蛋白质工程提高蛋白质稳定性的研究进展

蛋白质工程提高蛋白质稳定性的研究进展

摘要：提高蛋白质的稳定性已经成为生物学以及蛋白质工程领域的研究热点。蛋白质工程的基本目标是按预期的结构和功能，通过分子设计和DNA重组技术对现有蛋白质加以定向改造、设计、构建并最终生产出性能比天然蛋白质更加优良、更加符合人类社会需要的新型蛋白质。在蛋白质工程的研究中，提高蛋白质稳定性是一个重要目标。本文具体阐述了蛋白质不稳定的原因、提高蛋白质稳定性的途径以及目前的一些方法，着重讲了蛋白质工程技术中的理性设计。最后对现阶段关于提高蛋白质稳定性的研究进行了总结。

关键词：蛋白质工程；蛋白质；稳定性

Abstract: It has already been a research hotpot in the biology and protein engineering to improve the stability of the protein. The basic goal of protein engineering is to produce a protein which is better than the nature protein through the molecular design and DNA recombination technology, based on the expected structure and function. The new protein is more in the line with the human society’s needs. In this paper, the reasons which lead to protein’s instability, the ways to improve the stability of protein, and the process in the protein stability research are detailedly presented. And the emphasis is on the rational design. In the end, the present research in improving the stability of protein is summarized.

Keywords: protein engineering; protein; stability

前言

蛋白质工程是以蛋白质的结构与功能的关系研究为基础，利用基因工程技术对现存蛋白质加以改造，组建成新型蛋白质的现代生物技术。蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的，所以只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能通过改变氨基酸达到改造蛋白质的目的。蛋白质有很多生物学特性，其多种多样的生物学功能与其特定的空间构象密切相关，当蛋白质的构象发生变化时，会使其功能活性也随之改变。对于

蛋白质而言，其稳定性是非常重要的。因此，蛋白质工程在维持蛋白质稳定性上起到了至关重要的作用[1]。

目前对许多蛋白，如T4溶菌酶和芽孢杆菌RNA酶已有系统研究，揭示了影响稳定性的一些重要结构因素。并用于改善重要的工业用酶的稳定性。随着突变方法、突变体高通量筛选技术、基因结构与功能研究的突破。特别是PCR技术的进一步成熟，DNA改组技术更加成熟．使得DNA改组成为蛋白质体外分子进化的主流技术。DNA改组或家族改组是通过单个基因或多个家族基因产生同源重组的突变库．并结合有效的筛选策略获得具有目标性状的蛋白。DNA改组技术具有许多重要优点。例如不需要事先了解结构信息，也不需要了解蛋白质的功能关系，其缺点是需要配合快速、可靠的鉴别突变体的方法。

1 影响蛋白质稳定性的因素

1.1 疏水相互作用

在水介质中球状蛋白质的折叠总是倾向于把疏水残基埋藏在分子的内部，这一现象被称为疏水相互作用。疏水相互作用并不是疏水基团之间的吸引力，而是疏水基团或疏水侧链出于避开水的需要而被迫接近。疏水相互作用主要影响蛋白质的构象熵，是蛋白质三级结构的形成和稳定中最重要的一个因素[2]。

1.2 氢键

氢键是指氢供体和氢受体的之间距离不超过3A，并且氢供体与氢受体之间的夹角小于90o时形成的非共价键。氢供体与氢受体广泛存在于蛋白质的主链、侧链以及蛋白质周围的水分子中，因此在多肽链内以及蛋白质与周围的水介质之间都可以形成氢键。在蛋白质内部形成一个氢键所获得平均能量约为0.6 kcaL/mol[3]。

1.3 离子键

带有相反电荷的氨基酸残基之间的静电力称为离子键或盐键(ionic bond)，离子键对蛋白质的热稳定性具有非常重要的作用阳。Das等[4]系统比较了12个物种的基因组(其中4个嗜热古细菌、1个嗜热细菌、1个真核生物、6个中温细菌)，发现在嗜热菌中的蛋白质以及蛋白质的α-螺旋区含有的三种带电荷的氨基酸(主要是Glu、Lys和Arg)的数量要明显高于中温菌。这些增加的带电荷氨基酸可以

在螺旋内部或是在螺旋之间形成更多的盐键，这对于维系嗜热蛋白质的稳定性起到非常关键的作用。

1.4 芳香环的相互作用

芳香环相互作用主要包括阳离子和芳香环(cation-π)之间以及芳香环与芳香环之间的相互作用。Cation-π相互作用主要是带正电荷离子与芳香环的相互作用，这种相互作用较离子键的能量要高两倍。研究表明，超过70％的精氨酸残基的侧链附近都有芳香族氨基酸的侧链存在，而位于蛋白质表面的色氨酸有大约30％都与阳离子有相互作用[5]。通过系统比较900个中温蛋白质以及300个嗜热蛋白质的三维结构发现，嗜热蛋白质结构中cation-π键出现的频率要远远高于中温蛋白质[6]，这种相互作用可以提高蛋白质对热的适应性。芳香环与芳香环之间的相互作用是指两个芳香类氨基酸(Trp、Tyr以及Phe)苯环中心的距离不超过7.0A时产生的相互作用，通常这些芳香类氨基酸包埋或部分包埋在蛋白质的疏水核心，对蛋白质的热稳定性会产生重要的影响[5]。

1.5 二硫键

二硫键(disulfide bond)可通过降低蛋白质解折叠状态的熵值来达到稳定蛋白质结构的目的，也是影响蛋白质热稳定性的关键因素。利用突变技术在酶分子中的合适位置引入二硫键可以显著提高蛋白质的热稳定性。如利用软件Disulfide by Design在来源于Rhizomucor miehei的脂肪酶的第96及106位氨基酸处设计了一个二硫键，使该酶的半衰期延长了2～4.8倍[7]。

2 提高蛋白质稳定性的基本途径

2.1 填充疏水内核

疏水侧链的内埋使其屏蔽于溶剂分子．是蛋白质折叠的驱动力和构象稳定的重要因素。天然蛋白质的疏水内核虽然是密集的．但也常常有空隙存在。过去在对Barnase的研究中发现，通过定位突变技术在疏水内核中引入空隙。使得酶分子的稳定性显著降低。反之。通过减少疏水内核的空隙，可以提高蛋白质的稳定性。然而疏水效应在影响分子稳定性的同时．主链张力所产生的能量对稳定性也有显著作用．因此，通过这种途径稳定蛋白质需要同时兼顾这两种作用。实际上，从目前来看．这种方法虽在理论上具有可行性。但是实践中效果并不显著。甚至

有许多困难[8]。

2.2 减少非折叠的构象

通过引进二硫键，替换Gly，增加Pro，达到减少非折叠构象的目的。蛋白质非折叠构象的数量越大，折叠成单一天然态所消耗的焓越高，因此减少非折叠构象的数量可以提高蛋白质的稳定性。其中最有效的方法是引入二硫键。引入的半胱氨酸之间的环链越长，非折叠结构受到的约束就越强，结构也越稳定。但是，通过蛋白质工程途径引进二硫键时，不能简单、随意地选取在空间上相近的2个残基位置，必须分析它们是否符合形成张力-S-S-键的条件。例如在T4溶菌酶中引入二硫键，可显著提高其热稳定性。

将Gly突变成其它氨基酸或增加蛋白质的数量，是减少非折叠构象以提高稳定性的又一条有效途径。这主要是因为Gly没有侧链。所以具有比其它氨基酸残基更大的构象自由度。脯氨酸的侧链共价固定在主链上。具有比其它残基更少的自由度，因而对稳定蛋白质构象有非常重要的作用。对于突变位置必须严格选择．避免引起折叠构象中的主链构象变化或破坏已有的侧链相互作用。值得注意的是。这种通过突变引起熵变的效应是加和性的，许多这种突变的联合效应会显著增加一个蛋白质的稳定性。

2.3 蛋白质表面和表面静电相互作用

有学者研究表明。蛋白质的表面和表面静电对于蛋白质的稳定性具有重要的影响。静电相互作用的大网络存在以及较高的低聚体的存在被推测是有利于蛋白质的稳定性，这是因为在许多嗜极端条件的酶上发现了这个现象。

