การออกแบบโมเลกุลโปรตีนอย่างมีเหตุผล วิศวกรรมโปรตีน

วิศวกรรมโปรตีน ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของอณูชีววิทยาและวิศวกรรมชีวภาพ งานนี้รวมถึงการเปลี่ยนแปลงเป้าหมายในโครงสร้างของโปรตีนธรรมชาติและการผลิตโปรตีนใหม่ที่มีคุณสมบัติที่ระบุ วิศวกรรมโปรตีนเกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เมื่อมีการพัฒนาวิธีการทางพันธุวิศวกรรมที่ทำให้สามารถรับโปรตีนธรรมชาติหลายชนิดโดยใช้แบคทีเรียหรือยีสต์ตลอดจนในวิธีหนึ่งที่จะเปลี่ยนโครงสร้างของยีนและลำดับกรดอะมิโน ( โครงสร้างหลัก) ของโปรตีนที่พวกมันเข้ารหัส ตามหลักการของการจัดระเบียบโมเลกุลโปรตีน ความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน วิศวกรรมโปรตีนสร้างเทคโนโลยีที่มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับการเปลี่ยนแปลงเป้าหมายในโครงสร้าง ด้วยความช่วยเหลือของวิศวกรรมโปรตีน จึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มความคงตัวทางความร้อนของโปรตีน ความต้านทานต่ออิทธิพลของการเสียสภาพ ตัวทำละลายอินทรีย์ และการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการจับกับลิแกนด์ วิศวกรรมโปรตีนช่วยให้โดยการแทนที่กรดอะมิโนเพื่อปรับปรุงการทำงานของเอนไซม์และความจำเพาะของพวกมัน เปลี่ยนค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดที่เอนไซม์ทำงาน กำจัดกิจกรรมข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ กำจัดส่วนของโมเลกุลที่ยับยั้งปฏิกิริยาของเอนไซม์ เพิ่มประสิทธิภาพของ ยาประเภทโปรตีน และอื่นๆ ตัวอย่างเช่น การแทนที่ทรีโอนีนตกค้างเพียงตัวเดียวด้วยอะลานีนหรือโพรลีนตกค้างทำให้กิจกรรมของเอนไซม์ไทโรซิลต์อาร์เอ็นเอซินเทเตสเพิ่มขึ้น 50 เท่า และด้วยการแทนที่กรดอะมิโน 8 ตัวที่ตกค้าง ซึ่งเรียกว่าโปรตีเอสคล้ายเทอร์โมลิซินจากบาซิลลัส stearothermophilus มีความสามารถในการคงความเคลื่อนไหวที่อุณหภูมิ 120 ° C เป็นเวลาหลายชั่วโมง วิศวกรรมโปรตีนยังรวมถึงงานเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงเป้าหมายในคุณสมบัติของโปรตีนโดยใช้การดัดแปลงทางเคมี ตัวอย่างเช่น การแนะนำสารประกอบที่กระตุ้นด้วยแสงซึ่งเปลี่ยนคุณสมบัติของโมเลกุลภายใต้อิทธิพลของแสง สารประกอบแท็กที่ช่วยให้ติดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของโปรตีนใน เซลล์หรือนำทางไปยังส่วนประกอบต่างๆ ของเซลล์ เป็นต้น คล้ายกัน งานดังกล่าวส่วนใหญ่ดำเนินการกับโปรตีนรีคอมบิแนนท์ที่ได้จากวิธีการทางพันธุวิศวกรรม

วิศวกรรมโปรตีนสามารถแบ่งออกเป็นสองส่วน: การออกแบบที่มีเหตุผลและทิศทางการวิวัฒนาการระดับโมเลกุลของโปรตีน ประการแรกเกี่ยวข้องกับการใช้ข้อมูลเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างและหน้าที่ในโปรตีน ซึ่งได้มาโดยวิธีเคมีกายภาพและชีวภาพ ตลอดจนการสร้างแบบจำลองโมเลกุลคอมพิวเตอร์ เพื่อพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงใดในโครงสร้างปฐมภูมิควรนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ต้องการ ดังนั้นเพื่อเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของโปรตีนจึงจำเป็นต้องกำหนดโครงสร้างเชิงพื้นที่ระบุพื้นที่ "อ่อนแอ" (เช่นกรดอะมิโนที่ไม่เกี่ยวข้องอย่างมากกับสภาพแวดล้อม) และเลือกตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการแทนที่ด้วย กรดอะมิโนอื่นๆ โดยใช้การสร้างแบบจำลองระดับโมเลกุลและการปรับพารามิเตอร์พลังงานของโมเลกุลให้เหมาะสม หลังจากนั้น ให้กลายพันธุ์ยีนที่เกี่ยวข้อง จากนั้นรับและศึกษาโปรตีนกลายพันธุ์ หากโปรตีนนี้ไม่ตรงตามพารามิเตอร์ที่ระบุ การวิเคราะห์ใหม่จะดำเนินการและทำซ้ำวงจรที่อธิบายไว้ วิธีการนี้มักใช้ในกรณีของการสร้างโปรตีนเทียม (โปรตีนเดอโนโว) ที่มีคุณสมบัติตามที่ระบุ เมื่อข้อมูลเข้าเป็นลำดับกรดอะมิโนใหม่ ซึ่งส่วนใหญ่หรือโดยสมบูรณ์ระบุโดยบุคคล และผลลัพธ์เป็นโมเลกุลโปรตีนที่มีความต้องการ ลักษณะเฉพาะ. อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ ด้วยวิธีนี้เป็นไปได้ที่จะได้รับโปรตีนเดอโนโวขนาดเล็กที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่เรียบง่าย และแนะนำกิจกรรมการทำงานที่เรียบง่ายเข้าไปในโปรตีนเหล่านั้น เช่น ตำแหน่งที่ยึดกับโลหะหรือชิ้นส่วนเปปไทด์สั้นที่ทำหน้าที่ทางชีววิทยาบางอย่าง

ในการวิวัฒนาการระดับโมเลกุลโดยตรงของโปรตีนโดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม จะได้รับยีนกลายพันธุ์ที่แตกต่างกันจำนวนมากของโปรตีนเป้าหมาย ซึ่งจากนั้นจะถูกแสดงออกในลักษณะพิเศษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนพื้นผิวของฟาจ (“การแสดงฟาจ”) หรือใน เซลล์แบคทีเรียเพื่อให้การคัดเลือกพันธุ์กลายมีลักษณะเฉพาะที่ดีที่สุด เพื่อจุดประสงค์นี้ ตัวอย่างเช่น ยีนของโปรตีนที่ต้องการหรือส่วนของโปรตีนถูกแทรกเข้าไปในจีโนมฟาจ - เข้าไปในยีนที่เข้ารหัสโปรตีนที่อยู่บนพื้นผิวของอนุภาคฟาจ ยิ่งไปกว่านั้น ฟาจแต่ละตัวยังมีโปรตีนกลายพันธุ์ของตัวเอง ซึ่งมีคุณสมบัติบางอย่างในการคัดเลือก ยีนกลายพันธุ์ผลิตโดย "การผสม" ชุดของยีนสำหรับโปรตีนธรรมชาติที่คล้ายคลึงกันจากสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน โดยปกติแล้วจะใช้วิธีการปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส เพื่อให้โปรตีนกลายพันธุ์ที่เกิดขึ้นแต่ละชนิดอาจมีชิ้นส่วนของโปรตีน "ต้นกำเนิด" จำนวนมาก โดยพื้นฐานแล้ว วิธีการนี้เลียนแบบวิวัฒนาการตามธรรมชาติของโปรตีน แต่ทำได้เร็วกว่ามาก ภารกิจหลักของวิศวกรโปรตีนในกรณีนี้คือการพัฒนาระบบการคัดเลือกที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งจะช่วยให้สามารถเลือกโปรตีนกลายพันธุ์ที่ดีที่สุดด้วยพารามิเตอร์ที่ต้องการได้ ในกรณีของงานที่กล่าวมาข้างต้น - เพื่อเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของโปรตีน - การเลือกสามารถทำได้เช่นโดยการปลูกเซลล์ที่มียีนกลายพันธุ์ที่อุณหภูมิสูงขึ้น (โดยมีเงื่อนไขว่าการมีโปรตีนกลายพันธุ์ในเซลล์เพิ่มขึ้น เสถียรภาพทางความร้อน)

วิศวกรรมโปรตีนทั้งสองสาขานี้มีเป้าหมายเดียวกันและส่งเสริมซึ่งกันและกัน ดังนั้น การศึกษาตัวแปรของโปรตีนกลายพันธุ์ที่ได้จากวิธีการวิวัฒนาการระดับโมเลกุลช่วยให้เราเข้าใจโครงสร้างและการทำงานของโมเลกุลโปรตีนได้ดีขึ้น และใช้ความรู้ที่ได้รับสำหรับการออกแบบโปรตีนใหม่อย่างมีเหตุผลตามเป้าหมาย การพัฒนาเพิ่มเติมของวิศวกรรมโปรตีนทำให้สามารถแก้ปัญหาเชิงปฏิบัติหลายประการในการปรับปรุงธรรมชาติและการได้รับโปรตีนใหม่สำหรับความต้องการด้านยา เกษตรกรรม และเทคโนโลยีชีวภาพ ในอนาคตมีความเป็นไปได้ที่จะสร้างโปรตีนที่มีฟังก์ชันที่ไม่รู้จักในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต

แปลจากภาษาอังกฤษ: Brannigan J.A., Wilkinson A.J. วิศวกรรมโปรตีน 20 ปีบน // บทวิจารณ์ธรรมชาติ ชีววิทยาเซลล์โมเลกุล 2545. ฉบับ. 3. หมายเลข 12; Patrushev L.I. ระบบพันธุกรรมประดิษฐ์ ม. 2547 ต. 1: วิศวกรรมยีนและโปรตีน

ในทางเคมี โปรตีนเป็นโมเลกุลประเภทเดียวซึ่งเป็นสายโซ่หรือโพลีเมอร์ของกรดโพลีอะมิโน ประกอบด้วยลำดับกรดอะมิโน 20 ชนิด เมื่อได้เรียนรู้โครงสร้างของโปรตีนแล้ว ผู้คนก็ถามคำถามว่า เป็นไปได้ไหมที่จะออกแบบลำดับกรดอะมิโนใหม่ทั้งหมดเพื่อทำหน้าที่ที่มนุษย์ต้องการได้ดีกว่าโปรตีนธรรมดามาก ชื่อที่ดีที่สุดสำหรับแนวคิดที่กล้าหาญนี้คือ วิศวกรรมโปรตีน.

ผู้คนเริ่มคิดถึงวิศวกรรมดังกล่าวในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ 20 สิ่งนี้เกิดขึ้นทันทีหลังจากถอดรหัสลำดับกรดอะมิโนโปรตีนตัวแรก ในห้องปฏิบัติการหลายแห่งทั่วโลก มีความพยายามในการเลียนแบบธรรมชาติและสังเคราะห์ทางเคมีโดยได้รับลำดับกรดโพลีอะมิโนตามอำเภอใจ

นักเคมี B. Merrifield ประสบความสำเร็จมากที่สุดในเรื่องนี้ ชาวอเมริกันคนนี้สามารถพัฒนาวิธีการสังเคราะห์โซ่กรดโพลีอะมิโนที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง ด้วยเหตุนี้ Merrifield จึงได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1984

ชาวอเมริกันเริ่มสังเคราะห์เปปไทด์สั้น ๆ รวมถึงฮอร์โมนด้วย ในเวลาเดียวกัน เขาได้สร้างหุ่นยนต์ซึ่งเป็น "หุ่นยนต์เคมี" ซึ่งมีหน้าที่ในการผลิตโปรตีนเทียม หุ่นยนต์ดังกล่าวสร้างความฮือฮาในวงการวิทยาศาสตร์ อย่างไรก็ตาม ในไม่ช้าก็เห็นได้ชัดว่าผลิตภัณฑ์ของเขาไม่สามารถแข่งขันกับสิ่งที่ธรรมชาติผลิตได้

หุ่นยนต์ไม่สามารถสร้างลำดับกรดอะมิโนได้อย่างถูกต้อง กล่าวคือ มันทำผิดพลาด เขาสังเคราะห์ห่วงโซ่หนึ่งด้วยลำดับหนึ่ง และอีกสายหนึ่งมีลำดับที่แตกต่างกันเล็กน้อย ในเซลล์ โมเลกุลทั้งหมดของโปรตีนชนิดเดียวกันมีความคล้ายคลึงกัน กล่าวคือ ลำดับของพวกมันเหมือนกันทุกประการ

มีปัญหาอื่นอีก แม้แต่โมเลกุลที่หุ่นยนต์สังเคราะห์อย่างถูกต้องก็ไม่ได้อยู่ในรูปแบบเชิงพื้นที่ที่จำเป็นสำหรับเอนไซม์ในการทำงาน ดังนั้นความพยายามที่จะแทนที่ธรรมชาติด้วยวิธีเคมีอินทรีย์ตามปกติจึงประสบความสำเร็จเพียงเล็กน้อย

หากคุณเลือกสายพันธุ์กลายที่มีคุณสมบัติที่จำเป็น เช่น สายพันธุ์ที่ประมวลผลสารตั้งต้นโดยเฉพาะได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น คุณสามารถแยกเอนไซม์ที่เปลี่ยนแปลงไปจากสายพันธุ์กลายดังกล่าวได้ ซึ่งต้องขอบคุณเซลล์ที่ได้รับคุณสมบัติใหม่ แต่กระบวนการนี้ใช้เวลานานมาก

ทุกอย่างเปลี่ยนไปเมื่อพันธุวิศวกรรมปรากฏขึ้น ต้องขอบคุณเธอที่ทำให้พวกเขาเริ่มสร้างยีนเทียมที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์ ยีนเหล่านี้ถูกแทรกเข้าไปในโมเลกุลเวกเตอร์ที่เตรียมไว้ และนำ DNA เข้าไปในแบคทีเรียหรือยีสต์ ที่นั่นสำเนาของ RNA ถูกนำมาจากยีนเทียม ส่งผลให้ได้โปรตีนที่ต้องการ ไม่รวมข้อผิดพลาดในการสังเคราะห์ สิ่งสำคัญคือการเลือกลำดับ DNA ที่ถูกต้อง จากนั้นระบบเอนไซม์ของเซลล์เองก็ทำงานได้อย่างไม่มีที่ติ

ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าพันธุวิศวกรรมได้เปิดทางไปสู่วิศวกรรมโปรตีนในรูปแบบที่รุนแรงที่สุด ตัวอย่างเช่น เราเลือกโปรตีนและต้องการแทนที่กรดอะมิโนตัวหนึ่งที่ตกค้างอยู่ในนั้นด้วยอีกตัวหนึ่ง

ก่อนที่คุณจะเริ่มงานทดแทน คุณต้องเตรียมเวกเตอร์ DNA ก่อน นี่คือดีเอ็นเอของไวรัสหรือพลาสมิดที่มียีนของโปรตีนที่เราสนใจ จำเป็นต้องทราบลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนและลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่เข้ารหัสด้วย อย่างหลังถูกกำหนดจากอันแรกโดยใช้ตารางรหัสพันธุกรรม

การใช้ตารางยังง่ายต่อการกำหนดว่าการเปลี่ยนแปลงขั้นต่ำใดที่ควรทำในองค์ประกอบของยีนเพื่อที่จะเริ่มเข้ารหัสไม่ใช่ต้นฉบับ แต่เป็นโปรตีนที่ดัดแปลงตามคำขอของเรา สมมติว่าในช่วงกลางของยีน คุณต้องแทนที่กัวนีนด้วยไทมีน

เนื่องจากสิ่งเล็กๆ น้อยๆ ดังกล่าว จึงไม่จำเป็นต้องสังเคราะห์ยีนใหม่ทั้งหมดอีกครั้ง นิวคลีโอไทด์เพียงชิ้นส่วนเล็ก ๆ เท่านั้นที่ถูกสังเคราะห์ขึ้น ซึ่งเสริมกับบริเวณที่อยู่ตรงกลางซึ่งมีนิวคลีโอไทด์กัวนีนที่ถูกเลือกมาทดแทน

ชิ้นส่วนที่ได้จะถูกผสมกับเวกเตอร์ DNA (DNA แบบวงกลม) ซึ่งมียีนที่เราต้องการ วงแหวนดีเอ็นเอและชิ้นส่วนที่สังเคราะห์ขึ้นจะสร้างส่วนของเกลียวคู่วัตสัน-คริก ในนั้นคู่ที่อยู่ตรงกลางจะถูก "ผลักออก" ของเกลียวคู่เนื่องจากมันถูกสร้างขึ้นโดยนิวคลีโอไทด์ที่ไม่ประกอบซึ่งกันและกัน

เพิ่ม dNTP สี่ตัวและ DNA polymerase ลงในสารละลาย อย่างหลังโดยใช้ชิ้นส่วนที่ติดอยู่กับวงแหวนวงเดียว ทำให้มันสมบูรณ์เป็นวงแหวนที่สมบูรณ์ตามหลักการเสริมกัน

เป็นผลให้เราได้ DNA เวกเตอร์เกือบปกติ สามารถนำเข้าสู่ยีสต์หรือเซลล์แบคทีเรียเพื่อการสืบพันธุ์ได้ สิ่งเดียวก็คือ DNA นี้แตกต่างจากเวกเตอร์ดั้งเดิมในคู่ที่ไม่เป็นส่วนเติมเต็ม กล่าวอีกนัยหนึ่ง DNA vector helix นั้นไม่สมบูรณ์แบบอย่างสมบูรณ์

ในการดำเนินการครั้งแรกของการเพิ่มเวกเตอร์ผลลัพธ์เป็นสองเท่าพร้อมกับแบคทีเรียที่พาเวกเตอร์นั้น โมเลกุล DNA ลูกสาวแต่ละตัวจะกลายเป็นเกลียวคู่ที่สมบูรณ์แบบตลอดความยาวทั้งหมด อย่างไรก็ตามโมเลกุลลูกสาวตัวหนึ่งมีคู่นิวคลีโอไทด์ดั้งเดิมและอีกโมเลกุลหนึ่งมีเวกเตอร์กลายพันธุ์ในสถานที่นี้บนพื้นฐานของโปรตีนกลายพันธุ์ที่เราสนใจ

ดังนั้นวิศวกรรมโปรตีนจึงสร้างส่วนผสมของเซลล์ บางส่วนมีเวกเตอร์ดั้งเดิมที่มียีนที่ไม่กลายพันธุ์ ในขณะที่เซลล์อื่นๆ มียีนกลายพันธุ์ ยังคงต้องเลือกเซลล์ที่มียีนกลายพันธุ์จากส่วนผสมนี้.

Dictionary Elution Elution คือวิธีการแยกสาร (ไวรัส) ออกจากตัวพาที่เป็นของแข็งโดยการชะล้าง วิธีการแสดง Display method คือวิธีการนำเสนอโปรตีน/เปปไทด์ที่ต่างกันบนพื้นผิวของไวรัส เซลล์ หรือการเพาะเลี้ยงที่ปราศจากเซลล์ เพื่อเลือกโปรตีนหรือเปปไทด์ ด้วยคุณสมบัติที่ต้องการ Biosensor Biosensor - ระบบวิเคราะห์ (วัสดุชีวภาพ + คอนเวอร์เตอร์) ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับสารในตัวอย่างทดสอบและประมาณค่าความเข้มข้นได้ Elution Elution เป็นวิธีการแยกสาร (ไวรัส) จากตัวพาที่เป็นของแข็งโดยการชะล้างออก วิธีการแสดง วิธีการแสดงเป็นวิธีการนำเสนอโปรตีน/เปปไทด์ที่แตกต่างกันบนพื้นผิวของไวรัส เซลล์ หรือการเพาะเลี้ยงที่ปราศจากเซลล์ เพื่อเลือกโปรตีนหรือเปปไทด์ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ ไบโอเซนเซอร์ ไบโอเซนเซอร์เป็นระบบการวิเคราะห์ (วัสดุชีวภาพ + ตัวแปลง) ที่ช่วยให้คุณ ตรวจจับสารในตัวอย่างทดสอบและประมาณความเข้มข้นของสารเหล่านั้น

วิศวกรรมโปรตีน 4 ชุดวิธีการและวิธีการในการศึกษาโปรตีนและการได้มาซึ่งโปรตีนด้วยคุณสมบัติใหม่ ภารกิจหลัก สร้างไลบรารีโคลนของลำดับนิวคลีโอไทด์และกรดอะมิโน ตรวจสอบผลกระทบของการทดแทนกรดอะมิโนที่ตกค้างเพียงครั้งเดียวต่อการพับโปรตีนและหน้าที่ พัฒนาวิธีการปรับเปลี่ยนอย่างมีประสิทธิภาพ โปรตีนเพื่อให้มีคุณสมบัติที่จำเป็น พัฒนาวิธีการและแนวทางในการคัดกรองและคัดเลือกโปรตีนที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ

การออกแบบที่มีเหตุผล การออกแบบที่มีเหตุผล ความต้องการความรู้เกี่ยวกับการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโปรตีน ความต้องการความรู้เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ภายในและระหว่างโมเลกุล ความไม่สมบูรณ์ของวิธีการและอุปกรณ์ ทิศทางที่มุ่งสร้างโปรตีนเดอโนโวใหม่โดยการออกแบบเชิงพื้นที่

วิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทางของโมเลกุลโปรตีนเป็นทิศทางที่มุ่งสร้างโปรตีนใหม่ผ่านการคัดเลือก 1 การได้รับคลังของลำดับกรดอะมิโนแบบสุ่ม 2 การเลือกสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่มีคุณสมบัติที่ต้องการอย่างน้อยระดับเล็กน้อย 3 โดยใช้การก่อกลายพันธุ์แบบสุ่มเพื่อให้ได้คลังใหม่ของโปรตีนที่ ใช้ในการคัดเลือกรอบถัดไปหรือใช้โครงสร้างดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อแสดงโปรตีนใหม่

วิวัฒนาการแบบกำหนดทิศทางของโมเลกุลโปรตีน (ตัวเลือก) การออกแบบใหม่อย่างมีเหตุผลโดยใช้การกลายพันธุ์โดยตรงแทนที่เรซิดิวของกรดอะมิโนจำเพาะในศูนย์กลางแบบแอคทีฟของวิศวกรรมเอนไซม์ของพื้นผิวโปรตีนโดยใช้การกลายพันธุ์เปลี่ยนส่วนต่างๆ ของสายโซ่โพลีเปปไทด์ในบริเวณใกล้เคียงกับเรซิดิวของกรดอะมิโนที่อยู่ใกล้กันบน พื้นผิวของโปรตีนโกลบูล แต่อยู่ห่างจากกันมากในสายโซ่โพลีเปปไทด์

การคัดกรองและการคัดเลือกโปรตีนที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ การคัดกรองแบบสุ่ม การปรับปรุงการเลือกการคัดกรอง โปรตีนแต่ละชนิดจะถูกตรวจสอบว่ามีคุณสมบัติที่ต้องการหรือไม่ การคัดเลือกโปรตีนจากห้องสมุดเกิดขึ้นแบบสุ่ม โดยตรวจสอบโปรตีนแต่ละชนิดว่ามีคุณสมบัติที่ต้องการหรือไม่ การเลือกโปรตีนจากห้องสมุดเกิดขึ้นแบบสุ่ม เป็นไปได้หากวัตถุที่ประกอบเป็นห้องสมุดแตกต่างกันทางฟีโนไทป์ (เช่น เมื่อมีกิจกรรมของเอนไซม์) เงื่อนไขจะถูกสร้างขึ้นสำหรับการเก็บรักษาส่วนประกอบของห้องสมุดที่มีการคัดเลือก คุณสมบัติบางอย่าง (ฟาจ, การแสดงผลของเซลล์) เงื่อนไขถูกสร้างขึ้นสำหรับการเก็บรักษาส่วนประกอบของไลบรารีซึ่งมีคุณสมบัติบางอย่าง (ฟาจ, การแสดงผลเซลล์) การตรวจจับโปรตีนที่มีคุณสมบัติที่ต้องการในโมเลกุลขนาดใหญ่จำนวนมากที่ประกอบขึ้นเป็น ไลบรารีโคลนผลลัพธ์

การแสดงฟาจ เป้าหมายคือการแสดงโปรตีนแปลกปลอมบนพื้นผิวของฟาจ วิธีการนี้ได้รับการพัฒนาในปี 1985 สำหรับฟิลาเมนต์แบคทีริโอฟาจ M13 (ยีน pIII และ pVIII เป็นตำแหน่งเป้าหมายที่เหมาะสมสำหรับการแทรกชิ้นส่วน cDNA แปลกปลอม) เป้าหมายคือการเปิดเผยโปรตีนแปลกปลอมบนพื้นผิวของฟาจ วิธีการนี้ได้รับการพัฒนาในปี 1985 สำหรับเส้นใยแบคทีเรีย M13 (ยีน pIII และ pVIII เป็นตำแหน่งเป้าหมายที่เหมาะสมสำหรับการแทรกชิ้นส่วน cDNA แปลกปลอม) ยีนลูกผสมถูกสร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยลำดับการเข้ารหัสของโปรตีนเป้าหมายและหนึ่งในโปรตีนเปลือกฟาจโดยแบคทีเรีย อี. โคไล ได้รับการติดเชื้อในระหว่างฟาจ การประกอบ; โปรตีนลูกผสมถูกรวมอยู่ในอนุภาคฟาจ

Phagmid Helper phage จีโนมของ Phage การติดเชื้อของ E.coli ด้วย phage ของตัวช่วย เซลล์ E.coli ที่ถูกแปลงสภาพด้วยไลบรารีพลาสมิด / phagemid จะติดเชื้อด้วย helper phage เพื่อให้ได้อนุภาคของ phage บนพื้นผิวซึ่งมีการสัมผัสกับ E. เซลล์โคไลที่ถูกเปลี่ยนรูปด้วยพลาสมิดไลบรารี่ / ฟาจมิด จะติดเชื้อเฮลเปอร์ฟาจเพื่อให้ได้อนุภาคฟาจบนพื้นผิวซึ่งมีการสัมผัสกับโปรตีนเป้าหมายหลากหลายรูปแบบ

อนาคตสำหรับการใช้งานจริงของวิศวกรรมโปรตีน ยา: *สำหรับการผลิตยาใหม่; สำหรับการสร้างเครื่องมือวินิจฉัยและการผลิตวัคซีน *เพื่อศึกษากลไกการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน รวมถึงโรคของระบบนิเวศน์ของระบบภูมิคุ้มกัน *สำหรับการรับตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพในรูปของเซลล์ทั้งหมดที่มีเอนไซม์ตรึงอยู่บนพื้นผิว *สำหรับการได้รับไบโอเซนเซอร์สำหรับการวินิจฉัยและการตรวจสอบด้านสิ่งแวดล้อม *สำหรับการสร้างตัวดูดซับทางชีวภาพเพื่อกำจัดสารพิษและไอออนของโลหะหนักออกจากสิ่งแวดล้อม

การวัดกลูโคสโดยใช้อิเล็กโทรดของเอนไซม์ (การแสดงแผนผังการทดลองของแอล. คลาร์ก) ออกซิเดชันของกลูโคสโดยเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสเมื่อมีออกซิเจน: กลูโคส + O 2 H 2 O 2 + glucono-1,5-lactone H 2 O 2 ลดลงบนอิเล็กโทรดแพลตตินัมที่ศักย์ +700 mV; กระแสที่ไหลในวงจรเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้นของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (เช่น ทางอ้อม กลูโคส)

