在一個位點上產生 20種不同氨基酸的突變體，可以對蛋白質分子中重要氨基酸進行「飽和性」分析。利用定位突變在擬改造的氨基酸密碼兩側造成兩個原載體和基因上沒有的內切酶切點，用該內切酶消化基因，再用合成的發生不同變化的雙鏈DNA片段替代被消化的部分。這樣一次處理就可以得到多種突變型基因。
PCR技術DNA聚合酶鏈式反應是應用最廣泛的基因擴增技術。以研究基因為模板，用人工合成的寡核苷酸（含有一個或幾個非互補的鹼基）為引物，直接進行基因擴增反應，就會產生突變型基因。分離出突變型基因後，在合適的表達系統中合成突變型蛋白質。這種方法直接、快速和高效。
高突變率技術從大量的野生型背景中篩選出突變型是一項耗時、費力的工作。有兩種新的突變方法具有較高的突變率：①硫代負鏈法：核苷酸間磷酸基的氧被硫替代後修飾物（α－（S）－dCTP）對某些內切酶有耐性，在有引物和（α－（S）－dCTP）存在下合成負鏈，然後用內切酶處理，結果僅在正鏈上產生「缺口」，用核苷酸外切酶III從3『→5『擴大缺口並超過負鏈上錯配的核苷酸，在聚合酶作用下修復正鏈，就可以得到二條鏈均為突變型的基因；②UMP正鏈法：大腸桿菌突變株RZ1032中缺少脲嘧啶糖苷酶和UTP酶，M13在這種宿主中可以用脲嘧啶（U）替代胸腺嘧啶（T）摻入模板而不被修飾。用這種含U的模板產生的突變雙鏈轉化正常大腸桿菌，結果含U的正鏈被寄主降解，而突變型負鏈保留並復制。
蛋白質融合將編碼一種蛋白質的部分基因移植到另一種蛋白質基因上或將不同蛋白質基因的片段組合在一起，經基因克隆和表達，產生出新的融合蛋白質。這種方法可以將不同蛋白質的特性集中在一種蛋白質上，顯著地改變蛋白質的特性。現在研究的較多的所謂 「嵌合抗體」和「人緣化抗體」等，就是採用的這種方法。
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【實際應用】
提高蛋白質的穩定性
葡萄糖異構酶（GI）在工業上應用廣泛，為提高其熱穩定性，朱國萍等人在確定第138位甘氨酸 (Gly138)為目標氨基酸後，用雙引物法對GI基因進行體外定點誘變，以脯氨酸（Pro138）替代Gly138，含突變體的重組質粒在大腸桿菌中表達，結果突變型GI比野生型的熱半衰期長一倍；最適反應溫度提高10～12℃；酶比活相同。據分析，Pro替代Gly138後，可能由於引入了一個吡咯環，該側鏈剛好能夠填充於Gly138附近的空洞，使蛋白質空間結構更具剛性，從而提高了酶的熱穩定性。
融合蛋白質
腦啡肽(Enk)N端5肽線形結構是與δ型受體結合的基本功能區域，干擾素（IFN）是一種廣譜抗病毒抗腫瘤的細胞因子。黎孟楓等人化學合成了EnkN端5肽編碼區，通過一連接3肽編碼區與人α1型IFN基因連接，在大腸桿菌中表達了這一融合蛋白。以體外人結腸腺癌細胞和多形膠質瘤細胞為模型，採用3H－胸腺嘧啶核苷摻入法證明該融合蛋白抑制腫瘤細胞生長的活性顯著高於單純的IFN，通過 Naloxone競爭阻斷實驗證明，抑制活性的增高確由Enk導向區介導。