2.4 稳定α螺旋

α螺旋作为一个偶极子在N端带正电荷，而在C端带负电荷，通过残基替换来稳定α螺旋偶极子，是提高蛋白质稳定性的又一条有效途径。

3 蛋白质工程提高蛋白质稳定性的方法

蛋白质的热稳定性是蛋白质在生物催化过程中执行许多新功能性质的先决条件。许多蛋白质工程方法被应用于提高蛋白质稳定性的设计中。目前提高蛋白质稳定性的方法主要有理性设计和组合设计。

3.1 理性设计提高蛋白质热稳定性

所谓蛋白质理性设计是基于对蛋白质结构和功能关系的认识，通过定点饱和突变技术改造蛋白质的一种方法。

进行蛋白质的理性设计意味着在突变之前，人们需要进行仔细的考虑与推测，选择特定位点进行突变。该个方法通常要求有蛋白质三维结构，并且要求对蛋白质的催化机理、结构和功能的关系以及酶的热稳定性机制有深入的了解。由于人的理性参与，可以在较短的时间内设计并得到性质改善的突变体。理性设计获得的结果可以反过来扩充人们对于蛋白质结构和功能的认识。但是由于目前人们对酶的催化机制以及酶热稳定性机制的认识有限，理性设计的应用范围受到很大的限制。到现在为止应用比较成功的方法主要有以下几种：

3.1.1 蛋白质表面电荷的优化策略

蛋白质通常是在内部形成一个疏水核心，而在其表面分布着一些带电荷的氨基酸，这些分布在蛋白质表面的带电荷氨基酸之间可以通过电荷之间的相互作用，给蛋白质形成一个保护网，增加蛋白质对高温的抗性。因此通常可以通过对蛋白质表面带电荷的氨基酸进行重新设计优化，使其表面的电荷分布更加合理，从而提高其热稳定性。

3.1.2 同源比对的策略

研究发现，在嗜热蛋白质与其同源的中温蛋白质之间往往具有较高的相似性(通常可达到40％～80％)[9]，因此，可以通过比较热稳定性高的蛋白质与热稳定差的蛋白质的序列，找出与热稳定性相关的氨基酸位点，然后对其进行突变，进而可以提高中温蛋白质的热稳定性。

3.1.3 基于二硫键的设计策略

在蛋白质特定位置上的二硫键可以对蛋白质的热稳定性起到至关重要的作用。它主要通过降低蛋白质解折叠状态的熵值来达到稳定蛋白质结构的目的。

3.1.4 温度因子的策略

温度因子(B-factor)的概念起源于晶体研究，主要是用来体现晶体中原子构象状态的一种“模糊度”(diffusion)。这个“模糊度”实际上反映了蛋白质分子在晶体中的构象状态。B-factor越高，“模糊度”越大，相应部位的构象就越不稳定或柔性越强。在晶体学数据中，B-factor一般是以原子为单位给出的，通常我们将其换算成相应氨基酸残基的B-factor，从而可以分析氨基酸残基的构象稳

定性或其柔性。研究发现，将蛋白质结构中B-factor值较高的氨基酸突变后，部分突变体的热稳定性可以得到明显的提高。因此有些研究也利用机器学习算法来预测B-factor，从而辅助突变位点的设计。

3.1.5 脯氨酸效应的设计策略

脯氨酸是组成蛋白质的20种氨基酸中非常特殊的一个，它包含一个亚氨基、一个羧基及一个吡咯烷环侧链。由于其N原子位于吡咯烷环上，使得Cα-N单键不能旋转，因而不可能形成仅α-螺旋所需的ψ角，加上脯氨酸没有N-H基，其侧链又阻止自身C=0基接近主链骨架的N-H基，不能生成维持α-螺旋构象所需的氢键，因此脯氨酸是α-螺旋的最大破坏者。在多肽链中，脯氨酸不仅限制自身的(ψ，Ψ)值，也限制前一个氨基酸的(ψ，Ψ)值。脯氨酸的N-Cα旋转受到吡咯烷环的束缚，因而具有更小的构象自由度，且限定其前面氨基酸只有有限的构象空间，这说明脯氨酸的引入可以降低蛋白质去折叠时的骨架熵，即增加蛋白质的刚性。与脯氨酸相对应的氨基酸为甘氨酸，由于该氨基酸没有侧链，具有灵活构象，它的(ψ，Ψ)值有较大的选择范围，可增加蛋白质的柔性。因此有研究表明，在蛋白质构象不稳定的区段如β-转角或无规卷曲中引入脯氨酸，可以提高蛋白质热稳定性。

3.1.6 基于蛋白质解析折叠自由能的设计策略

蛋白质解折叠自由能(ΔGu)是蛋白质热动力学参数中最重要的参数，也是反应蛋白质热稳定性的一个通用指标，因此许多关于蛋白质热稳定性的研究都是利用生物信息学的方法来模拟突变对蛋白质解折叠自由能(ΔGu)的影响，即ΔΔGu.当ΔΔGu的值大于零时，表明该突变对蛋白质的热稳定性有正效应，反之有负效应。其中ΔΔGu的数据主要是来自于ProTherm数据库.

3.2 组合设计提高蛋白质稳定性

组合设计是通过一种策略使得在基因水平上产生差异化，同时需要大量的高通量筛选来鉴别设计是否成功。其目标是在于通过在蛋白质随机微点引入随机突变来提高蛋白质的稳定性。组合设计相较于理性设计的优点在于不需要详细的蛋白质残基信息和知识，但是，从大量的组合产生的变异体集合中，有效鉴别稳定性提升的蛋白质是极为重要的，因为鉴别筛选工作非常的重要。组合设计方法又称为分子进化，是一种非理性设计方法。其需要配以高通量筛选技术和选择方法

定向选择出稳定性提高的蛋白质，从而体现该方法的有适合特点。利用组合设计方法，配以荧光检测仪、圆二色谱分析、DSC等检测仪器，获得精确的蛋白质去折叠曲线，从而考察蛋白质的稳定性。

通过应用选择方法，组合容错PCR技术和DNA改组技术，Hecky等[10]将β-内酰胺酶的最适温度从35℃提高到65℃。有文献报道，用该方法对酯酶进行定向进化，经6个循环突变，Tm值增加14℃以上。

4 蛋白质工程技术提高蛋白质稳定性研究进展

4.1 环糊精葡萄糖基转移酶热稳定性的研究

环糊精葡萄糖基转移酶是由芽孢类细菌产生的一类酶，主要出现在杆状细菌中。是一种重要的环糊精生产工业用酶，该转移酶能进行环化、偶合、歧化、水解4种反应。环糊精广泛的用于食品、医药、化妆品、农业和化学工业等生产领域，为了提高环糊精的产量，需要环糊精葡萄糖基转移酶具有更高的热稳定性。傅毅等[11]首先使用分子动力学模拟研究环糊精葡萄糖基转移酶的热稳定性，以补充实验上不易获得的原子能级和时间相关的信息。使用同源建模方法构建环糊精葡萄糖基转移酶及其突变体的三维结构，研究氨基酸的突变对环糊精葡萄糖基转移酶耐热性的影响，用CHARMM能量计算环糊精葡萄糖基转移酶及其突变体的能量与酶蛋白热稳定性之间的关系。实验结果证明基酸残基经过突变，突变型比野生型含带电残基更多。相应的，在蛋白天然结构中突变型环糊精葡萄糖基转移酶中，盐桥数量增加了10％。这些电荷之间、非极性残基之间的非共价键作用力的增强，提高了突变体的刚性，降低了突变体蛋白质分子的总能量，最后增加突变体蛋白质的耐热性。

此外，傅毅等[12]在2012年采用分子动力学模拟取样研究了环糊精葡萄糖基转移酶的N-端环状区域中氢键与盐桥对其耐热性的影响作用，得到的结果说明在蛋白质环糊精葡萄糖基转移酶中合适的位置增加带电氨基酸数量，增强电荷间静电相互作用，对于提高环糊精葡萄糖基转移酶的热稳定性是有效的。