การตรึงคำศัพท์ การตรึงการเคลื่อนที่เป็นข้อจำกัดของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและการจัดเรียงใหม่เพื่อยืนยัน Aerotank Aerotank เป็นระบบบำบัดน้ำเสีย แหล่งกักเก็บซึ่งมีการผสมของ SW ตะกอนจุลินทรีย์ และอากาศ Digester Digester Digester เป็นแหล่งกักเก็บสำหรับการแปรรูปทางชีวภาพของสารมลพิษอินทรีย์โดยใช้แบคทีเรีย ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน การบำบัดทางชีวภาพ การบำบัดทางชีวภาพเป็นชุดของวิธีการ ทำให้น้ำ ดิน และบรรยากาศบริสุทธิ์โดยใช้ศักยภาพการเผาผลาญของวัตถุทางชีวภาพ - พืช เชื้อรา แมลง หนอน และสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ การตรึงการเคลื่อนที่ การตรึงการเคลื่อนที่เป็นข้อจำกัดของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและการจัดเรียงใหม่เพื่อยืนยัน Aerotank Aerotank คือระบบบำบัดน้ำเสีย ซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บที่มีการผสม SW, ตะกอนจุลินทรีย์ และ Air Digester Digester เป็นแหล่งกักเก็บสำหรับการแปรรูปทางชีวภาพของสารมลพิษอินทรีย์โดยใช้แบคทีเรียภายใต้สภาวะไร้อากาศ การบำบัดทางชีวภาพ การบำบัดทางชีวภาพ คือชุดของวิธีการในการทำให้น้ำ ดิน และ บรรยากาศโดยใช้ศักยภาพในการเผาผลาญของวัตถุทางชีวภาพ เช่น พืช เห็ดรา แมลง หนอน และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ

การจำแนกประเภทของเอนไซม์ ชั้น ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างของเอนไซม์ ออกซิโดรีดักเตส ปฏิกิริยารีดักทีฟและออกซิเดชั่น รู้จักเอนไซม์มากกว่า 200 ชนิด คาตาเลส, กลูโคสออกซิเดสทรานสเฟอเรส การถ่ายโอนกลุ่มอะตอมแบบย้อนกลับจากผู้บริจาคไปยังผู้รับ รู้จักเอนไซม์มากกว่า 450 ชนิด ไพรูเวตไคเนส โปรตีนไคเนส ไฮโดรเลส ปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส เป็นที่รู้จักมากกว่า 200 ไฮโดรเลส โปรตีเอส อะไมเลส เซลลูเลส ไลเอส การแยกกลุ่มของอะตอมที่ไม่ใช่ไฮโดรไลติกจากสารตั้งต้นเพื่อสร้างพันธะคู่ มีมากกว่า 100 ไลเอส แอสปาร์เตส ฟูมาเรส ไอโซเมอเรส ปฏิกิริยาภายในโมเลกุลของการจัดเรียงสารประกอบอินทรีย์ใหม่ รู้จักเอนไซม์มากกว่า 50 ชนิด ปฏิกิริยากลูโคส imerase Ligases ของการรวมโมเลกุลสองชนิดเข้าด้วยกัน รู้จักกันมากกว่า 100 ชนิด DNA ligase, tryptophan synthetase

จุลินทรีย์ แหล่งที่มาของเอนไซม์ Bacilli เป็นตัวสังเคราะห์ทางชีวภาพของไรโบนิวคลีเอส ดีออกซีไรโบนิวคลีเอส และโปรตีเอส และยีสต์ ได้แก่ กลูโคอะไมเลส อินเวอร์เตส และพืชที่เป็นกรดฟอสฟาเตส อะไมเลสแยกได้จากข้าวบาร์เลย์ กรดฟอสฟาเตสจากมันฝรั่ง เปอร์ออกซิเดสจากสัตว์ชนิดหนึ่ง แลคเตทดีไฮโดรจีเนสแยกได้จากหัวใจของโค อัลคาไลน์ ฟอสฟาเตสแยกได้จากกระเพาะอาหาร กระเพาะของหมูใช้เพื่อให้ได้เปปซิน Lactate dehydrogenase ถูกแยกออกจากหัวใจของวัว และอัลคาไลน์ฟอสฟาเตสก็ถูกแยกออกจากกระเพาะ กระเพาะหมูใช้ในการผลิตเปปซิน

วิธีการตรึงการเคลื่อนที่ วิธีการทางกายภาพ วิธีการทางเคมี การดูดซับบนตัวพาที่ไม่ละลายน้ำ การรวมไว้ในรูพรุนของเจล การแยกเชิงพื้นที่โดยใช้เมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ และอื่นๆ ขึ้นอยู่กับการสร้างพันธะโควาเลนต์ใหม่ระหว่างเอนไซม์และตัวพา

ข้อดีของเอนไซม์ตรึงคือการแยกเอนไซม์ออกจากตัวกลางที่ทำปฏิกิริยา หยุดปฏิกิริยาในเวลาที่เหมาะสม เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ไม่ปนเปื้อนกับเอนไซม์ ดำเนินการกระบวนการในโหมดต่อเนื่องและควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยา เปลี่ยนคุณสมบัติของตัวเร่งปฏิกิริยา ความจำเพาะของมัน การขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา และความไวต่ออิทธิพลของการเปลี่ยนสภาพ ควบคุมกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์โดยมีอิทธิพลต่อพาหะ

เอนไซม์ในการผลิตเทคโนโลยีชีวภาพ แหล่งที่มาของเอนไซม์ วิธีการตรึง เทคโนโลยีชีวภาพ อะซิทิล นิวตรามิเนต -9-ฟอสเฟต ซินเทส เอนไซม์ อี. โคไล รวมตัวกันเป็นเจลโพลีอะคริลาไมด์ การสังเคราะห์กรดเซียลิก เอนไซม์เปอร์ออกซิเดสจากมะรุม โคพอลิเมอร์ไรเซชันและการรวมอัลจิเนตไว้ในเจล ออกซิเดชันของฟีนอลในน้ำเสีย 3-Ketosteroid dehydrogenase เซลล์ Mycobacterium globiformis รวมตัวกันเป็นเจลโพลีอะคริลาไมด์ การเปลี่ยนไฮโดรคอร์ติโซนเป็นเพรดนิโซโลน

ลาฟริยาชินา MB. KemSU วิธีการของเทคโนโลยีชีวภาพด้านสิ่งแวดล้อม การบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ การฟื้นฟูทางชีวภาพ (ไฟโต) การสร้างยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืชที่ปลอดภัยทางชีวภาพ การสร้างยาฆ่าแมลงและสารกำจัดวัชพืชที่ปลอดภัยทางชีวภาพ ผลิตพลังงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การสร้างพืชเกษตรที่ต้านทานโรค การชะล้างโลหะของแบคทีเรีย การโคลนสัตว์ที่ใกล้สูญพันธุ์และสูญพันธุ์

วิธีการบำบัดน้ำเสีย เครื่องกล (การตกตะกอน การกรอง) เครื่องกล สารเคมี (การสัมผัสกับรีเอเจนต์) เคมี เคมีฟิสิกส์ ชีวภาพ (การทำให้บริสุทธิ์ด้วยตนเองทางชีวเคมี)) ทางชีวภาพ ปัญหาที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีชีวภาพคือการบำบัดน้ำเสีย

ถัง Aero ทำงานร่วมกับโฮโมจีไนเซอร์ ถังตกตะกอน เครื่องสร้างตะกอนใหม่ และเครื่องอัดตะกอน (เครื่องอัด) Aerotank Aerotank (จากถังอากาศและถังอังกฤษ, ถัง) ถังตกตะกอนที่เป็นเนื้อเดียวกัน AEROTENK sludge regenerator กดน้ำเสียบริสุทธิ์, ตะกอนเร่ง, เครื่องย่อยน้ำเสีย

เครื่องย่อย (จากถังมีเทนและอังกฤษ-ถัง,ถัง) กลุ่มแบคทีเรีย สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ HYDROLYTIC ACETOGENIC มลพิษอินทรีย์ กรดไขมันที่สูงขึ้น การผลิตไฮโดรเจน กรดไขมันที่สูงขึ้น H 2, CO 2, CH 3 COOH METHANE-FORMING H 2, CO 2, CH 3 COOH CH 4, CO 2

ระยะของการหมักมีเทน 1 การไฮโดรไลซิสทางชีวภาพของโพลีเมอร์และการสร้างกรด (สารอินทรีย์จะถูกแปลงเป็นกรดไขมันที่สูงขึ้น อะซิเตต และไฮโดรเจน) 2 การสร้างอะซิโตเจเนซิสและการดีไฮโดรจีเนชัน (อะซิเตตและไฮโดรเจนเกิดขึ้นจากกรดไขมันที่สูงขึ้น) 3 การสร้างเมทาโนเจเนซิส (มีเทน ไฮโดรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์เกิดขึ้น จากอะซิเตท)

ระยะที่ 1 การทำลายเซลลูโลส (แบคทีเรีย รูมิโคลา, บิวตีริวิบริโอ ไฟบริโอโซลเวน) โปรตีโอไลติก โปรตีโอไลติก (คลอสตริเดียม, ปิโตรคอกคัส) ระยะที่ 2 ACETOGENIC (ซินโทรโฟแบคเตอร์ โวลินี) ระยะที่ 3 การขึ้นรูปมีเทน (Metanobacterium thermoautotrophicum, Metanococcus vannielii) ตัวอย่างจุลินทรีย์

การบำบัดทางชีวภาพ วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับความสามารถของจุลินทรีย์ในการใช้สารอินทรีย์ที่ซับซ้อนโดยการสลายตัวของพวกมันให้เป็นสารที่ "ปลอดภัยทางชีวภาพ" อย่างง่าย อณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ นิเวศวิทยา วิศวกรรม วิทยาศาสตร์ จุลชีววิทยา การบำบัดทางชีวภาพ

การบำบัดทางชีวภาพ แนวทาง การใช้กิจกรรมของจุลินทรีย์ "ป่า" ตามธรรมชาติ การใช้กิจกรรมของจุลินทรีย์ "ป่า" ตามธรรมชาติ (จำเป็นต้องมีเครื่องเพิ่มความเข้มข้น เช่น O 2) การใช้สายพันธุ์ออกฤทธิ์ที่นำมาใช้ในรูปแบบของผลิตภัณฑ์ชีวภาพไปยังสถานที่ที่มีมลพิษรุนแรง

การศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพของพื้นที่ปนเปื้อน การแยกจุลินทรีย์ที่สามารถทำลายสารมลพิษที่ถูกกำจัดออกไป การเปิดใช้งานจุลินทรีย์ในท้องถิ่น (การกระตุ้นทางชีวภาพ) การแนะนำจุลินทรีย์-ตัวทำลายชนิดพิเศษลงในพื้นที่ปนเปื้อน (การบำบัดทางชีวภาพ) การบำบัดทางชีวภาพ ขั้นตอน

การปนเปื้อน การวิเคราะห์ทางเคมี เทคโนโลยีทางวิศวกรรม การกระตุ้นทางชีวภาพ (ชุมชนจุลินทรีย์ธรรมชาติ) การกระตุ้นทางชีวภาพ การบำบัดทางชีวภาพ (ผลิตภัณฑ์ชีวภาพจากจุลินทรีย์ประดิษฐ์) การบำบัดทางชีวภาพ การติดตามการบำบัดทางชีวภาพ การบำบัดทางชีวภาพ (ชุมชนของพืชและจุลินทรีย์) การบำบัดทางชีวภาพ

การสร้างพืชดัดแปรพันธุกรรมให้ทนทานต่อแมลงศัตรูพืช 1. การสังเคราะห์สารพิษเฉพาะ 2. การสังเคราะห์เอนไซม์ไฮโดรไลติกที่ออกฤทธิ์ที่ผนังเซลล์ของตัวอ่อนแมลงและสัตว์รบกวนและเชื้อโรคอื่น ๆ /ไคติเนส, -1,3- กลูโคเนส, PR-BEL, CI/ 3 . การสังเคราะห์สารยับยั้งโปรตีเอสและสารยับยั้งเอนไซม์ที่ทำลายโพลีแซ็กคาไรด์ของพืช 4. การปรับเปลี่ยนกระบวนการเผาผลาญทุติยภูมิของพืชสำหรับ: A) การจำกัดสารที่จำเป็น B) การสังเคราะห์สารขับไล่และสารพิษใหม่ 5. กฎระเบียบของการตอบสนองในการป้องกัน: A) เนื้อเยื่อ- ยีนเฉพาะ การแสดงออก B) การควบคุมการแสดงออกของยีนโดยปัจจัยทางธรรมชาติและประดิษฐ์ต่างๆ เพิ่มความต้านทานของพืชดัดแปรพันธุกรรมต่อเชื้อราที่ทำให้เกิดโรค Phomopsis helianhi เพิ่มความต้านทานของพืชดัดแปรพันธุกรรมต่อเชื้อราที่ก่อโรค Phomopsis helianhi A B A - พืชที่ไม่ดัดแปลงพันธุกรรม B - พืชดัดแปรพันธุกรรม A - ไม่ดัดแปลงพันธุกรรม พืช B - พืชดัดแปรพันธุกรรม

รายการหัวข้อโดยประมาณที่รวมอยู่ในการทดสอบสำหรับการทดสอบ 1. ประวัติความเป็นมาของเทคโนโลยีชีวภาพ ลักษณะของช่วงเวลาทางประวัติศาสตร์ การค้นพบที่สำคัญที่สุดที่มีบทบาทสำคัญในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ 2. แนวคิดทั่วไปของเทคโนโลยีชีวภาพ: ระบบเทคโนโลยีชีวภาพ กระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ วัตถุเทคโนโลยีชีวภาพ 3. วัตถุทางเทคโนโลยีชีวภาพ คำจำกัดความ คุณลักษณะของตำแหน่งของวัตถุทางชีวภาพในระบบเทคโนโลยีชีวภาพ การจำแนกประเภท ตัวอย่างการใช้งานจริง 4. จุลินทรีย์ที่เป็นวัตถุทางชีวภาพ ตัวอย่างการใช้งานจริงในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ 5. การเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อในฐานะวัตถุทางชีวภาพ ตัวอย่างการใช้งานจริงในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ 6. กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ ขั้นตอน คำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับขั้นตอนของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ 7. ลักษณะของจุลินทรีย์ที่เป็นวัตถุในการคัดเลือก การคัดเลือกจุลินทรีย์ในเทคโนโลยีชีวภาพ 8. การก่อกลายพันธุ์: คำจำกัดความ, รูปแบบของการกลายพันธุ์, ปัจจัยก่อกลายพันธุ์ 9. การคัดเลือกจุลินทรีย์กลายพันธุ์ที่สร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการคัดเลือกในขั้นตอนการเตรียมการของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ 10. การคัดเลือกวัตถุทางชีวภาพ ขั้นตอน แนวทาง วิธีการ

