Белковая инженерия: различия между версиями
Перейти к навигации
Перейти к поиску
Нет описания правки |
|||
| (не показано 14 промежуточных версий этого же участника) | |||
| Строка 1: | Строка 1: | ||
'''Белковая инженерия''' занимается разработкой белков, которые могут принимать участие в метаболизме клетки, экспрессии генов, улучшению структуры клетки или доставке веществ внутрь клетки из внешнего мира. Как дисциплина, ''белковая инженерия'' исследует фолдинг (сворачивание) белков, а также принципы их модификации | '''Белковая инженерия''' занимается разработкой [[Белки|белков]], которые могут принимать участие в метаболизме клетки, экспрессии генов, улучшению структуры клетки или доставке веществ внутрь клетки из внешнего мира. Как дисциплина, ''белковая инженерия'' исследует фолдинг (сворачивание) [[Белки|белков]], а также принципы их создания и модификации. | ||
== Методы == | == Методы == | ||
| Строка 7: | Строка 7: | ||
== Примеры == | == Примеры == | ||
=== Энзимы | === Энзимы === | ||
Энзимы или ферменты, это белки, выполняющие роль биологических катализаторов. | Энзимы или ферменты, это белки, выполняющие роль биологических катализаторов. | ||
Найдено множество видов для каждого типа энзима и | Найдено множество видов для каждого типа энзима. | ||
==== В еде ==== | |||
Трансглютаминазы - группа энзимов, которые применяются в пищевой индустрии и молекулярной кухне. | |||
Альтернативное название, "мясной клей", говорит о многом - трансглютаминаза позволяет склеить и сформировать фарш. ([https://en.wikipedia.org/wiki/Transglutaminase Википедия]) | |||
==== В фармакологии ==== | |||
Гиалуронидазы - группа энзимов, которая применяется в медицине для повышения биодоступности лекарств и вакцин. | |||
==== В моющих средствах ==== | |||
Энзимы для моющих средств производятся в промышленных масштабах. | |||
Они дают гораздо лучший баланс между стоимостью производства и безопасностью для потребителя, детей и домашних животных. | Они дают гораздо лучший баланс между стоимостью производства и безопасностью для потребителя, детей и домашних животных. | ||
Распространённые виды: | Распространённые виды: | ||
* липаза - расщепляет липиды | * липаза - расщепляет липиды | ||
* протеаза - расщепляет белки, производится из сои<ref>High-yield Bacillus subtilis protease production by solid-state fermentation, Valeria F Soares, Leda R Castilho, Elba P S Bon, Denise M G Freire, PMID: [https:// | * протеаза - расщепляет белки, производится из сои<ref>[https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15917609/ High-yield Bacillus subtilis protease production by solid-state fermentation], Valeria F Soares, Leda R Castilho, Elba P S Bon, Denise M G Freire, PMID: 15917609</ref> | ||
* амилаза - расщепляет крахмал и соединения с ним, производится бактериями и грибками<ref>Elmansy, E.A., Asker, M.S., El-Kady, E.M. et al. [https://doi.org/10.1186/s42269-018-0033-2 Production and optimization of α-amylase from thermo-halophilic bacteria isolated from different local marine environments]. Bull Natl Res Cent 42, 31 (2018)</ref> <ref>Singh, Shalini & Singh, Sanamdeep & Bali, Vrinda & Sharma, Lovleen & Mangla, Jyoti. (2014). [https://www.hindawi.com/journals/bmri/2014/215748/ Production of Fungal Amylases Using Cheap, Readily Available Agriresidues, for Potential Application in Textile Industry]. BioMed research international. 2014. 215748.</ref> | |||
* целлюлаза - расщепляет целлюлозу | * целлюлаза - расщепляет целлюлозу | ||
* пектиназа - расщепляет пектин | * пектиназа - расщепляет пектин | ||
| Строка 31: | Строка 44: | ||
Загрязнение пластиком - известная современная проблема. Создание новых белков, которые смогут разложить его может быть одним из решений. Создание белков, которые станут компонентами новых видов пластика или пойдут ему на замену в некоторых индустриях - не менее ценная инициатива.<ref>Здесь следует отметить, что сейчас крайне популярен биопластик, изготовленный из крахмала, который является полимером, хоть и извлекается из картофеля и кукурузы.</ref> | Загрязнение пластиком - известная современная проблема. Создание новых белков, которые смогут разложить его может быть одним из решений. Создание белков, которые станут компонентами новых видов пластика или пойдут ему на замену в некоторых индустриях - не менее ценная инициатива.<ref>Здесь следует отметить, что сейчас крайне популярен биопластик, изготовленный из крахмала, который является полимером, хоть и извлекается из картофеля и кукурузы.</ref> | ||