4.2 内含肽介导的蛋白质环化提高蛋白质稳定性的研究

内含肽介导的蛋白质主链骨架环化是一种稳定蛋白质的新方法。在内含肽的作用下，蛋白质的N端和C端生成一个天然的肽键，达到蛋白质环化的目的。环

化可以减小蛋白质构象的熵值，从而使蛋白质更加稳定。1999年Scott等[13]使用DnaE内含肽在体内环化了大肠杆菌的二氢叶酸还原酶和有8个氨基酸的酪氨酶抑制子川狼毒素F。环化了的二氢叶酸还原酶在体外展现出了更高的热稳定性和对蛋白酶的抗性；川狼毒素F则在体内实现了环化，并且它可以抑制重组的酪氨酶。同年，Andreas等成功地在体外环化了β内酰胺酶，骨架的环化提高了此酶的稳定性。

4.3 W544F定点突变提高苏云金杆菌CrylAc蛋白的稳定性的研究

W544是CrylAc蛋白上独特于其它Cry类蛋白的一个氨基酸，它与F578和F604一起组成一个“螺旋桨状”的疏水簇，通过疏水相互作用维持蛋白的三维结构稳定。王发祥等[14]通过定点突变将W544保守地替换为苯丙氨酸，SDS—PAGE分析结果表明其纯化的原毒素对紫外照射、胰蛋白酶处理和室温存贮的稳定性相对于野生CrylAe都有一定程度的提高；经原子力显微镜观察，发现W544F 产生的晶体两个顶点间的垂直距离比野生型Cryl Ac约长0.6 μm，且晶体表面不及野生型光滑；此外，W544F与野生CrylAc的杀虫活性相似，但经过紫外光照射9 h后，其保留的杀虫活性比野生型高4倍以上。W544F突变较好地解决了Cryl Ae毒素蛋白在田间应用的不稳定性问题。

4.4 定点突变技术提高植酸酶的稳定性

有学者对E.coli pH12.5酸性磷酸酶进行定点突变，用天冬氨酸替代酶蛋白多肽链中的几个氨基酸残基，增加酶分子潜在的糖基化位点的数目。突变体基因在P.pastoris中表达，得到了糖基化程度、酶活性及热稳定性改变很大的突变体植酸酶。近年来的研究也表明，单一氨基酸的替换可以改变酶蛋白的热稳定性，尤其是蛋白质残基对改善热稳定性的作用尤为显著。

5 结语

影响蛋白质稳定性的因素非常复杂，通过研究蛋白质结构与功能之间的关系，特别是三维结构对于稳定性的关系，采用蛋白质工程对天然蛋白质进行突变改造，以期获得目标稳定性。通过蛋白质设计方法对突变体进行筛选，获得高表达的突变体，生产适合工业化应用的高稳定性蛋白质。目前，相关的研究正在进行中。然而，尽管文章中所提到的一些蛋白质工程技术方法在提高一些蛋白质的

稳定性上得到了成功的应用，但是由于影响蛋白质热稳定性的因素多且复杂，加之现阶段蛋白质热稳定性的相关数据很少，且蛋白质的热稳定性和其活性的最适温度之间的关系又是一个大问题。因此，蛋白质稳定性的研究仍然是现代计算生物学家及蛋白质工程学家努力的方向。

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蛋白质结构与功能的研究进展

《生物化学》课程论文 姓名：曹SS 学号：11310300SS 专业：SS教育 成绩： SS学院生命科学学院 2015年 1 月 1 日

文献综述 蛋白质结构与功能的研究进展 学生：曹SS 指导老师：杜SS 【摘要】人类基因组计划即将完成。虽然基因组的序列作为信息库拥有大量的、重要的生物信息资源，但并不是基因本身,而是基因组所编码的蛋白质才能够直接参与和指导绝大多数的生物学过程。毫无疑问，只有阐明蛋白质的作用机理，才能够真正理解基因的功能。蛋白质结构与功能关系的揭示将有助于人类对于如生殖、发育、疾病等生命活动的基本机理的了解。同时，将对于人类疾病的防治和药物的发明具有重要的指导意义。 【关键词】蛋白质；结构；功能 1.引言 在人类进人21世纪新纪元之际,生命科学也迎来一个崭新的时代,即“后基因组时代(Post一genome era)”。在这一时代中,生命科学的中心任务是揭示基因组及其所包含的全部基因的功能,并在此基础上阐明遗传、发育、进化、功能调控等基本生物学问题,以及进一步解决与医学、环境保护、农业密切相关的问题。由于基因的功能最终总是通过其表达产物—蛋白质来实现的,因此,要了解基因组全部功能活动,最终也必须回到蛋白质分子上来。现已知道,以蛋白质为主体的生物大分子的功能主要决定于它们的三维结构,所以也有人认为当代生物学研究已经进人了“结构基因组时代(structural genomics era)”。目前,我们还不可能只用基因组DNA的一维序列去确定生命活动的机理(mechanism)和途径(path-way),也难以仅用基因的信息去解释疾病发生与发展的分子机理。显然,在人类基因组之后的时代,在有关生命活动整合知识的指导下,以蛋白质及其复合物、组装体为主体的生物大分子的精细三维结构及其在分子、亚细胞、细胞和整体水平上的生物学功能的研究是生命科学的重大前沿课题,也是当前生物学领域中最具有挑战性的任务之一,在后基因组时代生物学发展中处于战略性的关键地位。因此,在从现在到今后的5到15年中,我国在重点基础研究发展的战略性规划中,不失时机地组织精干的结构生物学研究队伍,开展对重要功能基因表达产物—蛋白质及其复合物、组装体的结构与功能的研究具有重要的科学意义,是推动我国生物学研究在21世纪生物学领域占据一席之地的必要措施[1]。 另外，以蛋白质为主体的生物大分子及其复合物和组装体三维结构与功能关系研究是生

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改性沥青的研究进展 黄　彬,马丽萍,许文娟 (昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明650093) 摘要 为了得到性能更优良的改性沥青,越来越多的材料被用作改性沥青改性剂,同时新的评价标准和方法及其他领域的新化学分析方法也被用来更完整准确地评价改性沥青的性能。总结了国内外改性沥青的研究现状及进展,从改性机理、性能影响因素及评价方法等方面来介绍各种改性沥青的概况,并概述了改性沥青的发展方向。 关键词 改性沥青　改性剂　机理　发展Rsearch Development of Modif ied Asphalt HUAN G Bin ,MA Liping ,XU Wenjuan (Faculty of Environmental Science and Engineering ,Kunming University of Science and Technology ,Kunming 650093) Abstract More materials ,as modifier ,are used to improve the properties of modified asphalt.Besides ,the new evaluation standards and methods ,new chemical analysis methods are used to evaluate the properties more com 2pletely and accurately.The situation and development of modified asphalt research at home and abroad are summa 2rized.From the aspcts of modification mechanism ,influencing factors and evaluation methods ,various modified as 2phalts are introduced ,and the development trend of modified asphalt technology is illustrated in the paper. K ey w ords modified asphalt ,modifier ,mechanism ,development 　黄彬:女,1986年生,硕士研究生,主要研究方向为固体废物资源化　E 2mail :binbin_huang @https://www.sodocs.net/doc/fc9441866.html, 马丽萍:女,1966年生,教 授,主要研究方向为工业废气污染控制、固废综合开发利用　E 2mail :lipingma22@https://www.sodocs.net/doc/fc9441866.html, 0　前言 普通道路沥青由于自身的组成和结构决定了其感温性能差,弹性和抗老化性能差,高温易流淌,低温易脆裂。而且在过去的10年中,车轴负荷增加、车流量增加、气候条件恶劣,难以满足高级公路的使用要求,必须对其改性以改善使用性能。在沥青或沥青混合料中加入天然或合成的有机或无机材料,熔融或分散在沥青中与沥青发生反应或裹覆在沥青集料表面,可以改善或提高沥青路面性能。 1　改性沥青的分类 在沥青的改性材料中,高分子聚合物是应用最广泛、研究最集中的一种。其他改性材料还有两大类:矿物质填料和添加剂。矿物质填料,如硅藻土、石灰、水泥、炭黑、硫磺、木质素、石棉和炭棉等,对沥青进行物理改性,可提高沥青抗磨耗性、内聚力和耐候性。添加剂,包括抗氧化剂和抗剥落剂,如有机酸皂、胺型或酚型抗氧化剂或阴、阳离子型或非离子型表面活性剂,可提高沥青粘附性、耐老化或抗氧化能力。聚合物改性沥青(PMA 、PMB ),按照改性剂的不同一般可分为3类:①热塑性橡胶类,即热塑性弹性体,主要是嵌段共聚物,如SBS 、SIS 、SE/BS ,是目前世界上最为普遍使用的道路沥青改性剂,并以SBS 最多;②橡胶类,如NR 、SBR 、CR 、BR 、IR 、EP 2DM 、IIR 、SIR 及SR 等,以胶乳形式使用,其中SBR 应用最为广泛;③树脂类,如EVA 、PE 、PVC 、PP 及PS 。 2　各种改性沥青及其发展现状 通过SCI 和EI 分别检索近15年来改性沥青在交通、建筑、材料、能源及环境等学科方面研究的文献情况,检索结果如图1、图2及表1、表2所示。根据表1、表2数据和图1、图2情况可以看出,近几年国内外对改性沥青的研究越来越多,尤其以SBS 和胶粉最为突出,出现了多种新型改性剂。下面 将分别介绍各种改性沥青及其发展现状。 图1　SCI 检索统计表 Fig.1　SCI search results 2.1　矿物质材料改性沥青 矿物质材料作改性剂的研究较少,主要为硅藻土、纳米 碳酸钙、矿渣粉、白炭黑等,可与基质沥青形成均匀、稳定的 共混体系以改善沥青性能[1] 。