11. พันธุวิศวกรรม: วัตถุประสงค์ เทคโนโลยี วัตถุทางชีววิทยา ตัวอย่างการใช้งานจริง ความสำเร็จสมัยใหม่ 12. เอนไซม์พันธุวิศวกรรม การจำแนกประเภทลักษณะของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา 13. วิธีการได้รับยีนทางพันธุวิศวกรรม คำอธิบายสั้น ๆ ข้อดีและข้อเสียของวิธีการ 14. เวกเตอร์ในพันธุวิศวกรรม ความหมาย การจำแนกประเภท ข้อกำหนด คุณลักษณะโดยย่อของเวกเตอร์ 15. ดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ ความหมาย วัตถุประสงค์ วิธีการได้รับดีเอ็นเอลูกผสมในพันธุวิศวกรรม 16. วิธีการแนะนำดีเอ็นเอลูกผสมเข้าไปในเซลล์ผู้รับและการคัดเลือกเซลล์ดัดแปลงในพันธุวิศวกรรม 17. การสืบพันธุ์ของพืช เวกเตอร์ กลยุทธ์พื้นฐาน วิธีการแนะนำยีนและการคัดเลือกสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม 18. การสืบพันธุ์ของสัตว์ เวกเตอร์ กลยุทธ์พื้นฐาน วิธีการแนะนำยีนและการคัดเลือกสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม 19. วิศวกรรมเซลลูลาร์: วัตถุประสงค์ เทคโนโลยี วัตถุทางชีวภาพ ตัวอย่างการใช้งานจริง ความสำเร็จสมัยใหม่ 20. วิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์พืชและเนื้อเยื่อ สภาพการเพาะปลูก การจำแนกประเภท และลักษณะโดยย่อของการเพาะเลี้ยงพืชในงานวิศวกรรมเซลล์

21. พืชผสมโซมาติก เทคนิคการผลิต ผลงานสมัยใหม่ ตัวอย่างการนำไปใช้จริง 22. โปรโตพลาสต์: คำจำกัดความ การใช้ในงานวิศวกรรมเซลล์ วิธีการและเงื่อนไขในการแยกโปรโตพลาสต์ 23. การเพาะเลี้ยงและการหลอมรวมของโปรโตพลาสต์ในงานวิศวกรรมเซลล์ วิธีการ เงื่อนไข ฟิวโซเจน 24. การใช้การเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อพืชในทางปฏิบัติ การสังเคราะห์ทางชีวภาพและการเปลี่ยนรูปทางชีวภาพ การขยายพันธุ์แบบจุลภาค ตัวอย่างของพืชดัดแปรพันธุกรรมที่มีคุณสมบัติอันมีคุณค่า 25. วิศวกรรมเซลล์สัตว์. วิธีการ วัตถุ เทคโนโลยี ความสำเร็จสมัยใหม่ การประยุกต์ในทางปฏิบัติ 26. การเพาะเลี้ยงเซลล์และเนื้อเยื่อของสัตว์ การจำแนกพืชผล สภาพการเพาะปลูก อาหารเลี้ยงเชื้อ วิธีการให้ได้โซมาติกลูกผสม การนำไปใช้จริง 27. สเต็มเซลล์ ลักษณะเฉพาะ การจำแนกประเภท อนาคตสำหรับการสมัคร 28. การโคลนนิ่ง ลักษณะของวิธีการ การจำแนกประเภท อนาคตสำหรับการสมัคร 29. กระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพ. ขั้นตอนการเพาะปลูก ระยะหลัก คุณลักษณะของสื่อสำหรับจุลินทรีย์ เซลล์พืชและสัตว์ อุปกรณ์. 30. กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ. ขั้นตอนการเพาะปลูก รูปแบบการเพาะปลูกของวัตถุทางชีวภาพ ขั้นตอนการเจริญเติบโตของการเพาะเลี้ยงในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ การสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย

31. กระบวนการทางเทคโนโลยีชีวภาพ. ขั้นตอนการรับสินค้า ขั้นตอนหลักและวิธีการแยกและทำให้ผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพบริสุทธิ์ ตัวอย่างผลิตภัณฑ์เทคโนโลยีชีวภาพ 32. เทคโนโลยีชีวภาพด้านสิ่งแวดล้อม: วัตถุประสงค์ วิธีการ วัตถุทางชีวภาพ ตัวอย่างการใช้งานจริง ความสำเร็จสมัยใหม่ 33. เทคโนโลยีชีวภาพสิ่งแวดล้อม. ปัญหาน้ำดื่ม. วิธีการบำบัดน้ำเสียแบบแอโรบิก 34. เทคโนโลยีชีวภาพสิ่งแวดล้อม. ปัญหาน้ำดื่ม. วิธีการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจน 35. เทคโนโลยีชีวภาพสิ่งแวดล้อม. การบำบัดทางชีวภาพ, การบำบัดทางชีวภาพ 36. เทคโนโลยีชีวภาพ: เป้าหมาย หัวข้อ วัตถุประสงค์ ทิศทางหลักของเทคโนโลยีชีวภาพ ความสำเร็จสมัยใหม่ในด้านเทคโนโลยีชีวภาพ 37. เอ็นไซม์วิทยาทางวิศวกรรม. เป้าหมายปัญหา อนาคต แหล่งที่มาของเอนไซม์ 38. เอนไซม์ตรึง ข้อดี วิธีการตรึง 39. เอนไซม์ตรึง ผู้ให้บริการสำหรับการตรึงการใช้งานจริง 40. วิศวกรรมโปรตีน. ทิศทาง วิธีการ โอกาส

การส่งผลงานที่ดีของคุณไปยังฐานความรู้เป็นเรื่องง่าย ใช้แบบฟอร์มด้านล่าง

นักศึกษา นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา นักวิทยาศาสตร์รุ่นเยาว์ ที่ใช้ฐานความรู้ในการศึกษาและการทำงาน จะรู้สึกขอบคุณเป็นอย่างยิ่ง

โพสต์เมื่อ http://www.allbest.ru/

งานหลักสูตร

ระเบียบวินัย: เทคโนโลยีชีวภาพการเกษตร

ในหัวข้อ “วิศวกรรมโปรตีน”

เชิงนามธรรม
การแนะนำ
I. วิศวกรรมโปรตีน

1.1 แนวคิดของวิศวกรรมโปรตีน ประวัติความเป็นมาของการพัฒนา

ครั้งที่สอง ตัวอย่างของโปรตีนวิศวกรรม

3.3 ความสำเร็จบางประการของวิศวกรรมโปรตีน

บทสรุป
อ้างอิง

หัวข้อ: วิศวกรรมโปรตีน.

คำสำคัญ: เทคโนโลยีชีวภาพ พันธุวิศวกรรม โปรตีน รหัสพันธุกรรม ยีน DNA, RNA, ATP, เปปไทด์, อีพิโทป

วัตถุประสงค์ของงานหลักสูตร: เพื่อศึกษาแนวคิดของ "วิศวกรรมโปรตีน" และความเป็นไปได้ในการใช้งาน

โอกาสที่เป็นไปได้ของวิศวกรรมโปรตีน:

1. โดยการเปลี่ยนความแข็งแรงของการจับตัวของสารที่ถูกแปลง - สารตั้งต้น - เป็นเอนไซม์ จึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาโดยรวมของปฏิกิริยาของเอนไซม์ได้

2. ด้วยการเพิ่มความเสถียรของโปรตีนในช่วงอุณหภูมิและความเป็นกรดที่หลากหลาย จึงสามารถนำไปใช้ภายใต้สภาวะที่โปรตีนดั้งเดิมเสียสภาพและสูญเสียการทำงานของมัน

3. ด้วยการสร้างโปรตีนที่สามารถทำงานในตัวทำละลายปราศจากน้ำ จึงเป็นไปได้ที่จะเกิดปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาภายใต้สภาวะที่ไม่ใช่ทางสรีรวิทยา

4. ด้วยการเปลี่ยนศูนย์กลางตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ คุณจะสามารถเพิ่มความจำเพาะและลดจำนวนปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ได้

5. ด้วยการเพิ่มความต้านทานของโปรตีนต่อเอ็นไซม์ที่ทำลายมัน ทำให้ขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ง่ายขึ้น

6. การเปลี่ยนโปรตีนเพื่อให้สามารถทำงานได้โดยไม่มีส่วนประกอบที่ไม่ใช่กรดอะมิโนตามปกติ (วิตามิน อะตอมของโลหะ ฯลฯ) จึงสามารถนำไปใช้ในกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ต่อเนื่องบางอย่างได้

7. ด้วยการเปลี่ยนโครงสร้างของส่วนควบคุมของเอนไซม์ เป็นไปได้ที่จะลดระดับการยับยั้งโดยผลคูณของปฏิกิริยาของเอนไซม์ตามประเภทของการตอบรับเชิงลบ และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มผลผลิตของผลิตภัณฑ์

8. สามารถสร้างโปรตีนลูกผสมที่มีหน้าที่ของโปรตีนตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปได้

9. เป็นไปได้ที่จะสร้างโปรตีนลูกผสม ซึ่งส่วนหนึ่งมีส่วนช่วยในการปล่อยโปรตีนลูกผสมจากเซลล์เพาะเลี้ยง หรือการสกัดจากส่วนผสม

การแนะนำ

ตั้งแต่สมัยโบราณ เทคโนโลยีชีวภาพถูกนำมาใช้เป็นหลักในอุตสาหกรรมอาหารและเบา: ในการผลิตไวน์ เบเกอรี่ การหมักผลิตภัณฑ์นม ในการแปรรูปผ้าลินินและหนัง โดยอาศัยการใช้จุลินทรีย์ ในทศวรรษที่ผ่านมา ความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีชีวภาพได้ขยายออกไปอย่างมาก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าวิธีการของมันให้ผลกำไรมากกว่าวิธีทั่วไปด้วยเหตุผลง่ายๆว่าในสิ่งมีชีวิตปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์เกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่เหมาะสม (อุณหภูมิและความดัน) มีประสิทธิผลมากกว่าเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและไม่ต้องการสารเคมี รีเอเจนต์ที่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม

วัตถุประสงค์ของเทคโนโลยีชีวภาพเป็นตัวแทนของกลุ่มสิ่งมีชีวิตมากมาย - จุลินทรีย์ (ไวรัส, แบคทีเรีย, โปรโตซัว, ยีสต์), พืช, สัตว์รวมถึงเซลล์ที่แยกได้จากพวกมันและส่วนประกอบย่อยเซลล์ (ออร์แกเนลล์) และแม้แต่เอนไซม์ เทคโนโลยีชีวภาพขึ้นอยู่กับกระบวนการทางสรีรวิทยาและชีวเคมีที่เกิดขึ้นในระบบสิ่งมีชีวิต ซึ่งส่งผลให้เกิดการปล่อยพลังงาน การสังเคราะห์และการสลายของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึม และการก่อตัวขององค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างของเซลล์

ทิศทางหลักของเทคโนโลยีชีวภาพคือการผลิตโดยใช้จุลินทรีย์และเซลล์ยูคาริโอตที่เพาะเลี้ยง ของสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (เอนไซม์ วิตามิน ฮอร์โมน) ยา (ยาปฏิชีวนะ วัคซีน ซีรั่ม แอนติบอดีจำเพาะสูง ฯลฯ) รวมถึงสารประกอบที่มีคุณค่า ( วัตถุเจือปนอาหาร เช่น กรดอะมิโนที่จำเป็น โปรตีนในอาหารสัตว์ เป็นต้น)

วิธีการทางพันธุวิศวกรรมทำให้สามารถสังเคราะห์ฮอร์โมนในปริมาณทางอุตสาหกรรม เช่น อินซูลิน และโซมาโตโทรปิน (ฮอร์โมนการเจริญเติบโต) ซึ่งจำเป็นสำหรับการรักษาโรคทางพันธุกรรมของมนุษย์

เทคโนโลยีชีวภาพไม่เพียงแต่แก้ปัญหาเฉพาะด้านวิทยาศาสตร์และการผลิตเท่านั้น มีภารกิจด้านระเบียบวิธีที่เป็นสากลมากขึ้น โดยจะขยายและเร่งระดับผลกระทบของมนุษย์ต่อธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต และส่งเสริมการปรับตัวของระบบสิ่งมีชีวิตให้เข้ากับสภาพการดำรงอยู่ของมนุษย์ เช่น ในชั้นบรรยากาศนูสเฟียร์ เทคโนโลยีชีวภาพจึงทำหน้าที่เป็นปัจจัยอันทรงพลังในวิวัฒนาการการปรับตัวของมนุษย์

เทคโนโลยีชีวภาพ พันธุศาสตร์ และวิศวกรรมเซลล์มีแนวโน้มที่ดี เมื่อมีเวกเตอร์ใหม่ปรากฏขึ้นมากขึ้นเรื่อยๆ ผู้คนจะใช้เวกเตอร์เหล่านี้เพื่อแนะนำยีนที่จำเป็นเข้าสู่เซลล์ของพืช สัตว์ และมนุษย์ สิ่งนี้จะทำให้สามารถค่อยๆ กำจัดโรคทางพันธุกรรมของมนุษย์ บังคับเซลล์ให้สังเคราะห์ยาที่จำเป็นและสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพ จากนั้นจึงนำโปรตีนและกรดอะมิโนที่จำเป็นที่ใช้ในอาหารโดยตรง นักเทคโนโลยีชีวภาพหวังว่าจะได้ไฮโดรเจนจากการสังเคราะห์ด้วยวิธีการที่ธรรมชาติเชี่ยวชาญอยู่แล้ว ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่สุดแห่งอนาคต ไฟฟ้า และเปลี่ยนไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศให้เป็นแอมโมเนียภายใต้สภาวะปกติ