蛋白質活性的改變
通常飯後30～60min，人血液中胰島素的含量達到高峰，120～180min內恢復到基礎水平。而目前臨床上使用的胰島素制劑注射後120min後才出現高峰且持續180～240min，與人生理狀況不符。實驗表明，胰島素在高濃度（大於 10－5mol/L）時以二聚體形式存在，低濃度時（小於10－9mol/L）時主要以單體形式存在。設計速效胰島素原則就是避免胰島素形成聚合體。類胰島素生長因子－I(IGF－I)的結構和性質與胰島素具有高度的同源性和三維結構的相似性，但IGF－I不形成二聚體。IGF－I的B結構域（與胰島素B 鏈相對應）中B28－B29氨基酸序列與胰島素B鏈的B28－B29相比，發生顛倒。因此，將胰島素B鏈改為B28Lys－B29Pro，獲得單體速效胰島素。該速效胰島素已通過臨床實驗。
治癌酶的改造
癌症的基因治療分二個方面：葯物作用於癌細胞，特異性地抑制或殺死癌細胞；葯物保護正常細胞免受化學葯物的侵害，可以提高化學治療的劑量。皰症病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶(TK)可以催化胸腺嘧啶和其他結構類似物如GANCICLOVIR和 ACYCLOVIR無環鳥苷磷酸化。GANCICLOVIR和ACYCLOVIR缺少3『端羥基，就可以終止DNA的合成，從而殺死癌細胞。HSV－TK 催化GANCICLOVIR和ACYCLOVIR的能力可以通過基因突變來提高。從大量的隨機突變中篩選出一種，在酶活性部位附近有6個氨基酸被替換，催化能力分別提高43和20倍。O6－烷基－鳥嘌呤是DNA經烷基化劑（包括化療用亞硝基葯物）處理以後形成的主要誘變劑和細胞毒素，所以這些亞硝基葯物的使用劑量受到限制。O6－烷基－鳥嘌呤－DNA烷基轉移酶O6－Alkylguanine－DNAalkyltransferase(AGT)能夠將鳥嘌呤O6上的烷基去除掉，起到保護作用。通過反向病毒轉染，人類AGT在鼠骨髓細胞中表達並起到保護作用。通過突變處理，得到一些正突變AGT基因且活性都比野生型的高，經檢查發現一個突變基因中的第139位脯氨酸被丙氨酸替代。
嵌合抗體和人緣化抗體
免疫球蛋白呈Y型，由二條重鏈和二條輕鏈通過二硫鍵相互連接而構成。每條鏈可分為可變區（N 端）和恆定區（C端），抗原的吸附位點在可變區，細胞毒素或其他功能因子的吸附位點在恆定區。每個可變區中有三個部分在氨基酸序列上是高度變化，在三維結構上是處在β折疊端頭的鬆散結構（CDR），是抗原的結合位點，其餘部分為CDR的支持結構。不同種屬的CDR結構是保守的，這樣就可以通過蛋白質工程對抗體進行改造。