* https://www.intechopen.com/books/protein-engineering/protein-engineering-methods-and-applications | * [https://www.intechopen.com/ InTechOpen] - [https://www.intechopen.com/books/protein-engineering/protein-engineering-methods-and-applications Protein Engineering Methods and Applications] | ||
* https://www.intechopen.com/books/protein-engineering-technology-and-application/protein-engineering-of-enzymes-involved-in-bioplastic-metabolism | * [https://www.intechopen.com/ InTechOpen] - [https://www.intechopen.com/books/protein-engineering-technology-and-application/protein-engineering-of-enzymes-involved-in-bioplastic-metabolism Protein engineering of enzymes involved in bioplastic metabolism] | ||
* https://en.wikipedia.org/wiki/Bioplastic | * [https://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page Wikipedia] - [https://en.wikipedia.org/wiki/Bioplastic Bioplastic] | ||
=== Бесклеточные системы трансляции === | |||
Бесклеточные системы трансляции (англ. «Cell-free translation systems»)<ref>Protein Engineering Methods and Applications, Burcu Turanli-Yildiz, Ceren Alkim, Z. Petek Cakar, Feb. 2012</ref><ref>[https://febs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1742-4658.2006.05431.x Cell‐free translation systems for protein engineering] | |||
, Yoshihiro Shimizu, Yutetsu Kuruma, Bei‐Wen Ying, So Umekage, Takuya Ueda, August 2006</ref> - альтернатива получению белков ''[[in vivo]]''. | |||
Процесс происходит таким образом: ДНК или [https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%A0%D0%9D%D0%9A мРНК] добавляется в раствор и белки получаются без участия клеток. | |||
Cell-free translation systems are based on the ribosomal protein system | |||
of cells, which is provided as a cell extract from Escherichia coli etc. obtained as a supernatant | |||
upon centrifugation at 30’000 g. This supernatant contains necessary compounds for protein | |||
synthesis, such as ribosomes, t-RNAs, translation factors and aminoacyl-tRNA synthetases. | |||
=== Стройматериалы === | === Стройматериалы === | ||
| Строка 39: | Строка 64: | ||
Человечество использует дерево как материал на протяжении практически всего своего развития. Можно ли развить дерево и придумать лучшие альтернативы целлюлозе? Можно ли вырастить здание? | Человечество использует дерево как материал на протяжении практически всего своего развития. Можно ли развить дерево и придумать лучшие альтернативы целлюлозе? Можно ли вырастить здание? | ||
Есть | Есть три пути, которые позволят рассмотреть эту тему. | ||
* Грибки + разложение отходов | |||
* Фотосинтез, как это делают растения. В таком разрезе, для фотосинтеза необходима только вода, углекислый газ и минимум материалов, а для разложения - добавочная масса отходов для переработки. | |||
* Переработка отходов и последующее использование бесклеточной системы трансляции | |||
{{Запрос экспертизы | {{Запрос экспертизы | ||
| Строка 54: | Строка 83: | ||
| text=Какие энергозатраты понадобятся для создания массы белка путём разложения грибком? Не возникнет ли проблемы с доставкой материала между клетками? | | text=Какие энергозатраты понадобятся для создания массы белка путём разложения грибком? Не возникнет ли проблемы с доставкой материала между клетками? | ||
| qualification=биолог, физик | | qualification=биолог, физик | ||
}} | |||
{{Запрос экспертизы | |||
| text=Какие энергозатраты понадобятся для предварительной переработки органических отходов, если для получения белков будет применяться бесклеточная система трансляции? | |||
| qualification=биолог, физик | |||
}} | |||
{{Запрос экспертизы | |||
| text=Какие проблемы можно ожидать от работы бесклеточной системы трансляции в контексте индустриального производства белка? | |||
| qualification=биолог | |||
}} | }} | ||
Текущая версия от 17:22, 26 февраля 2021
Белковая инженерия занимается разработкой белков, которые могут принимать участие в метаболизме клетки, экспрессии генов, улучшению структуры клетки или доставке веществ внутрь клетки из внешнего мира. Как дисциплина, белковая инженерия исследует фолдинг (сворачивание) белков, а также принципы их создания и модификации.