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของโปรตีนธรรมชาติมักไม่เป็นไปตามเงื่อนไขที่โปรตีนเหล่านี้จะถูกนำไปใช้โดยมนุษย์ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างหลัก ซึ่งจะช่วยให้แน่ใจว่าการก่อตัวของโปรตีนที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่แตกต่างจากเดิมและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพใหม่ ช่วยให้สามารถทำหน้าที่ที่มีอยู่ในโปรตีนธรรมชาติภายใต้เงื่อนไขอื่น ๆ วิศวกรรมโปรตีนเกี่ยวข้องกับการสร้างโปรตีน

การประยุกต์ใช้วิศวกรรมโปรตีนอีกด้านคือการสร้างโปรตีนที่สามารถต่อต้านสารและจุลินทรีย์ที่สามารถใช้ในการโจมตีทางเคมีและชีวภาพได้ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ไฮโดรเลสมีความสามารถในการทำให้ทั้งก๊าซประสาทและยาฆ่าแมลงที่ใช้ในการเกษตรเป็นกลาง ในขณะเดียวกันการผลิต การเก็บรักษา และการใช้เอนไซม์ก็ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์

เพื่อให้ได้โปรตีนที่เปลี่ยนแปลง จะใช้วิธีการทางเคมีแบบผสมผสานและดำเนินการก่อกลายพันธุ์โดยตรง โดยแนะนำการเปลี่ยนแปลงเฉพาะในลำดับการเข้ารหัสของ DNA ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงบางอย่างในลำดับกรดอะมิโน ในการออกแบบโปรตีนอย่างมีประสิทธิภาพด้วยคุณสมบัติที่กำหนดจำเป็นต้องทราบรูปแบบของการก่อตัวของโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีนซึ่งคุณสมบัติและหน้าที่ทางเคมีกายภาพขึ้นอยู่กับมันนั่นคือจำเป็นต้องรู้ว่าโครงสร้างหลักของโปรตีนอย่างไร กรดอะมิโนแต่ละชนิดที่ตกค้างจะส่งผลต่อคุณสมบัติและหน้าที่ของโปรตีน น่าเสียดาย สำหรับโปรตีนส่วนใหญ่ โครงสร้างตติยภูมิไม่เป็นที่รู้จัก แต่ก็ไม่ทราบเสมอไปว่ากรดอะมิโนตัวใดหรือลำดับของกรดอะมิโนจำเป็นต้องเปลี่ยนเพื่อให้ได้โปรตีนที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการ ขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่ใช้การวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์สามารถทำนายคุณสมบัติของโปรตีนหลายชนิดตามลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้าง การวิเคราะห์ดังกล่าวจะทำให้ขั้นตอนการสร้างโปรตีนที่ต้องการง่ายขึ้นอย่างมาก ในระหว่างนี้เพื่อให้ได้โปรตีนดัดแปลงที่มีคุณสมบัติตามที่ต้องการส่วนใหญ่จะไปในวิธีอื่น: ได้รับยีนกลายพันธุ์หลายยีนและค้นหาผลิตภัณฑ์โปรตีนของหนึ่งในนั้นที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ

ใช้วิธีการทดลองต่างๆ สำหรับการกลายพันธุ์ที่มุ่งเป้าไปที่ไซต์ เมื่อได้รับยีนดัดแปลงแล้ว มันจะถูกแทรกเข้าไปในโครงสร้างทางพันธุกรรมและนำเข้าไปในเซลล์โปรคาริโอตหรือยูคาริโอตที่สังเคราะห์โปรตีนที่ถูกเข้ารหัสโดยโครงสร้างทางพันธุกรรมนี้

I. วิศวกรรมโปรตีน

1.1 แนวคิดของวิศวกรรมโปรตีน ประวัติความเป็นมาของการพัฒนา

วิศวกรรมโปรตีนเป็นสาขาหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาโปรตีนที่มีประโยชน์หรือมีคุณค่า นี่เป็นสาขาวิชาที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การศึกษาการพับโปรตีนและหลักการของการดัดแปลงและการสร้างโปรตีน

มีสองกลยุทธ์หลักสำหรับวิศวกรรมโปรตีน: การดัดแปลงโปรตีนโดยตรงและวิวัฒนาการโดยตรง วิธีการเหล่านี้ไม่ได้แยกจากกัน นักวิจัยมักใช้ทั้งสองอย่าง ในอนาคต ความรู้โดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน ตลอดจนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีชั้นสูง อาจขยายความเป็นไปได้ของวิศวกรรมโปรตีนอย่างมีนัยสำคัญ เป็นผลให้สามารถรวมกรดอะมิโนที่ไม่เป็นธรรมชาติเข้าด้วยกันได้ด้วยวิธีใหม่ที่ช่วยให้กรดอะมิโนใหม่สามารถรวมเข้ากับรหัสพันธุกรรมได้

วิศวกรรมโปรตีนมีต้นกำเนิดมาจากจุดตัดระหว่างฟิสิกส์โปรตีน เคมี และพันธุวิศวกรรม แก้ปัญหาการสร้างโมเลกุลโปรตีนดัดแปลงหรือลูกผสมที่มีลักษณะเฉพาะที่กำหนด วิธีธรรมชาติในการใช้งานดังกล่าวคือการทำนายโครงสร้างของยีนที่เข้ารหัสโปรตีนที่เปลี่ยนแปลง ดำเนินการสังเคราะห์ การโคลนนิ่ง และการแสดงออกของยีนในเซลล์ผู้รับ

การดัดแปลงโปรตีนที่มีการควบคุมครั้งแรกดำเนินการในช่วงกลางทศวรรษที่ 60 โดย Koshland และ Bender ในการแทนที่หมู่ไฮดรอกซิลด้วยหมู่ซัลไฮดริลในตำแหน่งออกฤทธิ์ของโปรตีเอสหรือซับติลิซิน พวกเขาใช้วิธีการดัดแปลงทางเคมี อย่างไรก็ตาม ปรากฎว่า thiolsubtilisin ดังกล่าวไม่สามารถรักษากิจกรรมของโปรตีเอสได้

ในทางเคมี โปรตีนเป็นโมเลกุลประเภทเดียวซึ่งเป็นสายโซ่หรือโพลีเมอร์ของกรดโพลีอะมิโน ประกอบด้วยลำดับกรดอะมิโน 20 ชนิด เมื่อได้เรียนรู้โครงสร้างของโปรตีนแล้ว ผู้คนก็ถามคำถามว่า เป็นไปได้ไหมที่จะออกแบบลำดับกรดอะมิโนใหม่ทั้งหมดเพื่อทำหน้าที่ที่มนุษย์ต้องการได้ดีกว่าโปรตีนธรรมดามาก ชื่อ Protein Engineering เหมาะสมกับแนวคิดนี้

รูปที่ 1 แผนผังวิธีการทำงานของวิศวกรรมโปรตีน

หุ่นยนต์ไม่สามารถสร้างลำดับกรดอะมิโนได้อย่างถูกต้อง กล่าวคือ มันทำผิดพลาด เขาสังเคราะห์ห่วงโซ่หนึ่งด้วยลำดับหนึ่ง และอีกอันหนึ่งมีการปรับเปลี่ยนเล็กน้อย ในเซลล์ โมเลกุลทั้งหมดของโปรตีนชนิดเดียวกันมีความคล้ายคลึงกัน กล่าวคือ ลำดับของพวกมันเหมือนกันทุกประการ

นักวิทยาศาสตร์สามารถเรียนรู้จากธรรมชาติเท่านั้นโดยมองหาการดัดแปลงโปรตีนที่จำเป็น ประเด็นก็คือในธรรมชาติมีการกลายพันธุ์อย่างต่อเนื่องซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน หากคุณเลือกสายพันธุ์กลายที่มีคุณสมบัติที่จำเป็นในการประมวลผลสารตั้งต้นโดยเฉพาะได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น คุณสามารถแยกเอนไซม์ที่เปลี่ยนแปลงไปจากสายพันธุ์กลายดังกล่าวได้ ซึ่งต้องขอบคุณเซลล์ที่ได้รับคุณสมบัติใหม่ แต่กระบวนการนี้ใช้เวลานานมาก

1.2 กลยุทธ์ทางวิศวกรรมโปรตีน

การปรับเปลี่ยนโปรตีนเป้าหมาย ในการปรับเปลี่ยนโปรตีนแบบกำหนดเป้าหมาย นักวิทยาศาสตร์ใช้ความรู้โดยละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างและการทำงานของโปรตีนเพื่อทำการเปลี่ยนแปลงที่ต้องการ โดยทั่วไป วิธีการนี้มีข้อดีคือมีราคาไม่แพงและไม่ซับซ้อนในทางเทคนิค เนื่องจากเทคนิคของการกลายพันธุ์ที่มุ่งตรงบริเวณได้รับการพัฒนาอย่างดี อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบหลักคือมักจะขาดข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างโดยละเอียดของโปรตีน และแม้ว่าจะทราบโครงสร้างนั้นแล้วก็ตาม การทำนายผลกระทบของการกลายพันธุ์ต่างๆ ก็เป็นเรื่องยากมาก

อัลกอริธึมซอฟต์แวร์ดัดแปลงโปรตีนมุ่งมั่นที่จะระบุลำดับกรดอะมิโนใหม่ที่ต้องใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเพื่อสร้างโครงสร้างเป้าหมายที่กำหนดไว้ล่วงหน้า แม้ว่าลำดับที่ต้องพบจะมีขนาดใหญ่ แต่ข้อกำหนดที่ยากที่สุดสำหรับการปรับเปลี่ยนโปรตีนคือวิธีการที่รวดเร็วแต่แม่นยำในการระบุและกำหนดลำดับที่เหมาะสมที่สุด ตรงข้ามกับลำดับที่ต่ำกว่ามาตรฐานที่คล้ายกัน

กำกับวิวัฒนาการ ในการวิวัฒนาการโดยตรง การกลายพันธุ์แบบสุ่มจะถูกนำมาใช้กับโปรตีนและทำการคัดเลือกเพื่อเลือกสายพันธุ์ที่มีคุณสมบัติบางอย่าง ถัดไป จะมีการใช้การกลายพันธุ์และการคัดเลือกรอบเพิ่มเติม วิธีการนี้เลียนแบบวิวัฒนาการตามธรรมชาติ และโดยทั่วไปจะให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าสำหรับการแก้ไขโดยตรง

เทคนิคเพิ่มเติมที่เรียกว่า DNA shuffling mix และระบุส่วนของตัวแปรที่ประสบความสำเร็จเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น กระบวนการนี้เลียนแบบการรวมตัวกันอีกครั้งที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติระหว่างการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ข้อดีของการวิวัฒนาการโดยตรงคือไม่จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีนมาก่อน และไม่จำเป็นต้องสามารถคาดเดาได้ว่าการกลายพันธุ์นี้จะมีผลกระทบอย่างไร อันที่จริง ผลลัพธ์ของการทดลองวิวัฒนาการโดยตรงนั้นน่าประหลาดใจเพราะการเปลี่ยนแปลงที่ต้องการมักเกิดจากการกลายพันธุ์ที่ไม่ควรมีผลกระทบเช่นนั้น ข้อเสียคือวิธีนี้ต้องใช้ปริมาณงานสูง ซึ่งไม่สามารถทำได้กับโปรตีนทุกชนิด ต้องมีการกลายพันธุ์ของดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ในปริมาณมาก และผลิตภัณฑ์ต้องได้รับการคัดกรองเพื่อให้ได้คุณภาพที่ต้องการ ตัวเลือกจำนวนมากมักจะต้องซื้อหุ่นยนต์เพื่อทำให้กระบวนการเป็นแบบอัตโนมัติ นอกจากนี้ การคัดกรองคุณสมบัติที่น่าสนใจทั้งหมดไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไป

ครั้งที่สอง ตัวอย่างของโปรตีนวิศวกรรม

วิศวกรรมโปรตีนอาจขึ้นอยู่กับการดัดแปลงทางเคมีของโปรตีนสำเร็จรูปหรือวิธีการทางพันธุวิศวกรรมที่ทำให้ได้โปรตีนธรรมชาติในรูปแบบดัดแปลง

การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพที่เฉพาะเจาะจงนั้นคำนึงถึงความจำเพาะของโปรตีนและกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของสารอินทรีย์เชิงซ้อน ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างของการดัดแปลงดังกล่าวที่ดำเนินการเพื่อให้ได้ “สารเชิงซ้อนทางชีวภาพกึ่งสังเคราะห์” ไมโอโกลบินของวาฬสเปิร์มสามารถจับกับออกซิเจนได้ แต่ไม่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ อันเป็นผลมาจากการรวมกันของชีวโมเลกุลนี้กับสารเชิงซ้อนการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสามตัวที่มีรูทีเนียมซึ่งจับกับฮิสทิดีนที่ตกค้างบนพื้นผิวของโมเลกุลโปรตีนทำให้เกิดสารเชิงซ้อนที่สามารถลดออกซิเจนในขณะเดียวกันก็ออกซิไดซ์สารตั้งต้นอินทรีย์จำนวนหนึ่งพร้อมกันเช่น เป็นแอสคอร์เบต ในอัตราที่เกือบจะเท่ากับแอสคอร์เบตออกซิเดสตามธรรมชาติ โดยหลักการแล้ว โปรตีนสามารถดัดแปลงได้ด้วยวิธีอื่น ลองพิจารณาปาเปนเป็นตัวอย่าง เป็นหนึ่งในเอนไซม์โปรตีโอไลติกที่ได้รับการศึกษาอย่างดีซึ่งมีการกำหนดโครงสร้างสามมิติ ใกล้กับสารตกค้างของซิสเทอีน-25 บนพื้นผิวของโมเลกุลโปรตีนจะมีร่องขยายซึ่งเกิดปฏิกิริยาโปรตีโอไลซิส ตำแหน่งนี้สามารถทำให้เกิดอัลคิลเลตได้ด้วยอนุพันธ์ของฟลาวิน โดยไม่เปลี่ยนแปลงความสามารถในการเข้าถึงของตำแหน่งการจับกับซับสเตรตที่อาจเกิดขึ้น ฟลาโวปาเพนที่ดัดแปลงดังกล่าวถูกนำมาใช้สำหรับการเกิดออกซิเดชันของ M-alkyl-1,4-dihydronicotinamides และกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของโปรตีนดัดแปลงบางส่วนเหล่านี้สูงกว่าของฟลาโวโปรตีน-NADH ดีไฮโดรจีเนสตามธรรมชาติอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเอนไซม์กึ่งสังเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพมาก การใช้ฟลาวินที่มีองค์ประกอบย่อยที่ดึงอิเล็กตรอนออกฤทธิ์สูงและอยู่ในตำแหน่งสูงอาจทำให้สามารถพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสำหรับการลดนิโคตินเอไมด์ได้