蛋白质工程的现状发展及展望

蛋白质工程的现状发展及展望 摘要: 蛋白质工程是用分子生物学手段对蛋白质进行分子改造的技术。介绍了蛋白质工程的几种常用方法及其基本原理和研究进展。 关键词: 蛋白质工程;定点诱变; 定向进化 20世纪70年代以来, 对蛋白质的分子改造渐渐进入研究领域, 通过对蛋白质分子进行突变, 得到具有新的表型和功能或者得到比原始蛋白相对活力更高的突变体,对蛋白质的分子改造技术逐渐纯熟。蛋白质工程的主要技术分为理性进化和非理性进化,已经在农业、工业、医药等领域取得了较大的进展。 1.理性进化 理性进化主要是利用定点诱变技术, 通过在已知DNA序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段达到定点突变氨基酸残基的目的。运用该技术已有不少成功改造蛋白质的例子。Markus Roth通过同源性比对和定点突变技术, 对EcoR DNA甲基化酶进行改造,使其对胞嘧啶的亲和性增加了22倍。定点突变还主要应用于蛋白质结构和功能的研究方面。酰基载体蛋白(ACP)的主要作用是在单不饱和脂肪酸的特定位置引入双键, Caho通过定点突变研究, 发现将五个氨基酸残基置换之后的酶, 由6- 16 : 0- ACP脱氢酶变成9- 18 : 0- ACP脱氢酶。Van den Burg利用蛋白同源建模和定点突变技术结合的方法将从Bacillus stear other mophilus分离出来的嗜热菌蛋白酶突变, 得到的突变体稳定性提高了8倍, 100 在变性剂存在的情况下还能发挥作用,但是大部分单个氨基酸的改变对于整个蛋白的影响比较小,很难在高级结构上改变蛋白质的三级结构, 从而造成很大的影响, 所以在定点突变的基础上又出现了许多新的技术, 用于改造蛋白质分子。[1] 2.非理性进化 非理性蛋白质进化, 又称定向进化或者体外分子进化,在实验室中模拟自然进化过程, 利用分子生物学手段在分子水平增加分子多样性, 结合高通量筛选技术, 使在自然界中需要千百万年才能完成的进化过程大大缩短,在短期内得到理想的变异。这种方法不用事先了解蛋白质结构、催化位点等性质, 而是人为地制造进化条件, 在体外对酶的编码基因进行改造, 定向筛选, 获得具有预期特征的改良酶, 在一定程度上弥补了定点诱变技术的不足, 具有很大的实际应用价值。一个比较成功应用定向进化的例子是对红色荧光蛋白的改造。绿色荧光蛋白由于

改性沥青现状及发展前景

改性沥青现状及发展前景 1、改性沥青应用现状 普通道路石油沥青，由于原油成分及炼制：工艺等原因，其含蜡量较高，导致其具有温度敏感性强，与石料的粘附性差，低温延度小等缺点。用其铺筑的沥青路面，夏季较软，易出现明显车辙壅包等病害；冬季较脆，易出现低温开裂等病害；混合料的抗疲劳性能，抗老化性能较差。同时，由于经济的快速发展，普通沥肯混合料已不能满足高等级道路和特殊地点的重交通，大轴载，快速安全运输的需要。 1．1 改性沥青的应用背景和现状 据相关资料，20世纪60年代以前，沥青路面仅用于城市道路和专用公路，沥青材料主要是煤沥青和用进口原油提炼的石油沥青。20世纪70年代前后，在全国范围内曾采用渣油吹氧稠化，掺配特立尼达(TLA)或阿尔巴尼亚稠沥青等改性的方法，提高结合料稠度，配制成200号沥青铺筑以表面处治为主的沥青面层。1985年国内开展 了沥青中掺丁苯，氯丁橡胶，废轮胎粉等改性沥青和掺金属皂等改善混合料性能的研究试验工作，取得了成功的经验。1992年NovophaltPE现场改性技术的引入，对改性沥青的推广应用起到了促进作用，使改性沥青从研究试验逐步发展到生产应用。 1．2影响改性沥青应用的因素 生产施工工艺在聚合物改性沥青的大规模应用中起到了关

键性的作用。无论是聚合物改性，物理改性还是采用不同的沥青加工工艺都会增加较大的工程成本，在国内经济不发达地区的应用会受到一定的制约。 2、改性沥青的研究现状 目前国内的研究重点在新的改性剂和沥青改性剂的加工工艺上还有一部分研究是面向工程应用的，即研究在沥青集料改性剂确定的情况下，找出合适的级配，最佳沥青用量和改性剂用量以满足实际工程的要求。我国研究改性沥青已有多年的历史，也取得了丰富的成果，但至今仍有两个问题没有很好地解决： (1)没有形成对改性沥青和改性性能统一的评价标准； (2)国内没有形成统一的研究体系。 改性沥青的研究是一项长期的复杂的系统工作，要想取得突破性成果必须综合各研究机构的优势，形成统一的研究体系，比如美国l987年～l992年的大型系统工程SHRP计划等等。而相对于国内，研究工作往往由各高等院校，科研院所独立完成，没有统一的研究规划，配套工作滞后。另外由于各部门的利益关系，沥青改性的关键技术往往是秘而不宣的，在一定程度上造成人财物的巨大浪费。 3、改性沥青的应用前景 由于普通沥青已不能适应现代化路面的要求，性能良好的改性沥青必将在高等级路面中起到越来越重要的作用 3．1 SBS改性沥青将获得更广泛的应用 研究表明，SBS改性的优越性突出表现在具有双向改性作用，

蛋白质工程及其应用研究进展

蛋白质工程及其应用研究进展 摘要：蛋白质工程是生物工程中五大工程之一，本文对蛋白质工程作了简要概述，介绍了蛋白质工程的特点，并从蛋白质结构分析结构、功能的设计和预测、蛋白的创造和改造等方面对蛋白质工程研究内容进行详细论述，并以实例作了蛋白工程的应用。 关键词：蛋白质工程特点；研究内容；实际应用；展望 蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将不复存在。可是，生物体内存在的天然蛋白质，有的往往不尽人意，需要进行改造。由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。这种通过造成一个或几个碱基定点突变，以达到修饰蛋白质分子结构目的的技术，称为基因定点突变技术。 蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。其内容主要有两个方面：根据需要合成具有特定氨基酸序列和空间结构的蛋白质；确定蛋白质化学组成、空间结构与生物功能之间的关系。在此基础之上，实现从氨基酸序列预测蛋白质的空间结构和生物功能，设计合成具有特定生物功能的全新的蛋白质，这也是蛋白质工程最根本的目标之一。 目前，蛋白质工程尚未有统一的定义。一般认为蛋白质工程就是通过基因重组技术改变或设计合成具有特定生物功能的蛋白质。实际上蛋白质工程包括蛋白质的分离纯化，蛋白质结构和功能的分析、设计和预测，通过基因重组或其它手段改造或创造蛋白质。从广义上来说，蛋白质工程是通过物理、化学、生物和基因重组等技术改造蛋白质或设计合成具有特定功能的新蛋白质。 1概念 按人们意志改变蛋白质的结构和功能或创造新的蛋白质的过程。包括在体外改造已有的蛋白质，化学合成新的蛋白质，通过基因工程手段改造已有的或创建新的编码蛋白质的基因去合成蛋白质等。为获得的新蛋白具备有意义的新性质或新功