鼠單克隆抗體被人免疫系統排斥，它潛在的治療作用得不到利用。嵌合抗體就是用人抗體的恆定區替代鼠單克隆抗體的恆定區，這樣它的免疫原性就顯著下降。如用於治療直腸結腸腺癌（COLORECTALADENOCARCINOMA）的單克隆抗體 Mab17－1A。盡管嵌合抗體還存在著免疫原的問題，但仍有幾種嵌合抗體通過了臨床實驗。所謂人緣化抗體就是將抗原吸附區域嫁接到人抗體上，這樣抗體上的外源肽鏈降低到最小，免疫原性也就最小。但是，僅將CDR轉接到人抗體上，其抗原吸附能力很小，必須帶上幾個框架氨基酸殘基，才能保持原有的吸附力。這樣就存在免疫原性與抗原吸附力之間的矛盾。通過逐個氨基酸替代或計算機模擬分析，可在保持原有吸附力的基礎之上，盡可能地降低免疫原性。第一個臨床上應用的用於治療淋巴肉芽腫病和風濕性關節炎的人緣化抗體CAMPATH－1H，盡管療效顯著，但仍有半數以上的患者有免疫反應。而其他人緣化抗體如治療脊髓性白血病的ANTI－CD33等，其免疫反應可以忽略不計。
蛋白質工程進展
當前，蛋白質工程是發展較好、較快的分子工程。這是因為在進行蛋白質分子設計後，已可應用高效的基因工程來進行蛋白的合成。最早的蛋白工程是福什特（Forsht）等在1982—1985年間對酪氨醯—t—RNA合成酶的分子改造工作。他根據 XRD（X射線衍射）實測該酶與底物結合部位結構，用定位突變技術改變與底物結合的氨基酸殘基，並用動力學方法測量所得變體酶的活性，深入探討了酶與底物的作用機制。佩里（Perry）1984年通過將溶菌酶中Ile(3)改成Cys(3)，並進一步氧化生成 Cys(3)-Cys（97）二硫鍵，使酶熱穩定性提高，顯著改進了這種食品工業用酶的應用價值。1987年福什特通過將枯草桿菌蛋白酶分子表面的 Asp（99）和Glu（156）改成Lys，而導致了活性中心His（64）質子pKa從7下降到6，使酶在pH＝6時的活力提高10倍。工業用酶最佳 pH的改變預示可帶來巨大經濟效益。蛋白工程還可對酶的催化活性、底物專一性、抗氧化性、熱變性、鹼變性等加以改變。由此可以看出蛋白工程的威力及其光輝前景。上述各例是通過對關鍵氨基酸殘基的置換與增刪進行蛋白工程的一類方法。另一類是以某個典型的折疊進行「從頭設計」的方法。1988年杜邦公司宣布，成功設計並合成了由四段反平行α—螺旋組成為73個氨基殘基的成果。這顯示，按人們預期要求，通過從頭設計以折疊成新蛋白的目標已是可望又可及了。預測結構的模型法，在奠定分子生物學基礎時起過重大作用。蛋白的一級結構，包含著關於高級結構的信息這一點已日益明確。結合模型法，通過分子工程來預測高級結構，已成為人們所矚目的問題了。
蛋白質工程匯集了當代分子生物學等學科的一些前沿領域的最新成就，它把核酸與蛋白質結合、蛋白質空間結構與生物功能結合起來研究。蛋白質工程將蛋白質與酶的研究推進到嶄新的時代，為蛋白質和酶在工業、農業和醫葯方面的應用開拓了誘人的前景。蛋白質工程開創了按照人類意願改造、創造符合人類需要的蛋白質的新時期。
蛋白質工程的前景
蛋白質工程取得的進展向人們展示出誘人的前景。例如，科學家通過對胰島素的改造，已使其成為速效型葯品。如今，生物和材料科學家正積極探索將蛋白質工程應用於微電子方面。用蛋白質工程方法製成的電子元件，具有體積小、耗電少和效率高的特點，因此有極為廣闊的發展前景。