ความก้าวหน้าสำคัญที่ประสบความสำเร็จเมื่อเร็วๆ นี้ในการสังเคราะห์ทางเคมีของ DNA ได้เปิดโอกาสใหม่ขั้นพื้นฐานสำหรับวิศวกรรมโปรตีน: การออกแบบโปรตีนที่มีเอกลักษณ์เฉพาะซึ่งไม่ได้เกิดขึ้นในธรรมชาติ สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการพัฒนาเทคโนโลยีเพิ่มเติม เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงยีนโดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรมนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่คาดการณ์ได้ในโปรตีน ไปสู่การปรับปรุงลักษณะการทำงานที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน: จำนวนการหมุนเวียน Km สำหรับสารตั้งต้นเฉพาะ ความคงตัวทางความร้อน อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด ความคงตัวและ กิจกรรมในตัวทำละลายที่ไม่ใช่น้ำ ความจำเพาะของสารตั้งต้นและปฏิกิริยา ข้อกำหนดสำหรับโคแฟคเตอร์ ค่า pH ที่เหมาะสม ความต้านทานโปรตีเอส การควบคุมอัลโลสเตอริก น้ำหนักโมเลกุล และโครงสร้างหน่วยย่อย โดยทั่วไปแล้ว การปรับปรุงดังกล่าวเกิดขึ้นได้จากการกลายพันธุ์และการคัดเลือก และล่าสุดผ่านการดัดแปลงทางเคมีและการตรึง เพื่อให้การออกแบบโมเลกุลโปรตีนประเภทใดประเภทหนึ่งประสบความสำเร็จ จำเป็นต้องระบุรูปแบบพื้นฐานจำนวนหนึ่งที่เชื่อมโยงลักษณะโครงสร้างของโปรตีนและคุณสมบัติที่ต้องการ ดังนั้น เมื่อทราบโครงสร้างผลึกที่แน่นอนของโมเลกุลโปรตีนที่กำลังศึกษาอยู่ จึงเป็นไปได้ที่จะระบุส่วนต่างๆ ของมันที่ควรได้รับการแก้ไขโดยเฉพาะเพื่อเพิ่มกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา การดัดแปลงดังกล่าวอาจประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงลำดับกรดอะมิโนของโปรตีน

อีกตัวอย่างหนึ่งคือการใช้การกลายพันธุ์เฉพาะไซต์ มันเกิดขึ้นดังนี้ ยีนของโปรตีนที่ผู้วิจัยสนใจจะถูกโคลนและใส่เข้าไปในพาหะทางพันธุกรรมที่เหมาะสม จากนั้นไพรเมอร์โอลิโกนิวคลีโอไทด์ที่มีการกลายพันธุ์ที่ต้องการจะถูกสังเคราะห์ลำดับที่ประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สิบถึงสิบห้ามีความคล้ายคลึงกันอย่างเพียงพอกับบริเวณหนึ่งของยีนธรรมชาติดังนั้นจึงสามารถสร้างโครงสร้างลูกผสมได้ ไพรเมอร์สังเคราะห์นี้ถูกใช้โดยโพลีเมอเรสเพื่อเริ่มต้นการสังเคราะห์สำเนาเสริมของเวกเตอร์ ซึ่งจากนั้นจะถูกแยกออกจากเวกเตอร์ดั้งเดิม และใช้สำหรับการควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนกลายพันธุ์ แนวทางทางเลือกขึ้นอยู่กับการแตกแยกของสายโซ่ การนำตำแหน่งที่จะเปลี่ยนออก และการแทนที่ด้วยอะนาลอกสังเคราะห์ที่มีลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ต้องการ

Tyrosyl-tRNA synthetase กระตุ้นปฏิกิริยาอะมิโนเอซิเลชันของไทโรซีน tRNA ซึ่งเกี่ยวข้องกับการกระตุ้นไทโรซีนโดย ATP เพื่อสร้างไทโรซิลอะดีนีเลต ยีนของเอนไซม์นี้ซึ่งแยกได้จาก Bacillus stearothermophilus ถูกแทรกเข้าไปในแบคทีเรีย M13 คุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการจับกับซับสเตรต ได้รับการแก้ไขโดยการดัดแปลงเฉพาะตำแหน่ง ดังนั้นทรีโอนีน-51 จึงถูกแทนที่ด้วยอะลานีน ซึ่งส่งผลให้การจับกับซับสเตรตเพิ่มขึ้นสองเท่า เห็นได้ชัดว่าเกิดจากการไม่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนระหว่างสารตกค้างนี้กับไทโรซิล อะดีนิเลต เมื่อแทนที่อะลานีนด้วยโพรลีนการกำหนดค่าของโมเลกุลของเอนไซม์จะหยุดชะงัก แต่ความสามารถในการจับกับสารตั้งต้นจะเพิ่มขึ้นเป็นร้อยเท่าเนื่องจากการอำนวยความสะดวกในการโต้ตอบกับฮิสทิดีน-48 ได้รับการเปลี่ยนแปลงเฉพาะไซต์ที่คล้ายกันในβ-lactamase และมักจะมาพร้อมกับการหยุดการทำงานของเอนไซม์ การแทนที่ serine-70 ด้วย cysteine \u200b\u200bนำไปสู่การก่อตัวของ p-thiol lactamase ซึ่งค่าคงที่การจับซึ่งไม่แตกต่างจากเอนไซม์ธรรมชาติ แต่กิจกรรมต่อเพนิซิลลินมีเพียง 1-2% อย่างไรก็ตาม กิจกรรมของเอนไซม์กลายพันธุ์นี้ต่อเซฟาโลสปอรินที่เปิดใช้งานบางชนิดนั้นไม่น้อยกว่ากิจกรรมดั้งเดิมหรือเกินกว่านั้นด้วยซ้ำ โปรตีนเหล่านี้มีความทนทานต่อโปรตีเอสมากกว่า

ขณะนี้การกลายพันธุ์เฉพาะไซต์ใช้เพื่อทดสอบความเพียงพอของการศึกษาเชิงโครงสร้าง ในบางกรณี พวกเขาสามารถแสดงให้เห็นว่าความเสถียรทางโครงสร้างของโปรตีนและกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสามารถแยกออกจากกันได้ มีข้อมูลที่เพียงพอสะสมเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างความเสถียรของโครงสร้างโปรตีนและการทำงานของมัน เราอาจสามารถปรับกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพและสร้างแอนะล็อกสังเคราะห์ได้อย่างสมบูรณ์ เมื่อเร็ว ๆ นี้งานปรากฏว่ารายงานการโคลนยีนเอนไซม์สังเคราะห์ตัวแรกที่เข้ารหัสส่วนที่ใช้งานอยู่ของโมเลกุลไรโบนิวคลีเอส

III. การประยุกต์วิศวกรรมโปรตีน

เทคโนโลยีวิศวกรรมโปรตีนถูกนำมาใช้ (มักใช้ร่วมกับวิธีรีคอมบิแนนท์ DNA) เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของโปรตีนที่มีอยู่ (เอนไซม์ แอนติบอดี ตัวรับของเซลล์) และสร้างโปรตีนใหม่ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ โปรตีนดังกล่าวใช้ในการผลิตยา ในการแปรรูปอาหารและในการผลิตทางอุตสาหกรรม

ในปัจจุบัน การประยุกต์ใช้วิศวกรรมโปรตีนที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการปรับเปลี่ยนคุณสมบัติการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เพื่อพัฒนากระบวนการทางอุตสาหกรรมที่ "เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม" จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม เอนไซม์เป็นที่ยอมรับมากที่สุดในบรรดาตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดที่ใช้ในอุตสาหกรรม สิ่งนี้รับประกันได้ด้วยความสามารถของตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพในการละลายในน้ำและทำงานได้อย่างสมบูรณ์ในสภาพแวดล้อมที่มีค่า pH เป็นกลางและที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ นอกจากนี้ เนื่องจากมีความจำเพาะสูง การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพจึงส่งผลให้เกิดผลพลอยได้จากการผลิตที่ไม่ต้องการน้อยมาก กระบวนการทางอุตสาหกรรมที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและประหยัดพลังงานโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพถูกนำมาใช้อย่างแข็งขันในด้านเคมี สิ่งทอ ยา เยื่อและกระดาษ อาหาร พลังงาน และด้านอื่น ๆ ของอุตสาหกรรมสมัยใหม่มานานแล้ว

อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะบางประการของตัวเร่งปฏิกิริยาชีวภาพทำให้การใช้งานไม่เป็นที่ยอมรับในบางกรณี ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ส่วนใหญ่จะสลายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามเอาชนะอุปสรรคดังกล่าวและเพิ่มความเสถียรของเอนไซม์ภายใต้สภาวะการผลิตที่รุนแรงโดยใช้เทคนิควิศวกรรมโปรตีน

นอกเหนือจากการใช้งานทางอุตสาหกรรมแล้ว วิศวกรรมโปรตีนยังพบว่าเป็นสถานที่ที่คุ้มค่าในการพัฒนาทางการแพทย์อีกด้วย นักวิจัยสังเคราะห์โปรตีนที่สามารถจับและต่อต้านไวรัสและยีนกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดเนื้องอกได้ สร้างวัคซีนที่มีประสิทธิภาพสูงและศึกษาโปรตีนตัวรับผิวเซลล์ ซึ่งมักเป็นเป้าหมายสำหรับเภสัชภัณฑ์ นักวิทยาศาสตร์การอาหารใช้วิศวกรรมโปรตีนเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการเก็บรักษาโปรตีนจากพืชและสารก่อเจลหรือสารเพิ่มความข้น

3.1 ไลบรารีเปปไทด์และเอพิโทป

ในสิ่งมีชีวิต กระบวนการทางชีวภาพส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยปฏิกิริยาระหว่างโปรตีน-โปรตีน หรือกรดนิวคลีอิกของโปรตีน กระบวนการดังกล่าวรวมถึง ตัวอย่างเช่น การควบคุมการถอดรหัสยีนภายใต้อิทธิพลของปัจจัยโปรตีนต่างๆ การกระทำระหว่างกันของลิแกนด์โปรตีนกับตัวรับบนพื้นผิวของเซลล์ ตลอดจนการจับจำเพาะของแอนติเจนโดยแอนติบอดีที่สอดคล้องกัน การทำความเข้าใจกลไกระดับโมเลกุลของปฏิสัมพันธ์ของลิแกนด์โปรตีนกับตัวรับมีความสำคัญพื้นฐานและนำไปใช้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การพัฒนายาที่เป็นโปรตีนชนิดใหม่มักจะเริ่มต้นด้วยการระบุลำดับกรดอะมิโนเริ่มต้นซึ่งมีการออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ต้องการ (ที่เรียกว่าลำดับ "ตะกั่ว") อย่างไรก็ตาม เปปไทด์ที่มีลำดับกรดอะมิโนพื้นฐานอาจมีคุณสมบัติทางชีวภาพที่ไม่พึงประสงค์ เช่น กิจกรรมต่ำ ความเป็นพิษ ความคงตัวในร่างกายต่ำ เป็นต้น

ก่อนการถือกำเนิดของห้องสมุดเปปไทด์ การปรับปรุงคุณสมบัติทางชีวภาพได้ดำเนินการโดยการสังเคราะห์อะนาลอกจำนวนมากตามลำดับและการทดสอบฤทธิ์ทางชีวภาพของเปปไทด์ ซึ่งต้องใช้เวลาและเงินเป็นจำนวนมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างเปปไทด์ที่แตกต่างกันหลายพันชนิดในเวลาอันสั้นโดยใช้เครื่องสังเคราะห์อัตโนมัติ วิธีการที่พัฒนาขึ้นสำหรับการกลายพันธุ์แบบกำหนดเป้าหมายยังทำให้สามารถขยายจำนวนโปรตีนที่ได้รับพร้อมกันและทดสอบตามลำดับสำหรับกิจกรรมทางชีวภาพได้อย่างมาก อย่างไรก็ตาม มีเพียงแนวทางที่พัฒนาขึ้นเมื่อเร็วๆ นี้ในการสร้างคลังเปปไทด์เท่านั้นที่สามารถสร้างลำดับกรดอะมิโนนับล้านลำดับที่จำเป็นในการคัดกรองเปปไทด์ที่ตรงตามเกณฑ์ได้ดีที่สุดอย่างมีประสิทธิภาพ ห้องสมุดดังกล่าวใช้เพื่อศึกษาอันตรกิริยาของแอนติบอดีกับแอนติเจน รับสารยับยั้งเอนไซม์และสารต้านจุลชีพใหม่ ออกแบบโมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่ต้องการ หรือให้คุณสมบัติใหม่แก่โปรตีน เช่น แอนติบอดี