SBS改性沥青的性能与应用

SBS改性沥青的性能与应用 摘要：我国高速公路建设自改革开放以来，经历了从无到有，从起步到建设成高速公路网的翻天覆地变化。与此同时，传统的普通沥青已经很难适应现代对公路的高标准要求，而改性沥青的研制与应用则较好地解决了这一问题。本文主要通过介绍SBS改性沥青在高温、低温条件下的抗车辙、抗裂性能，与水稳定性，抗滑能力等内容，比较得出其对于传统沥青在工程、经济、社会各方面的优越性，探究了加强对SBS改性沥青的学习，开展对SBS改性沥青深入的研究与推广其广泛应用的长远意义。 关键词：SBS改性沥青；改性沥青性能；改性沥青应用；沥青施工；工程效益；应用前景 1 前言 随着交通流量的增长、车载质量的增加以及高温和低温的作用，为适应道路路面的使用性能的要求，保证路面良好的使用状态，延长路面的使用寿命，就必须探寻更高性能的路面材料。SBS改性沥青混凝土具有很好的高温抗车辙能力，低温抗裂能力，改善了沥青的水稳定性，提高了路面的抗滑能力，增强了路面的承载能力，提高了沥青的抗氧化能力，是比较优良的路面材料。自上世纪40年代以来，国内外学者对各类改性沥青的性能进行了大量的研究工作，改性沥青技术得到了越来越多的重视。现有研究结果表明，与其他改性沥青相比，SBS(苯乙烯一丁二烯一苯乙烯)改性沥青的综合性能[1]更为突出，SBS改性沥青必将在未来很长的一段时间内得到更深入的研究和更广泛的应用。 2 SBS改性沥青简介 SBS属于苯乙烯类热塑性弹性体，是苯乙烯—丁二烯—苯乙烯三嵌段共聚物，SBS改性沥青是以基质沥青为原料，加入一定比例的SBS改性剂，通过剪切、搅拌等方法使SBS均匀地分散于沥青中，同时，加入一定比例的专属稳定剂，形成SBS共混材料，利用SBS良好的物理性能对沥青做改性处理。在良好的设计配合比和施工条件下，用SBS改性沥青铺筑的沥青混凝土路面有着传统沥青路面无法比拟的优越性能，具有很好的耐高温、抗低温能力以及较好的抗车辙能力和抗疲劳能力，并极大地改善沥青的水稳定性，提高了路面的抗滑性能。

蛋白质工程的主要研究方法和进展

蛋白质工程的主要研究方法和进展 李 强 施碧红* 罗晓蕾 左祖祯 邢佩佩 刘 璐 (福建师范大学生命科学学院,福建福州 350108) 摘 要:蛋白质工程是用分子生物学手段对蛋白质进行分子改造的技术。介绍了蛋白质工程的几种常用方法及其基本原理和研究进展。 关键词:蛋白质工程;定点诱变;定向进化 中图分类号 Q816 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2009)05-47-02 Advances in The Techni q ues of P rotein Engineering L i Q iang et al (Co llege o f L ife Sc iences,Fu jian N or m a lU n i versity,Fuzhou350108,Chi na) Ab strac t:P ro tein eng ineer i ng is a techn i que used to i m prove prote i n m o l ecular In th i s paper,seve ra l m ethods and t he ir pr i nci p les and their advantag es f o r m olecu lar m odifica ti on have been rev ie w ed K ey words:P rote i n eng i neer i ng;site-d i rected m utag enesis;d irected evoluti on 20世纪70年代以来,对蛋白质的分子改造渐渐进入研究领域,通过对蛋白质分子进行突变,得到具有新的表型和功能或者得到比原始蛋白相对活力更高的突变体,对蛋白质的分子改造技术逐渐纯熟。蛋白质工程的主要技术分为理性进化和非理性进化,已经在农业、工业、医药等领域取得了较大的进展。 1 理性进化 理性进化主要是利用定点诱变技术,通过在已知D NA序列中取代、插入或缺失一定长度的核苷酸片段达到定点突变氨基酸残基的目的。运用该技术已有不少成功改造蛋白质的例子。M arkus Rot h通过同源性比对和定点突变技术,对E c o R DNA甲基化酶进行改造,使其对胞嘧啶的亲和性增加了22倍[1]。定点突变还主要应用于蛋白质结构和功能的研究方面。酰基载体蛋白(ACP)的主要作用是在单不饱和脂肪酸的特定位置引入双键,Cahoo 通过定点突变研究,发现将五个氨基酸残基置换之后的酶,由 6-16:0-ACP脱氢酶变成 9-18:0-ACP脱氢酶[2]。Van den Burg利用蛋白同源建模和定点突变技术结合的方法将从Bacill us stear other m oph il us分离出来的嗜热菌蛋白酶突变,得到的突变体稳定性提高了8倍,100在变性剂存在的情况下还能发挥作用[3],但是大部分单个氨基酸的改变对于整个蛋白的影响比较小,很难在高级结构上改变蛋白质的三级结构,从而造成很大的影响[4],所以在定点突变的基础上又出现了许多新的技术,用于改造蛋白质分子。 2 非理性进化 非理性蛋白质进化,又称定向进化或者体外分子进化,在实验室中模拟自然进化过程,利用分子生物学手段在分子水平增加分子多样性,结合高通量筛选技术,使在自然界中需要千百万年才能完成的进化过程大大缩短,在短期内得到理想的变异。这种方法不用事先了解蛋白质结构、催化位点等性质,而是人为地制造进化条件,在体外对酶的编码基因进行改造,定向筛选,获得具有预期特征的改良酶,在一定程度上弥补了定点诱变技术的不足,具有很大的实际应用价值。一个比较成功应用定向进化的例子是对红色荧光蛋白的改造。绿色荧光蛋白由于本身独特的发光性质,被应用到细胞生物学当中,作为体内原位跟踪蛋白质的一个极其有效的工具。D i sc oso m a红色荧光蛋白(Ds R ed)在荧光共振能量转移技术(fl uoresce nce resonance e ner gy tr ansfer)中可以和绿色荧光蛋白一起作用,作为研究两种蛋白质相互作用的有效工具,但是野生型的D s Red由于显色速率较慢,而且稳定性较差,B r oo ke B evi s建立随机突变文库,在103-105个转化子中筛选到了大大提高显色效率的突变体,使显色效率提高了10-15倍[5-6]。 易错PCR是利用DNA聚合酶不具有3!-5!校对功能的性质,在PCR扩增待进化酶基因的反应中,使用低保真度的聚合酶,改变四种d NTP的比例,加入锰离子并增加镁离子的浓度,使DNA聚合酶以较低的比率向目的基因中随机引入突变,并构建突变库。M oor e等对鼠伤寒沙门菌Sal m onella t yph m i uri u m产生的门冬氨酰二肽酶(asp art yld i pepti dase)进行改良,经两次易错PCR引入随机突变,并结合D NA改组和正向选择筛选,得到的pepEm3074突变株,其酶活力比野生菌提高47倍[7]。 D NA改组(DNA shuffli ng)技术克服了随机突变的随机性较大的限制,能够直接将多条基因的有利突变直接重组到一起,它的原理是使用D N ase?酶切或超声波断裂多条具有一定同源关系的蛋白编码基因,这些小片段随机出现部分片段的重叠,产生的片段在不加引物的情况下进行几轮PCR,通过随机的自身引导或在组装PCR过程中重 47 安徽农学通报,Anhu iAgri Sci Bu ll 2009,15(5) 作者简介:李强(1983-),男,辽宁抚顺人,硕士研究生,研究方向:分子遗传育种。*通讯作者 收稿日期:2009-01-15