㈤ 研究一個新蛋白功能及分子機制的主要方法和思路 請高手指點。

主要是生物信息學手段
先獲得該蛋白序列或者編碼它的核酸序列，然後去蛋白資料庫中尋找同源蛋白，再去查看同源蛋白在相近物種中參與哪些代謝通路
最後再進行生物學實驗驗證

㈥ 人工合成蛋白質是怎麼做到的氨基酸能在生物體外脫水縮合嗎

蛋白質結構幾乎有無限的可能，按照我們的需求設計並製造蛋白質，有可能實現多種神奇功能。

蛋白質是所有活著的生物的「勞動力」，執行著來自DNA的各種命令。它同時有著各種復雜的結構，實現人類和所有生物體中全部的重要功能，包括消化食物、組織生長、血液中氧氣的傳輸、細胞分裂、神經元激活、肌肉供能等等。令人驚奇的是，蛋白質如此多樣性的功能僅來源於區區20種氨基酸分子的組合序列。直到現在，研究人員才剛剛開始明白這些線型序列是如何折疊成復雜的結構。

更加令人驚奇的是，大自然似乎只利用了一小部分所有可能的蛋白質結構，盡管後者的數量是龐大的。因此利用已有的氨基酸設計具有特殊結構的非常規蛋白質，即大自然中不曾有過的合成蛋白，有著非常誘人的應用前景。合成蛋白的方法是：對細菌進行基因改造，讓它的DNA控制產生特定氨基酸序列，進而合成蛋白質。能夠以原子級的准確性生產和研究合成蛋白對於開拓基礎研究的新領域，以及在更多領域實現實際應用有著重要意義。

設計過程開始時，假設一種能解決某個具體問題或實現某種功能的新蛋白結構，然後反過來確定能夠折疊成這種結構的候選氨基酸序列。Roseetta蛋白質模型設計軟體可以確定最有希望的候選者：即折疊出目標結構的最低能量狀態的氨基酸序列。接下來，這些序列從計算機轉移到實驗室中，製造合成蛋白質並進行測試。

目前，還沒有任何技術能與蛋白質執行的奇妙功能相媲美。合成蛋白的無限可能性，讓蛋白質設計能極大地拓展蛋白質技術的能力。為了說明這一點，我將列舉一些利用這種設計方法合成的蛋白質，以及研究過程中的根本挑戰和它們的實際應用領域。

這種20面蛋白質納米顆粒能把葯物或其他治療物質准確送達人體內部的靶細胞，副作用很小。它由兩種合成蛋白自組裝形成。插圖及蛋白質設計者：Jacob Bale，華盛頓大學大衛貝克實驗室

新型疫苗

不光可用於葯物運輸，自組裝蛋白質納米顆粒在疫苗研製領域也有前景。在合成蛋白納米顆粒表面嵌上穩定的病毒蛋白，我們希望誘發細胞發生強烈而專一的免疫反應來中和HIV病毒和流感病毒。我們目前正在研究怎樣能將這些蛋白質納米顆粒用作針對一些病毒的疫苗。這些具有熱穩定性的設計疫苗將不再依賴於復雜的冷鏈儲存系統，從而讓這些能挽救生命的疫苗在全球范圍內更容易獲得，有助於實現消滅病毒性疾病的目標。同時，在疫苗設計上具有的分子級准確性讓我們得以對免疫系統如何識別並防禦病原體進行系統研究。反過來，這類研究的發現也會促進耐受性疫苗的開發，幫助訓練自體免疫疾病和哮喘患者的免疫系統停止攻擊宿主組織。

新型多肽葯物

大多數獲得批準的葯物要麼是蛋白質大分子，要麼是小分子。而自然界中存在的多肽（氨基酸化合物），尺寸大小中等，在改造或穩定後，它們能精確結合生物靶向目標，被認為是已知的最有效的葯物分子。在效果上，多肽具有蛋白質和小分子葯物的雙重優點。環孢素就是一個大家熟悉的例子。但不幸的是，這些肽種類很少。

我們最近實現的一種新設計方法，能產生兩大類多肽物質，它們具有不同尋常的熱穩定性和化學穩定性。這些多肽包括來源於基因編碼（然後在細菌中合成）的肽物質，也包括由自然界沒有的氨基酸構成的肽物質。可以說，這些多肽構成了全新多肽葯物的基礎和設計模型。

另外，我們還開發出一種通用方法，用來設計穩定的小型蛋白，與病原體蛋白特異性結合。一種這類設計蛋白能與病毒的糖蛋白血球凝集素特異性結合，後者負責幫助流感病毒入侵細胞。這些設計蛋白對受感染的小鼠來說，既起到預防疾病的作用，又有治療的效果，因此可以用作非常有效的抗流感葯物。類似的方法還用來設計針對埃博拉病毒的治療蛋白，以及與腫瘤和自身免疫疾病相關的靶向目標。更為重要的是，合成蛋白可以作為非常有用的測試探針，來探索免疫系統分子化學原理。