ตามวิธีการเตรียม ไลบรารีเปปไทด์แบ่งออกเป็นสามกลุ่ม กลุ่มแรกประกอบด้วยห้องสมุดที่ได้รับจากการสังเคราะห์ทางเคมีของเปปไทด์ ซึ่งเปปไทด์แต่ละตัวจะถูกตรึงบนไมโครพาริเออร์ ด้วยแนวทางนี้ หลังจากการเติมกรดอะมิโนที่ต่อเนื่องกันในส่วนผสมของปฏิกิริยาแต่ละตัวกับเปปไทด์ที่ถูกตรึงไว้บนไมโครพาริเออร์ เนื้อหาของส่วนผสมของปฏิกิริยาทั้งหมดจะถูกรวมและแบ่งออกเป็นส่วนใหม่ ซึ่งจะใช้ในขั้นตอนต่อไปของการเติมกรดอะมิโนที่ตกค้างใหม่ หลังจากขั้นตอนดังกล่าวหลายขั้นตอน เปปไทด์จะถูกสังเคราะห์โดยมีลำดับของกรดอะมิโนที่ใช้ในการสังเคราะห์ในการสุ่มทุกประเภท

ไลบรารีของเปปไทด์ที่ถูกตรึงบนไมโครพาริเออร์มีข้อเสียเปรียบที่สำคัญ: ต้องใช้ตัวรับที่บริสุทธิ์ในรูปแบบที่ละลายน้ำได้ในระหว่างการคัดกรอง ในเวลาเดียวกัน ในกรณีส่วนใหญ่ ตัวรับที่เกี่ยวข้องกับเมมเบรนมักใช้ในการทดสอบทางชีววิทยาที่ดำเนินการสำหรับการวิจัยขั้นพื้นฐานและทางเภสัชวิทยา ตามวิธีที่สองนั้น ไลบรารีเปปไทด์ได้มาโดยใช้การสังเคราะห์เปปไทด์เฟสโซลิด ซึ่งในแต่ละขั้นตอนของการเติมสารเคมีของกรดอะมิโนถัดไปไปยังโซ่เปปไทด์ที่กำลังเติบโต จะใช้ส่วนผสมที่เท่ากันของกรดอะมิโนสารตั้งต้นทั้งหมดหรือบางส่วน ในขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์เปปไทด์จะถูกแยกออกจากพาหะนั่นคือ แปลงให้อยู่ในรูปแบบที่ละลายน้ำได้ แนวทางที่สามในการสร้างห้องสมุดเปปไทด์ ซึ่งเรากำลังอธิบายอยู่นี้ มีความเป็นไปได้อย่างแม่นยำด้วยการพัฒนาวิธีการทางพันธุวิศวกรรม มันแสดงให้เห็นถึงความสามารถของวิธีการดังกล่าวได้อย่างสมบูรณ์แบบ และถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการใช้งานอย่างไม่ต้องสงสัย ในเรื่องนี้เราจะพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลลัพธ์ของการใช้ไลบรารีเปปไทด์ในการศึกษา epitopes (ตัวกำหนดแอนติเจน) ของโปรตีน

เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมสำหรับการผลิตโปรตีนลูกผสมทำให้สามารถพัฒนาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตเปปไทด์สั้นสำหรับการวิเคราะห์กิจกรรมทางชีวภาพของพวกมัน เช่นเดียวกับในกรณีของคลังยีน คลังเปปไทด์ที่ได้จากวิธีการทางพันธุวิศวกรรมเป็นตัวแทนของเปปไทด์สั้นชุดใหญ่ (มักจะครบถ้วนสมบูรณ์) การสังเกตสองครั้งล่าสุดทำให้สามารถพิจารณาคลังของเปปไทด์พร้อมกันและเป็นคลังของอีพิโทปโปรตีน ประการแรก เปปไทด์แบบสั้นสามารถรวมกรดอะมิโนที่จำเป็นทั้งหมดที่มีบทบาทสำคัญในอันตรกิริยาของแอนติบอดี และสามารถเลียนแบบตัวกำหนดแอนติเจนขนาดใหญ่ของโปรตีนได้ ประการที่สอง ในกรณีส่วนใหญ่ พันธะที่ไม่ใช่โควาเลนต์เกิดขึ้นระหว่างกรดอะมิโนที่สำคัญที่สุดเพียงไม่กี่ตัวของลิแกนด์โปรตีนและตัวรับของพวกมันมีส่วนสำคัญต่อพลังงานทั้งหมดของอันตรกิริยาของลิแกนด์-ตัวรับ โดยคำนึงถึงสิ่งนี้ เพปไทด์ใดๆ สามารถถูกพิจารณาว่าเป็นลิแกนด์ที่เป็นไปได้, แฮปเทนหรือส่วนหนึ่งของปัจจัยกำหนดแอนติเจนของโพลีเปปไทด์ที่มีขนาดใหญ่กว่า และคลังของเพปไทด์ใดๆ สามารถถูกพิจารณาว่าเป็นคลังของอีพิโทปโปรตีนหรือลิแกนด์ที่เป็นไปได้สำหรับรีเซพเตอร์โปรตีนที่สอดคล้องกัน

ห้องสมุดเปปไทด์ที่ได้รับจากการดำเนินการตามแนวทางที่สามในรูปแบบที่ทันสมัย คือชุดของลำดับกรดอะมิโนสั้น ๆ ที่แตกต่างกันหลายสิบหรือหลายร้อยล้านลำดับที่แสดงออกมาบนพื้นผิวของ virions ของแบคทีริโอฟาจโดยเป็นส่วนหนึ่งของพวกมันเอง โปรตีนโครงสร้าง สิ่งนี้เกิดขึ้นได้ด้วยการแนะนำยีนรีคอมบิแนนท์ลูกผสมที่เข้ารหัสโปรตีนโครงสร้างของ virions ที่เปลี่ยนแปลงไปในจีโนมของแบคทีริโอฟาจโดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม (วิธีนี้เรียกว่าฟาจดิสเพลย์) จากการแสดงออกของยีนดังกล่าว โปรตีนลูกผสมจึงถูกสร้างขึ้นที่ปลาย N หรือ C ซึ่งมีลำดับกรดอะมิโนเพิ่มเติมอยู่

ห้องสมุดของเปปไทด์และอีพิโทปยังจะพบการใช้งานในการศึกษากลไกของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของร่างกาย รวมถึงโรคของระบบภูมิคุ้มกันด้วย โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรคแพ้ภูมิตนเองส่วนใหญ่จะมาพร้อมกับการก่อตัวของออโตแอนติบอดีต่อแอนติเจนของร่างกาย แอนติบอดีเหล่านี้ในหลายกรณีทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายเฉพาะของโรคภูมิต้านตนเองโดยเฉพาะ โดยหลักการแล้วการใช้ไลบรารีของ epitopes นั้นเป็นไปได้ที่จะได้รับเปปไทด์มาร์กเกอร์ด้วยความช่วยเหลือซึ่งจะสามารถตรวจสอบความจำเพาะของ autoantibodies ในระหว่างการพัฒนากระบวนการทางพยาธิวิทยาทั้งในร่างกายแต่ละบุคคลและในกลุ่มของผู้ป่วย และนอกจากนี้ เพื่อตรวจสอบความจำเพาะของออโตแอนติบอดีในโรคที่ไม่ทราบสาเหตุ

คลังของเพปไทด์และอีพิโทปยังสามารถถูกใช้สำหรับการคัดกรองซีรั่มภูมิคุ้มกันเพื่อระบุเพปไทด์ที่ทำปฏิกิริยาอย่างจำเพาะกับแอนติบอดีป้องกัน เปปไทด์ดังกล่าวจะเลียนแบบปัจจัยกำหนดแอนติเจนของสิ่งมีชีวิตที่ทำให้เกิดโรคและทำหน้าที่เป็นเป้าหมายสำหรับแอนติบอดีในการปกป้องร่างกาย ซึ่งจะช่วยให้สามารถใช้เปปไทด์ดังกล่าวในการฉีดวัคซีนของผู้ป่วยที่ไม่มีแอนติบอดีต่อเชื้อโรคที่เกี่ยวข้องได้ การศึกษาอีพิโทปโดยใช้ไลบรารีเปปไทด์เป็นกรณีพิเศษของหนึ่งในหลาย ๆ ด้านของการนำไปใช้ในการศึกษาพื้นฐานและประยุกต์เกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ของลิแกนด์และตัวรับ การปรับปรุงแนวทางนี้เพิ่มเติมควรอำนวยความสะดวกในการสร้างยาใหม่โดยใช้เปปไทด์สั้น และมีประโยชน์ในการศึกษาพื้นฐานเกี่ยวกับกลไกของปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนและโปรตีน

3.2 โปรตีนรีพอร์ตเตอร์ในฟิวชันโปรตีน

ในอีกกรณีหนึ่ง ฟิวชันโปรตีนถูกใช้เพื่อให้ได้การแสดงออกของเปปไทด์สั้นในเซลล์แบคทีเรียในระดับสูง เนื่องจากการคงตัวของเปปไทด์เหล่านี้ภายในฟิวชันโปรตีน โปรตีนลูกผสมมักใช้เพื่อระบุและทำให้โปรตีนรีคอมบิแนนท์ที่ตรวจพบได้ยาก ตัวอย่างเช่น โดยการติดกาแลคโตซิเดสเข้ากับปลาย C ของโปรตีนภายใต้การศึกษาในฐานะโปรตีนรีคอมบิแนนท์ เป็นไปได้ที่จะทำให้โปรตีนรีคอมบิแนนท์บริสุทธิ์ตามกิจกรรมกาแลคโตซิเดส โดยกำหนดปัจจัยกำหนดแอนติเจนโดยวิธีอิมมูโนเคมี ด้วยการรวมชิ้นส่วน DNA ที่มี Open Reading Frame (ORF) เข้ากับยีนของโปรตีนรีพอร์เตอร์ ทำให้เป็นไปได้ที่จะทำให้โปรตีนลูกผสมบริสุทธิ์ตามกิจกรรมของโปรตีนรีพอร์เตอร์ และใช้พวกมันเพื่อสร้างภูมิคุ้มกันให้กับสัตว์ทดลอง จากนั้นแอนติบอดีที่เป็นผลลัพธ์จะถูกนำมาใช้เพื่อทำให้โปรตีนตามธรรมชาติบริสุทธิ์ ซึ่งรวมถึงโพลีเปปไทด์ชนิดรีคอมบิแนนท์ที่เข้ารหัสโดย ORF และด้วยเหตุนี้จึงระบุชิ้นส่วนของยีนที่ถูกโคลน

ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนลูกผสม ปัญหาผกผันของการโคลนยีนที่ไม่รู้จักกับผลิตภัณฑ์โปรตีนที่มีแอนติบอดีก็ได้รับการแก้ไขเช่นกัน ในกรณีนี้ คลังโคลนของลำดับนิวคลีโอไทด์ที่เป็นตัวแทนของ ORF ของยีนที่ไม่รู้จักถูกสร้างขึ้นในเวกเตอร์ที่ทำให้สามารถโคลน ORF เพื่อเชื่อมต่อในกรอบการอ่านเดียวกันกับยีนนักข่าว โปรตีนลูกผสมที่เกิดขึ้นจากการแสดงออกของยีนรีคอมบิแนนท์เหล่านี้ถูกระบุโดยใช้แอนติบอดีโดยใช้วิธีเอนไซม์อิมมูโนแอสเสย์ ยีนลูกผสมที่รวมโปรตีนที่หลั่งออกมาและโปรตีนนักข่าวทำให้สามารถสำรวจกลไกการหลั่งด้วยวิธีใหม่ๆ ได้ เช่นเดียวกับการระบุตำแหน่งและการเคลื่อนไหวของโปรตีนที่หลั่งในเนื้อเยื่อ

3.3 ความสำเร็จบางประการของวิศวกรรมโปรตีน

1. โดยการแทนที่กรดอะมิโนที่ตกค้างหลายชนิดของไลโซไซม์แบคเทอริโอฟาจ T4 ด้วยซิสเทอีน ทำให้ได้เอนไซม์ที่มีพันธะไดซัลไฟด์จำนวนมาก เนื่องจากเอนไซม์นี้ยังคงทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้น

2. การแทนที่ซีสเตอีนที่ตกค้างด้วยซีรีนที่ตกค้างในโมเลกุลของ β-interferon ของมนุษย์ซึ่งสังเคราะห์โดย Escherichia coli ช่วยป้องกันการก่อตัวของสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างโมเลกุลซึ่งลดฤทธิ์ต้านไวรัสของยานี้ลงประมาณ 10 เท่า

3. การแทนที่สารตกค้างทรีโอนีนด้วยโพรลีนที่ตกค้างในโมเลกุลของเอนไซม์ tyrosyl-tRNA synthetase เพิ่มกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์นี้ถึงสิบเท่า โดยเริ่มเกาะติดไทโรซีนกับ tRNA อย่างรวดเร็วซึ่งจะถ่ายโอนกรดอะมิโนนี้ไปยังไรโบโซมระหว่างการแปล

4. Subtilisins เป็นเอนไซม์ที่อุดมด้วยซีรีนซึ่งสลายโปรตีน พวกมันถูกหลั่งออกมาจากแบคทีเรียหลายชนิดและมนุษย์ใช้กันอย่างแพร่หลายในการย่อยสลายทางชีวภาพ พวกมันจับอะตอมแคลเซียมอย่างแน่นหนาเพื่อเพิ่มความเสถียร อย่างไรก็ตามในกระบวนการทางอุตสาหกรรมมีสารประกอบทางเคมีที่จับกับแคลเซียมหลังจากนั้นซับติลิซินจะสูญเสียกิจกรรมไป โดยการดัดแปลงยีน นักวิทยาศาสตร์ได้กำจัดกรดอะมิโนออกจากเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการจับตัวกับแคลเซียม และแทนที่กรดอะมิโนตัวหนึ่งด้วยอีกตัวหนึ่งเพื่อเพิ่มความเสถียรของซับติลิซิน เอนไซม์ที่ได้รับการดัดแปลงนั้นมีความเสถียรและทำงานได้ภายใต้สภาวะที่ใกล้เคียงกับอุตสาหกรรม