纤维改性沥青混合料研究进展

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/fc9441866.html, 纤维改性沥青混合料研究进展 作者：刘哲 来源：《中国科技纵横》2015年第24期 【摘要】通过对纤维改性沥青混合料研究历史及现状的调研，总结了纤维改性沥青混合 料的主要影响因素以及纤维改性沥青混合料的作用机理；阐述了纤维种类、长度、添加量以及界面粘结对沥青混合料性能的影响情况，不同因素的变化会影响沥青混合料的不同性能；总结了纤维在沥青混合料中的吸附、稳定、桥接以及加筋作用。 【关键词】纤维改性沥青混合料作用机理 1 概述 纤维作为一种新型的增强材料，被广泛的用作复合材料增强体，应用于航空航天、电子机械等尖端领域[1-3]，由于纤维具有高模量、高强度、高长径比以及较强的吸附能力，在道路沥青及沥青混合料中也多有应用。多年来，国内外对纤维改善沥青及其混合料性能进行了大量研究，并根据实际需求，开发出了一系列适用于道路沥青改性的路用纤维，主要包括木质素纤维、矿物纤维、聚合物纤维以及新兴的玄武岩纤维等。本文主要针对道路纤维在沥青混合料中的应用进行调研，分析了纤维对混合料性能影响的主要作用机理及影响因素，对其未来发展进行了展望。 2纤维改性沥青混合料的主要影响因素 2.1 纤维种类及性能 按处理方式划分，纤维可分为天然纤维和化学合成纤维，不同种类的纤维具有不同的性能，包括强度、模量、吸持沥青量、长径比以及表面形貌等等，而这些因素都会对沥青混合料性能产生影响。李智慧[4]等考察了聚丙烯腈纤维、聚酯纤维以及木质素纤维等三类不同的增 强体对沥青混合料性能的影响，同时分析了三类纤维的常规技术性能，建立了纤维性能与外掺纤维沥青混合料路用性能之间的关系。结果表明，掺加聚丙烯腈纤维和聚酯纤维的沥青混合料性能相当，而木质素纤维混合料性能稍差；纤维的种类还影响着其对沥青混合料的主要作用机理。对外掺纤维沥青混合料路用性能影响程度最大的纤维性质因素是抗拉强度与极限拉伸应变，其次是熔融温度，吸持沥青量也有一定程度影响，纤维直径影响最小，在纤维形状特征因素中纤维长度的影响程度大于纤维直径与长径比。T.Serkan[5]采用聚酯纤维对石油沥青进行改性处理，石油沥青混合料的马歇尔稳定度增加而流值降低，同时抗车辙及抗疲劳性能增加，表明聚酯纤维有效提高了石油沥青混合料的路用性能；F.M.Nejad等[6]使用碳纤维增强沥青混凝土，结果显示，碳纤维的加入有效提升了沥青混凝土的强度和抗老化性能。此外，有不少学者采用不同种类的纤维对沥青混合料进行混杂改性，取得了良好的效果[7-8]。

蛋白质结构解析研究进展作业

《蛋白质结构解析研究进展》 一、蛋白质结构分类 人类对于进化的认识及蛋白质结构相似性比较的研究使蛋白质结构分类成为可能，而且近年来取得的研究进展表明，大部分蛋白质可以成功的分入到适当数目的家族中。目前国际上流行的蛋白质结构分类数据库基本上采取两种不同的思路，一种是数据库中储存所有结构两两比较的结果；第二种思路是致力于构建非常正式的分类体系。由于所有分类方法反映了各研究小组在探究这个重要领域的不同角度，所以这些方法是同等有效的。目前，被广泛应用的四种分类标准是：手工构造的层次分类数据库SCOP，全自动分类的MMDB和FSSP，和半手工半自动的CATH。 蛋白质结构自动分类问题可以被纳入机器学习的范畴，通过提取分析蛋白质结构的关键特征，构造算法来学习蕴含于大量已知结构和分类的数据中的专家经验知识，来实现对未知蛋白质结构的分类预测。目前，对蛋白质结构的不同层次分类，结果比较好的机器学习方法是：神经网络多层感知器、支持向量机和隐马尔可夫模型。支持向量机应用于分类问题最终归结于求解一个最优化问题。上世纪90 年代中期，隐马尔可夫模型与其他机器学习技术结合，高效地用于多重比对、数据挖掘和分类、结构分析和模式发现。多层感知器即误差反向传播神经网络，它是在各种人工神经网络模型中，在机器学习中应用最多且最成功的采用BP学习算法的分类器。 二、蛋白质结构的确定 蛋白质三维空间结构测定方法主要包括X射线晶体学分析、核磁共振波谱学技术和三维电镜重构，这三种方法都可以完整独立地在原子分辨水平上测定出蛋白质的三维空间结构。蛋白质数据库PDB中80%的蛋白质结构是由X射线衍射分析得到的，约15%的蛋白质结构是由核磁共振波谱学这种新的结构测定方法得到。 1、X射线晶体学

SBS改性沥青机理研究进展

S BS改性沥青机理研究进展 李双瑞,林　青,董声雄 (福州大学化学化工学院,福州　350002) 摘要:介绍了沥青的特性、苯乙烯2丁二烯2苯乙烯三嵌段共聚物(S BS)的性能,分析了S BS与基质沥青之间 的溶胀性和相容性问题,着重论述了S BS改性沥青机理的研究进展,指出机理主要分为物理共混和化学改性两 类:物理共混———S BS微粒受到沥青组分中油分的作用发生溶胀而均匀分散在沥青中,S BS与沥青之间没有发 生化学作用,只是一种分子间作用力;化学改性———加入添加剂使沥青和S BS之间发生加成、交联或接枝等化 学反应,形成较强的共价键或离子键,改善沥青的化学性质。提出化学改性是提高S BS改性沥青路用性能的重 要手段。 关键词:苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物;S BS改性沥青;改性机理 采用聚合物对道路沥青进行改性是提高和改善沥青混合料路用性能的一种重要措施[1～6]。近年来,在聚合物改性材料中,苯乙烯2丁二烯2苯乙烯三嵌段共聚物(S BS)以其优异的性能,成为世界上使用最为广泛的沥青改性剂[7～12]。对S BS改性沥青路用性能的研究[13～17]表明:采用S BS对沥青改性后,改性沥青的低温柔性和高温性能明显提高,温度敏感性大大降低。关于S BS改性沥青的机理,国内外科技人员进行了大量的研究,但并没有形成统一的理论。本文根据国内外相关文献,介绍了沥青和S BS的性能以及S BS在沥青中的溶胀性和相容性问题,着重论述了S BS改性沥青机理的研究进展。 1　沥青的特性 沥青是由多种化学成分极其复杂的烃类所组成。这些烃类为一些带有不同长短侧链的高度缩合的环烷烃和芳香烃,以及这些烃类的非金属元素衍生物[18]。按生产来源划分,沥青主要可分为地沥青(包括天然沥青与石油沥青)、焦油沥青、煤沥青、页岩沥青等。道路中各国目前生产和最常用的是石油沥青。石油沥青是原油加工的重质产品[19]。石油沥青的组分极为复杂,通常用溶剂将沥青通过色层分析法分成饱和分、芳香分、胶质和沥青质四个组分[18]。Hubbard2Stanfield法将沥青划分为油分、树脂和沥青质3个组分[19]。 油分是石油沥青中最轻的馏分,含量在45%～60%。油分是石油沥青可以流动的主要原因,其含量越多,软化点越低,粘度越小,使沥青具有柔软性和抗裂性。树脂的含量在15%～30%。树脂的存在使石油沥青有一定的可塑性、可流动性和粘结性,直接决定着石油沥青的延伸度和粘结力。沥青质是固体无定形物质,含量在5%～30%。沥青质是高分子化合物,它是石油沥青中分子量最高的组分,决定着石油沥青的塑性状态界限、自固态变为液态的程度、粘滞性、温度稳定性、硬度和软化点。此外,石油沥青中还含有一定数量的沥青酸、沥青酸酐、碳化物和似碳物。 沥青的主要结构为胶体结构,即以沥青质为核,表面层被树脂浸润包裹,而树脂又溶于油分中,形成沥青胶团,无数胶团彼此通过油质结合成胶体结构。当沥青中沥青质含量适当,并有较多的树脂作为保护物质时,它所组成的胶团之间有一定的吸引力,这种结构称之为溶胶-凝胶结构。大多数优质的路用沥青都属于这种胶体结构,具有粘弹性和触变性。当沥青质含量较高时,胶粒相互缠结,粘度大、塑性小、 基金项目:中法先进科技合作项目(PRAMX02208); 作者简介:李双瑞(1977-),女,河南南阳人,博士研究生,从事沥青材料改性的研究; 联系人,E2mail:sxdong2004@https://www.sodocs.net/doc/fc9441866.html,.

蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的研究与进展

蛋白质工程的基本原理蛋白质工程的研究与进展 蛋白质工程的研究与进展摘要: 蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将不复存在。蛋白质工程开创了按照人类意愿改造、创造符合人类需要的蛋白质的新时期。它所取得的进展向人们展示出诱人的前景。 关键词:蛋白质工程；研究；进展；蛋白质工程汇集了当代分子生物学等学科的一些前沿领域的最新成就，它把核酸与蛋白质结合、蛋白质空间结构与生物功能结合起来研究。蛋白质工程将蛋白质与酶的研究推进到崭新的时代，为蛋白质和酶在工业、农业和医药方面的应用开拓了诱人的前景。 1、蛋白质工程 1.1蛋白质工程的定义所谓蛋白质工程，就是利用基因工程手段，包括基因的定点突变和基因表达对蛋白质进行改造，以期获得性质和功能更加完善的蛋白质分子。 1.2蛋白质工程的由来蛋白质工程是在基因工程冲击下应运而生的。基因工程的研究与开发是以遗传基因，即脱氧核糖核酸为内容的。这种生物大分子的研究与开发诱发了另一个生物大分子蛋白质的研究与开发。这就是蛋白质工程的由来。它是以蛋白质的结构及其功能为基础，通过基因修饰和基因合成对现存蛋白质加以改造，组建成新型蛋白质的现代生物技术。这种新型蛋白质必须是更符合

人类的需要。因此，有学者称，蛋白质工程是第二代基因工程。其基本实施目标是运用基因工程的ＤＮＡ重组技术，将克隆后的基因编码加以改造，或者人工组装成新的基因，再将上述基因通过载体引入挑选的宿主系统内进行表达，从而产生符合人类设计需要的“突变型”蛋白质分子。这种蛋白质分子只有表达了人类需要的性状，才算是实现了蛋白质工程的目标。 1.3蛋白质工程的原理由于基因工程的发展，人们已经可以运用基因重组等理论和方法去设计并制造出预想的各种性能的蛋白质。这种改变蛋白质的操作可以在蛋白质水平上，也可以在基因水平上。如基因水平的改变，是在功能基因开发的基础上，对编码蛋白质的基因进行改造，小到可改变一个核苷酸，大到可以加入或消除某一结构的编码序列。蛋白质水平的改变则主要是对制造出的蛋白质进行加工、修饰，如磷酸化、糖基化等。蛋白质的化学修饰条件剧烈，无专一性，而基因操作则比较方便，在实施基因操作时，必须预先知道是哪个氨基酸或哪几个氨基酸影响着蛋白质的性状。就现代生物技术发展水平看，大量新蛋白质通过检测，来确定改变的蛋白质是否具有预期的性状，技术上已是可行的。 1.4蛋白质工程的基本途径目前，在蛋白质工程中最常采用的技术是定点诱变技术，即在特定的位点改变基因上核苷酸的种类，从而达到改变蛋白质性状的目的。蛋白质工程发展至当代，利用专一改

蛋白质组学的研究进展及应用

《蛋白质工程》 （课程论文）题目名称：蛋白质组学技术的研究进展及应用 所在学院：生命科学与技术学院 专业（班级）：生技131班 学生姓名：梁健 授课教师：韩晓菲

蛋白质组学技术的研究进展及应用 生技131班梁健13772025 摘要：随着人类基因组计划全部测序的初步完成，研究重点转到对基因功能的研究上。蛋白质作为基因功能的主要体现者，对其表达模式和功能的研究成为热点，出现了蛋白质组学。研究蛋白质组学有助于了解蛋白的结构、细胞的功能、生命的本质及活动规律，为疾病的诊断、治疗、疫苗及新药开发提供科学依据。关键词：蛋白质组学；进展；应用 蛋白质组学(proteomics)是产生于20世纪90年代中期的一门新兴学科，以 细胞内全部蛋白质的存在及其活动方式为研究对象，是后基因组时代生命科学研究的核心内容。蛋白质组学的产生与发展经历了一个漫长的过程，在这个过程中，研究者不断修正蛋白质组学的发展方向和推进蛋白质组学相关支撑技术的快速 发展，进而拓展蛋白质组学在整个生命科学和生物医学研究中的应用，成为后基因组时代重要的研究新领域，并成功地应用到基础研究及医学研究等各个领域，推进其迅速发展。 1 蛋白质组学的概念及研究内容 1.1蛋白质组学的概念 蛋白质组(proteome)源于protein和genome两词的杂合，最早是由澳大利亚 的WILKINS等于1995年提出，其定义为“一种基因组所表达的全部蛋白质”。早期相对狭义的蛋白质组的概念是指在某一特定的时间和空间条件下，1个细胞的基因组所表达的蛋白质数目的总和。随着研究的深入，人们提出了广义的蛋白质组的概念，用来描述1个细胞、组织、器官或1个物种的生命个体，在其不同的生存及发育条件下所表达的各种蛋白数目的总和。所以蛋白质组所含的蛋白数目及其表达量是随着时间和空间的不同而不断发生变化的。蛋白质组学最有价值的优势是它可以观察在特定的时间下一个完整的蛋白质组或蛋白亚型在某种生理 或病理状态中，发生的相应的变化。 1.2 研究内容 根据研究内容的不同，蛋白质组学可分为差异蛋白质组学(或称表达蛋白质 组学)、结构蛋白质组学和功能蛋白质组学，其中差异蛋白质组学在蛋白质组学 研究中十分常用且应用广泛。差异蛋白质组学主要是研究比较在2种或多种不同条件下蛋白质组表达的差异变化。结构蛋白质组学主要是蛋白质表达模式的研究，包括蛋白质氨基酸序列分析及空间结构的解析。蛋白质表达模式的研究是蛋白质组学研究的基础内容，主要研究特定条件下某一细胞或组织的所有蛋白质的表征问题。功能蛋白质组学主要是蛋白质功能模式的研究，包括蛋白质的功能和蛋白

提高蛋白质的稳定性

提高蛋白质的稳定性 葡萄糖异构酶（GI）在工业上应用广泛，为提高其热稳定性，朱国萍等人在确定第138位甘氨酸(Gly138)为目标氨基酸后，用双引物法对GI基因进行体外定点诱变，以脯氨酸（Pro138）替代Gly138，含突变体的重组质粒在大肠杆菌中表达，结果突变型GI比野生型的热半衰期长一倍；最适反应温度提高10～12℃；酶比活相同。据分析，Pro替代Gly138后，可能由于引入了一个吡咯环，该侧链刚好能够填充于Gly138附近的空洞，使蛋白质空间结构更具刚性，从而提高了酶的热稳定性。 融合蛋白质 脑啡肽(Enk)N端5肽线形结构是与δ型受体结合的基本功能区域，干扰素（IFN）是一种广谱抗病毒抗肿瘤的细胞因子。黎孟枫等人化学合成了EnkN端5肽编码区，通过一连接3肽编码区与人α1型IFN基因连接，在大肠杆菌中表达了这一融合蛋白。以体外人结肠腺癌细胞和多形胶质瘤细胞为模型，采用3H－胸腺嘧啶核苷掺入法证明该融合蛋白抑制肿瘤细胞生长的活性显著高于单纯的IFN，通过Naloxone竞争阻断实验证明，抑制活性的增高确由Enk导向区介导。 蛋白质活性的改变 通常饭后30～60min，人血液中胰岛素的含量达到高峰，120～180min内恢复到基础水平。而目前临床上使用的胰岛素制剂注射后120min后才出现高峰且持续180～240min，与人生理状况不符。实验表明，胰岛素在高浓度（大于10－5mol/L）时以二聚体形式存在，低浓度时（小于10－9mol/L）时主要以单体形式存在。设计速效胰岛素原则就是避免胰岛素形成聚合体。类胰岛素生长因子－I(IGF－I)的结构和性质与胰岛素具有高度的同源性和三维结构的相似性，但IGF－I不形成二聚体。IGF－I的B结构域（与胰岛素B链相对应）中B28－B29氨基酸序列与胰岛素B链的B28－B29相比，发生颠倒。因此，将胰岛素B链改为B28Lys－B29Pro，获得单体速效胰岛素。该速效胰岛素已通过临床实验。 治癌酶的改造 癌症的基因治疗分二个方面：药物作用于癌细胞，特异性地抑制或杀死癌细胞；药物保护正常细胞免受化学药物的侵害，可以提高化学治疗的剂量。疱症病毒（HSV）胸腺嘧啶激酶(TK)可以催化胸腺嘧啶和其他结构类似物如GANCICLOVIR和ACYCLOVIR无环鸟苷磷酸化。GANCICLOVIR和ACYCLOVIR缺少3｀端羟基，就可以终止DNA的合成，从而杀死癌