蛋白質邏輯系統

人的大腦是一個完全基於蛋白質的高能效邏輯系統。是否可以用自組裝、比硅邏輯系統更便宜更高效的合成蛋白來建造一個類似的邏輯系統（比方說電腦）呢？自然界中存在的蛋白開關已經得到了很好的研究，但製作合成蛋白開關仍然是個挑戰。除了在生物科技領域的應用，理解蛋白質邏輯系統或許對探索人的大腦如何做決定或早期信息處理過程有更加深遠的影響。

設計合成蛋白有著無窮的潛力，新的研究前沿和廣泛的實際應用領域等待人們去探索。事實上，人們已經開始掌握設計新的分子解決特定問題的能力。蛋白質設計迎來了激動人心的時代。

預測蛋白質結構

倘若我們不能根據一條給定的氨基酸序列預測它的蛋白結構，蛋白質合成將無從談起。世界上有20種天然氨基酸，它們可以以任何順序連接起來，折疊形成近乎天文數字般的可能結構。幸運的是，蛋白質結構預測難題將被一款名叫Rosetta的蛋白質模型軟體所攻克。

Rosetta會根據能量狀態評估可能的蛋白質結構，確定能量最低的結構，即通常情況下發生在生物組織內的情形。對比較小的蛋白質，Rosetta的預測已經相當准確。全球數百位蛋白質科學家形成的合作網路一直在持續改進Rosetta的演算法，讓Rosetta變得越來越強大、准確。

我們的研究隊伍已經闡明了超過1000種蛋白質的結構，並且有望在未來幾年能夠預測任一蛋白質的結構。這將成為基礎生物學和生物醫學領域的一項具有重大意義的進步，因為對蛋白質結構的理解會讓人們理解人體和所有生物體內不計其數的蛋白質的功能。同時，預測蛋白質結構的能力將成為設計新型人工合成蛋白質的強大工具。

㈦ 尿蛋白高怎麼治療 尿蛋白的食療方法有哪些

不能吃的食物：

蔬菜類的禁忌：蔬菜類食物大多含鉀量高，有以下蔬菜是腎功能不全患者不宜食用的：土豆，胡蘿卜，竹筍，莧菜，芹菜，玉米片，蓮藕，萵筍，金針菇。(可食用各種蘿卜、竹筍、白菜、青菜、生菜、捲心菜、莧菜、芹菜、青蒜、茭白、冬瓜、南瓜、黃瓜、絲瓜、茄子、
蕃茄、青辣椒、馬鈴薯等)

瓜果類的禁忌：瓜果類食物也是含鉀量高的，因此同樣也不宜食用，如香蕉，香瓜，菠蘿，紅棗，芒果，花生，西瓜子，葵花子，核桃，干蓮子等。豆製品禁忌：

豆製品含的劣質蛋白高，因此不宜食用，如黃豆、綠豆、赤豆、蠶豆、素雞、油豆腐、豆腐乾、麵筋。

能吃的食物：

一，患者應根據引起尿蛋白的腎病種類及病情的不同，採用不同尺度的蛋白質飲食。對於慢性腎炎患者，一般可按正常需要量供應，成人天天為0.8~1.0g/kg。應選擇生理價值高的蛋白質，如：蛋類、乳類、魚類、瘦肉類等。對於無腎功能損害的腎病綜合征患者，可供應高蛋白質飲食，蛋白質成人天天為1.5~2.0g/kg，並要供應優質蛋白質，血漿尿素氮增高的患者，一般以低蛋白質飲食為宜。

二，腎病綜合征患者，尿中除丟失大量蛋白質外，還同時丟失了與蛋白質相結合的鈣、鎂、鋅等礦物質，因此，患者宜多吃新鮮蔬菜和生果等，多增補含鈣豐富的食品，如：牛奶及其製品、蝦皮、芝麻醬、海帶、魚類及綠色蔬菜等。含鎂豐富的食品有：小米、小麥、大麥、肉類和動物內臟等。含鋅豐富的食品有：小米、小麥、玉米粉、大白菜、蘿卜、胡蘿卜、茄子、扁豆、南瓜等。