5. มีการแสดงความเป็นไปได้ในการสร้างเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เหมือนเอนไซม์จำกัดที่แยก DNA ในตำแหน่งที่กำหนดอย่างเคร่งครัด นักวิทยาศาสตร์สร้างโปรตีนลูกผสมขึ้นมา โดยชิ้นส่วนหนึ่งสามารถจดจำลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์ที่ตกค้างในโมเลกุล DNA และ DNA ที่กระจัดกระจายอีกชิ้นในภูมิภาคนี้

6. Tissue plasminogen activator เป็นเอนไซม์ที่ใช้ในทางคลินิกเพื่อละลายลิ่มเลือด น่าเสียดายที่มันถูกกำจัดออกจากระบบไหลเวียนโลหิตอย่างรวดเร็ว และต้องฉีดซ้ำๆ หรือในปริมาณมาก ซึ่งทำให้เกิดผลข้างเคียง ด้วยการแนะนำการกลายพันธุ์แบบกำหนดเป้าหมายสามครั้งในยีนของเอนไซม์นี้ เราจึงได้เอนไซม์ที่มีอายุยืนยาวซึ่งมีความสัมพันธ์กับไฟบรินที่สลายตัวเพิ่มขึ้นและมีฤทธิ์ละลายลิ่มเลือดเช่นเดียวกับเอนไซม์ดั้งเดิม

7. ด้วยการแทนที่กรดอะมิโนหนึ่งตัวในโมเลกุลอินซูลิน นักวิทยาศาสตร์มั่นใจได้ว่าเมื่อฮอร์โมนนี้ถูกฉีดใต้ผิวหนังให้กับผู้ป่วยโรคเบาหวาน การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของฮอร์โมนในเลือดจะใกล้เคียงกับความเข้มข้นทางสรีรวิทยาที่เกิดขึ้นหลังรับประทานอาหาร

8. อินเตอร์เฟียรอนมีสามประเภทที่มีฤทธิ์ต้านไวรัสและมะเร็ง แต่มีลักษณะเฉพาะที่แตกต่างกัน การสร้างอินเตอร์เฟอรอนแบบลูกผสมที่จะมีคุณสมบัติเหมือนกับอินเตอร์เฟอรอนทั้งสามประเภทเป็นเรื่องที่น่าดึงดูดใจ ยีนลูกผสมถูกสร้างขึ้นซึ่งรวมถึงชิ้นส่วนของยีนอินเตอร์เฟอรอนตามธรรมชาติหลายประเภท ยีนเหล่านี้บางส่วนถูกรวมเข้ากับเซลล์แบคทีเรีย ทำให้สามารถสังเคราะห์อินเตอร์เฟอรอนลูกผสมซึ่งมีฤทธิ์ต้านมะเร็งได้ดีกว่าโมเลกุลต้นกำเนิด

9. ฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์ตามธรรมชาติไม่เพียงจับกับตัวรับของฮอร์โมนนี้เท่านั้น แต่ยังจับกับตัวรับของฮอร์โมนอื่น - โปรแลคตินด้วย เพื่อหลีกเลี่ยงผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ในระหว่างการรักษา นักวิทยาศาสตร์จึงตัดสินใจขจัดความเป็นไปได้ที่ฮอร์โมนการเจริญเติบโตจะเกาะติดกับตัวรับโปรแลคติน พวกเขาบรรลุเป้าหมายนี้โดยการแทนที่กรดอะมิโนบางชนิดในโครงสร้างหลักของฮอร์โมนการเจริญเติบโตโดยใช้พันธุวิศวกรรม

10. ในขณะที่พัฒนายาต้านการติดเชื้อ HIV นักวิทยาศาสตร์ได้รับโปรตีนลูกผสม ซึ่งชิ้นส่วนหนึ่งรับประกันการจับเฉพาะของโปรตีนนี้กับเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ได้รับผลกระทบจากไวรัสเท่านั้น ส่วนอีกชิ้นหนึ่งดำเนินการแทรกซึมของโปรตีนลูกผสมเข้าไปในเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ และ ส่วนอีกส่วนหนึ่งขัดขวางการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ ซึ่งนำไปสู่การเสียชีวิตของเธอ

โปรตีนเป็นเป้าหมายหลักของยา ปัจจุบันทราบเป้าหมายการกระทำยาประมาณ 500 รายการ ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า จำนวนของพวกเขาจะเพิ่มขึ้นเป็น 10,000 ซึ่งจะทำให้สามารถสร้างยาใหม่ที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัยยิ่งขึ้นได้ เมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการพัฒนาแนวทางใหม่ในการค้นคว้ายาโดยพื้นฐาน ไม่ใช่โปรตีนเดี่ยว แต่เชิงซ้อน ปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนและโปรตีน และการพับโปรตีนถือเป็นเป้าหมาย

บทสรุป

การประยุกต์ใช้วิศวกรรมโปรตีนอีกด้านคือการสร้างโปรตีนที่สามารถต่อต้านสารและจุลินทรีย์ที่สามารถใช้ในการโจมตีทางเคมีและชีวภาพได้ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ไฮโดรเลสมีความสามารถในการทำให้ทั้งก๊าซประสาทและยาฆ่าแมลงที่ใช้ในการเกษตรเป็นกลาง นอกจากนี้การผลิต การเก็บรักษา และการใช้เอนไซม์ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์

การกลายพันธุ์ทางวิศวกรรมโปรตีนได้รับการแก้ไข

อ้างอิง

1. วิศวกรรมโปรตีน

2. วิศวกรรมโปรตีน ความลึกลับของพันธุศาสตร์ /Vyacheslav Markin // ความลับปริศนาข้อเท็จจริง

3. วิศวกรรมโปรตีน // สารานุกรมรัสเซียผู้ยิ่งใหญ่

4. วิศวกรรมโปรตีน // คู่มือนักเคมี 21.

5. วิศวกรรมโปรตีนและประสิทธิผลของยา

6. วิศวกรรมโปรตีน / เอไอ Kornelyuk // ไบโอโพลีเมอร์และเซลล์.

7. วิศวกรรมโปรตีนจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของยา //กลศาสตร์ยอดนิยม.

8. วิศวกรรมโปรตีน การรับอินซูลิน // Biofile - นิตยสารวิทยาศาสตร์และข้อมูล

9. เทคโนโลยีชีวภาพ. ทิศทางหลักและความสำเร็จ // ชีววิทยาสำหรับผู้สมัครและอาจารย์.

10. บ็อกดานอฟ เอ.เอ., เมดนิคอฟ บี.เอ็ม. อำนาจเหนือยีน / A. A. Bogdanov, B. M. Mednikov - M.: การศึกษา, 1989 - หน้า 208

11. พันธุวิศวกรรม. // สุขภาพ.

12. ยีนและนักเคมี // พันธุศาสตร์.

13. Glick B., Pasternak J. เทคโนโลยีชีวภาพระดับโมเลกุล. หลักการและการนำไปใช้ / บี. กลิค, เจ. ปาสเติร์นัค. - ม.: มีร์, 2545.

14. การประยุกต์พันธุวิศวกรรมด้านอื่น ๆ / ล.วี. Timoschenko, M.V. ชูบิก // การแพทย์ - ข่าวสารและเทคโนโลยี

15. เอโกโรวา ที.เอ., คลูโนวา เอส.เอ็ม., ซิวูคิน อี.เอ. พื้นฐานของเทคโนโลยีชีวภาพ / ที.เอ. Egorova, S.M. คลูโนวา, อี.เอ. จิวูคิน - ม., 2546

16. วิศวกรรมโปรตีน. // เคมีและเทคโนโลยีชีวภาพ.

17. ปาทรุชอฟ แอล.ไอ. การแสดงออกของยีน / L.I. Patrushev - M.: Nauka, 2000. - 496 หน้า

18. ปาทรุชอฟ แอล.ไอ. ระบบพันธุกรรมประดิษฐ์ ต. 1: พันธุวิศวกรรมและโปรตีน /แอล.ไอ. Patrushev - M.: Nauka, 2004. - 526 หน้า

19. ริบชิน วี.เอ็น. ความรู้พื้นฐานพันธุวิศวกรรม: หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย/V.N. Rybchin - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: สำนักพิมพ์ของมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก, 2545 - 522 หน้า

20. สเตปานอฟ วี.เอ็ม. อณูชีววิทยา. โครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน / วี.เอ็ม. Stepanov - M.: โรงเรียนมัธยมปลาย, 1996

21. เทคโนโลยีเทคโนโลยีชีวภาพ: วิศวกรรมโปรตีน นาโนเทคโนโลยีชีวภาพ ไบโอเซนเซอร์ และไบโอชิป / Evgenia Ryabtseva // “ เทคโนโลยีชีวภาพเชิงพาณิชย์” - นิตยสารออนไลน์

22. Chernavsky D.S., Chernavskaya N.M. โปรตีนเป็นเครื่องจักร โครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยา / ดี.เอส. Chernavsky, N. M. Chernavskaya - M .: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยแห่งรัฐมอสโก, 1999

23. ชูลท์ซ จี.อี., เชอร์เมอร์ อาร์.เอช. หลักการจัดระเบียบโครงสร้างของโปรตีน / จี.อี. ชูลทซ์, R.H. Schirmer - M.: มีร์, 1982.

24. แบรนนิแกน เจ.เอ., วิลคินสัน เอ.เจ. วิศวกรรมโปรตีน 20 ปีบน // บทวิจารณ์ธรรมชาติ ชีววิทยาเซลล์โมเลกุล 2545. ฉบับ. 3. หมายเลข 12;

25. วิศวกรรมโปรตีน. //วิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

โพสต์บน Allbest.ru

เอกสารที่คล้ายกัน

สาระสำคัญและหน้าที่ของพันธุวิศวกรรมประวัติความเป็นมาของการพัฒนา เป้าหมายของการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม มลพิษทางเคมีอันเป็นผลมาจาก GMOs การได้รับอินซูลินของมนุษย์ถือเป็นความสำเร็จที่สำคัญที่สุดในด้านสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 18/04/2556

การเกิดขึ้นของเทคโนโลยีชีวภาพ ทิศทางหลักของเทคโนโลยีชีวภาพ พลังงานชีวภาพเป็นสาขาหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพ ความสำเร็จในทางปฏิบัติของเทคโนโลยีชีวภาพ ประวัติความเป็นมาของพันธุวิศวกรรม เป้าหมาย วิธีการ และเอนไซม์ของพันธุวิศวกรรม ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรม

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 23/07/2551

ความเป็นไปได้ของพันธุวิศวกรรมพืช การสร้างพืชต้านทานสารกำจัดวัชพืช เพิ่มประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงและการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ การปรับปรุงคุณภาพของโปรตีนในการจัดเก็บ ความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อม การแพทย์ และเศรษฐกิจสังคมของพันธุวิศวกรรม

ทดสอบเพิ่มเมื่อ 12/15/2554

สาระสำคัญของพันธุวิศวกรรม วิธีการระบุสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม การผลิตและเทคโนโลยีของ GMOs ความแตกต่างจากการปรับปรุงพันธุ์แบบดั้งเดิม ข้อดีและข้อเสีย สถานะและโอกาสในการพัฒนาตลาดสินค้าดัดแปลงพันธุกรรมในโลก

งานหลักสูตร เพิ่มเมื่อ 11/20/2010

พันธุวิศวกรรมเป็นวิธีหนึ่งของเทคโนโลยีชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยเกี่ยวกับการปรับโครงสร้างจีโนไทป์ ความเป็นไปได้ของพันธุวิศวกรรม อนาคตสำหรับพันธุวิศวกรรม ลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีทางพันธุกรรม

บทคัดย่อเพิ่มเมื่อ 09/04/2550

พันธุวิศวกรรม: ประวัติความเป็นมา ลักษณะทั่วไป ข้อดีและข้อเสีย ทำความคุ้นเคยกับวิธีการทางพันธุวิศวกรรมล่าสุดและการนำไปใช้ในการแพทย์ การพัฒนาพันธุวิศวกรรมด้านการเลี้ยงปศุสัตว์และสัตว์ปีก การทดลองกับหนู

งานหลักสูตร เพิ่มเมื่อ 07/11/2012

ลำดับเทคนิคทางพันธุวิศวกรรมที่ใช้ในการสร้างสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม การจำแนกประเภทของเอนไซม์จำกัดประเภทหลักที่ใช้สำหรับการกระจายตัวของดีเอ็นเอ เอนไซม์ที่สังเคราะห์ DNA บนเทมเพลต DNA หรือ RNA

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 27/04/2014

แก่นแท้ของพันธุศาสตร์และวิศวกรรมเซลล์ ภารกิจหลักของการดัดแปลงพันธุกรรมของพืช การวิเคราะห์ความเป็นอันตรายของการบริโภคเป็นอาหาร คุณสมบัติของการผสมพันธุ์ระหว่างเซลล์พืชและสัตว์ กลไกการรับสารยาโดยใช้พันธุวิศวกรรม

การนำเสนอเพิ่มเมื่อ 26/01/2014

งานหลักสูตร เพิ่มเมื่อ 05/10/2011

พื้นฐานและเทคนิคของการโคลนดีเอ็นเอ ขั้นตอนของพันธุวิศวกรรมของแบคทีเรีย การพัฒนาพันธุวิศวกรรมของพืช การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมและการปรับปรุงพืชโดยใช้อะโกรแบคทีเรีย แหล่งที่มาของยีน ความปลอดภัยของพืชดัดแปลงพันธุกรรม

การประยุกต์ใช้วิศวกรรมโปรตีนอีกด้านคือการสร้างโปรตีนที่สามารถต่อต้านสารและจุลินทรีย์ที่สามารถใช้ในการโจมตีทางเคมีและชีวภาพได้ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ไฮโดรเลสมีความสามารถในการทำให้ทั้งก๊าซประสาทและยาฆ่าแมลงที่ใช้ในการเกษตรเป็นกลาง นอกจากนี้การผลิต การเก็บรักษา และการใช้เอนไซม์ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของมนุษย์

ไลบรารีเปปไทด์และอีพิโทป

บทความที่เกี่ยวข้อง