改性沥青的研究现状分析

-144-科学技术创新2019.13 改性沥青的研究现状分析 戚春华赵玉芳高明星 (内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特010()10) 摘要：为了适应交通量的迅猛发展、车辆重载以及复杂的气候变化，对路面材料的性能提出更高的要求，普通沥青已无法满足，必须对沥青进行改性，研发出具有良好路用性能的改性沥青，满足现代道路发展的需要。对改性沥青的起源与发展进行总结分析，归纳现有研究存在的不足以及改性沥青的发展应解决的问题结果表明：多聚磷酸、SBS、环氧树脂、硅藻土、纳米材料等将是今后制备复合改性沥青的重要材料；对改性沥青改性机理认识不足、改性材料与沥青的相容性问题以及改性沥青的存储稳定性问题是制约改性沥青推广应用的重要原因。 关键词:改性沥青；改性材料；制备工艺；发展 中图分类号:U414文献标识码：A文章编号:2096-4390(2019)13-0144-02 近年来，随着交通量的迅猛发展,车辆重载以及复杂的气候变化.对公路路面材料的性能提出了更高的要求。普通沥青路面表面平整无接缝，行车振动小，噪声低,开放交通快,养护简便等优点，但也存在感温性能差,弹性和耐老化性能差，高温易流淌和低温易脆裂等缺点。基于普通沥青路面存在的缺点难以满足现代道路的使用要求,必须对其进行改性研究,使其满足现代道路建设的要求。目前有些改性沥青的制备工艺已经相当成熟,对各种新型材料的使用也进行了大量研究.然而对改性沥青的改性机理的研究还缺少深刻的认识。 本文通过对改性沥青的起源与发展进行分析总结，归纳现有研究存在的不足以及改性沥青的发展应解决的关键问题。 1改性沥青的组成成分研究 研究发现每种改性剂都有各自的优缺点，比如橡胶改性沥青制备工艺简单，稳定性差，不易贮存，多聚磷酸价格低廉，对沥青高温和老化性能的改善效果较为明显，低温性能较差,SBR改性沥青制备工艺简单,价格低廉，但高温稳定性差，多用于高寒高海拔地区,SBS改性沥青的弹性、低温性能、耐老化等性能均有所提高，对于高寒地区来说，低温性能稍显不足，多用于炎热地区，环氧树脂改性沥青能提高沥青材料的粘附力、拉伸强度以及断裂延伸率，有很高的强度，优良的温度稳定性，且高温条件下抗变形能力较好,制备工艺复杂，施工较难。近年来国内外学者开始研究如何将两种或者多种改性剂对沥青进行复合改性，综合其优点.进一步提高改性效果。 张忠明叭黄成武回等人以橡胶粉和SBS为改性剂，通过不同的室内制备工艺制备复合改性沥青，并对制备出的复合改性沥青的性能进行比较研究，为室内制备复合改性沥青(转下页) 接，当检测车在对道路进行检测的时候,将采集到的数据上传到云端与之前对该条道路检测所采集到的数据进行比对，可以分析出该道路路面在最近几年的破损变化速率。将该速率与当地的气候水文条件以及车流量进行分析。 4.2智能检测设备数据共享化 对于路面管理系统本身而言，目前各个地区已经建立的路面管理系统之间彼此是孤立的，没有任何联系，成为“信息孤岛”。 在数据进行共享之前，要将各个地区的评价指标进行标准化处理，由于各个地区路面所处的环境条件是不一样的，交通量和路面结构类型也是不同。评价指标的标准化是相当困难的。 一旦完成智能检测设备数据的共享化，我相信我国的路面力学理论、路面设计施工方法都会有飞跃式的进步。 5结论 随着智能检测设备的发展，尽管我们已经取得了许多方面的成就，比如图像分析处理技术，高精度的图像采集技术以及地理信息技术，但仍然有着广阔的发展空间等待着我们去探索。集成化的智能检测设备,标准化的检测指标,完备的云端数据库以及一些交通运输附属产业都等待着我们进一步的研究。我相信今后中国的交通事业会在新“互联网+”时代蓬勃发展。 参考文献 [1]邢荣军.高速公路路面破损自动识别与智能评价[D].重庆：重庆交通大学,2011,4. [2]喻翔.高速公路路面养护管理系统决策优化研究[D].成都：西南交通大学,2005,5. ⑶庞明宝,魏连雨.系统工程与交通[M].天津:天津人民出版社. 2003. [4]徐东云，张雷，兰荣娟.城市交通拥堵的背景变换分析[J].城市问题,2009⑶. [5|龚建江.公路设计与管理中的工程数据库研究[J].绿色交通. 2018,2,20⑷. 作者简介：朱瑞峰(1995,10,31-),男，汉族，四川省，学历：在读研究生，研究方向：道路规划与线形设计理论与方法。

食品蛋白质功能研究进展

食品蛋白质功能研究进展 摘要：食品蛋白质功能是指在食品加工，保藏，制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中的性能的那些蛋白质的物理和化学性质。对国内外关于食品蛋白质功能研究进行了综述，为未来研究食品蛋白质功能性质的应用提供参考。 关键词：食品蛋白质功能，物理性质，化学性质，研究进展 前言： 食品的感官品质是由各种食品原料复杂的相互作用产生的。例如蛋糕的风味、质地、颜色和形态等性质，是由原料的热胶凝性，起泡、吸水作用、乳化作用、粘弹性和褐变等多种功能性组合的结果。因此，一种蛋白质作为蛋糕或其他类似产品的配料使用时，必须具有多种功能特性。动物蛋白，例如乳（酪蛋白）、蛋和肉蛋白等，是几种蛋白质的混合物，它们有着较宽范围的物理和化学性质，及多种功能特性，例如蛋清具有持水性、胶凝性、粘合性、乳化性、起泡性和热凝结等作用，现已广泛地用作许多食品的配料，蛋清的这些功能来自复杂的蛋白质组成及它们之间的相互作用，这些蛋白质成分包括卵清蛋白、伴清蛋白、卵粘蛋白、溶菌酶和其他清蛋白。然而植物蛋白（例如大豆和其他豆类及油料种子蛋白等）；和乳清蛋白等其他蛋白质，虽然它们也是由多种类型的蛋白质组成，但是它们的功能特性不如动物蛋白，目前只是在有限量的普通食品中使用，因为并没有完全了解，哪些蛋白质的分子决定了蛋白质在食品中所具有的各种期望的功能性质，往往通过特定的方法来提高其功能特性，使其应用领域更广阔。 1、蛋白质的功能性质 蛋白质的功能性质，通常是指蛋白质的水化性、戳着性、胶凝作用、乳化性、发性等。 (1)蛋白质的水化性蛋白质的水化取决子蛋白质与水的相互作用，包括水的吸收 与保留、湿润性、溶胀、戳着性、分散性、溶解度和强度等。 蛋白质的水化是通过蛋白质的败键和氨基酸侧链与水分子间的相互作用而实现的，见 图（1） 大多数的食品是蛋白质水化的固态体系，蛋白质中水的存在及存在方式直接影响着食骏的质构和口感。干燥的蛋白质原料并不能直接加工，须先将其水化。干燥蛋白质遇