三，因為植物蛋白質中，含有大量的嘌呤鹼，它能加重腎臟中間代謝的負擔，故應少用。其中大豆類及豆製品，雖蛋白質含量高，但由於上述的原因，因此，尿蛋白偏高患者也應忌用

㈧ 生物技術

細胞工程
酶工程
發酵工程
基因工程
蛋白質工程
納米生物材料
納米管
納米管矩
分子檢測
多元分子標記
量子點，納米桿和納米棱鏡
納米診斷學
無標記檢測：納米電容，納米孔，納米隧道和納米機械
轉基因食品
克隆
基因組
基因組文庫
基因治療
基因晶元
基因重組
基因打靶
PCR
DNA連接
質粒
細胞因子
抗原
單克隆抗體
植物組織培養
動物細胞培養
胚胎移植
核移植
遺傳密碼
啟動子
終止子
轉化子
增強子
SD序列
多克隆位點
單克隆位點
分子雜交
重組DNA
實在多，就寫這些了，希望能幫到你

㈨ 目前有哪些蛋白質工程分子改造的常用方法

目前有哪些蛋白質工程分子改造的常用方法
蛋白質工程(protein engineering)是根據蛋白質的結構和生物活力之間的關系，利用基因工程的手段，按照人類需要定向地改造天然蛋白質或設計製造新的蛋白質。
蛋白質工程與基因工程密不可分。基因工程是通過基因操作把外源基因轉入適當的生物體內，並在其中進行表達，它的產品還是該基因編碼的天然存在的蛋白質。蛋白質工程則更進一步根據分子設計的方案，通過對天然蛋白質的基因進行改造，來實現對其所編碼的蛋白質的改造，它的產品已不再是天然的蛋白質，而是經過改造的，具有人類需要的優點的蛋白質。天然蛋白質都是通過漫長的進化過程自然選擇而來的，而蛋白質工程對天然蛋白質的改造則是加快了的進化過程，能夠更快、更有效地為人類的需要服務。
傳統的常規誘變及篩選技術雖然能夠創造一個突變基因，產生一個突變蛋白，但這種誘變方法是隨機的，很少能導致靶基因或靶蛋白發生改變；在蛋白質水平上的化學修飾雖然能夠改變天然蛋白，但其工藝十分繁雜，甚至不能進行，而且由於基因沒有改變，不能再產生所修飾的蛋白質。蛋白質工程則不存在這些問題，所以當人們需要某種具有一定特性的蛋白質時，可以通過蛋白質工程，在基因水平上定做一個非天然變異蛋白質。也就是說，蛋白質工程製造的蛋白質的特點是：天然不存在的（人工設計製作）、經特異性改造的和在基因水平上改變的。
蛋白質工程的研究內容包括：通過改變蛋白質的活性部位，提高其生物功效；通過改變蛋白質的組成和空間結構，提高其在極端條件下的穩定性，如酸、鹼、酶穩定性；通過改變蛋白質的遺傳信息，提高其獨立工作能力，不再需要輔助因子；通過改變蛋白質的特性，使其便於分離純化，如融合蛋白b-半乳糖苷酶（抗體）；通過改變蛋白質的調控位點，使其與抑制劑脫離，解除反饋抑製作用等。 研究中通常採用的方法有：在蛋白質分子中引入二硫鍵以提高蛋白質的穩定性；減少半胱氨酸殘基數目以避免錯誤折疊的可能性；置換天冬醯胺、谷氨醯胺或其他氨基酸，以修飾酶的催化特異性或增加酶的活性等。這些研究首先要對該蛋白質的精細結構和功能關系有深入的了解，具備必要的催化化學和結構化學的知識，然後才能運用基因工程的原理和技術，開展蛋白質工程的探索實驗。