Методы[править]
- Направленная модификация - для внесения изменений использует подробное знание об устройстве и назначении молекулы белка
- Направленная эволюция - из случайных мутантов белка отбираются экземпляры наиболее близкие целевым параметрам, после чего случайный мутагенез повторяется, пока в итоге не будут получены мутанты целевым параметрам удовлетворяющие (циклы мутация-селекция).
Примеры[править]
Энзимы[править]
Энзимы или ферменты, это белки, выполняющие роль биологических катализаторов. Найдено множество видов для каждого типа энзима.
В еде[править]
Трансглютаминазы - группа энзимов, которые применяются в пищевой индустрии и молекулярной кухне. Альтернативное название, "мясной клей", говорит о многом - трансглютаминаза позволяет склеить и сформировать фарш. (Википедия)
В фармакологии[править]
Гиалуронидазы - группа энзимов, которая применяется в медицине для повышения биодоступности лекарств и вакцин.
В моющих средствах[править]
Энзимы для моющих средств производятся в промышленных масштабах. Они дают гораздо лучший баланс между стоимостью производства и безопасностью для потребителя, детей и домашних животных. Распространённые виды:
- липаза - расщепляет липиды
- протеаза - расщепляет белки, производится из сои[1]
- амилаза - расщепляет крахмал и соединения с ним, производится бактериями и грибками[2] [3]
- целлюлаза - расщепляет целлюлозу
- пектиназа - расщепляет пектин
- кератиназа - расщепляет кератин
Перспективы[править]
Нанотехнологии[править]
Белок - основной "стройматериал" для организма, так как его просто создавать в больших количествах и белки могут выполнять самые разные функции. Есть целая связанная область науки - нанотехнология протеинов[4].
Метаболизм пластика и биопластик[править]
Загрязнение пластиком - известная современная проблема. Создание новых белков, которые смогут разложить его может быть одним из решений. Создание белков, которые станут компонентами новых видов пластика или пойдут ему на замену в некоторых индустриях - не менее ценная инициатива.[5]
- InTechOpen - Protein Engineering Methods and Applications
- InTechOpen - Protein engineering of enzymes involved in bioplastic metabolism
- Wikipedia - Bioplastic
Бесклеточные системы трансляции[править]
Бесклеточные системы трансляции (англ. «Cell-free translation systems»)[6][7] - альтернатива получению белков in vivo.
Процесс происходит таким образом: ДНК или мРНК добавляется в раствор и белки получаются без участия клеток.
Cell-free translation systems are based on the ribosomal protein system
of cells, which is provided as a cell extract from Escherichia coli etc. obtained as a supernatant
upon centrifugation at 30’000 g. This supernatant contains necessary compounds for protein
synthesis, such as ribosomes, t-RNAs, translation factors and aminoacyl-tRNA synthetases.
Стройматериалы[править]
Человечество использует дерево как материал на протяжении практически всего своего развития. Можно ли развить дерево и придумать лучшие альтернативы целлюлозе? Можно ли вырастить здание?
Есть три пути, которые позволят рассмотреть эту тему.
- Грибки + разложение отходов
- Фотосинтез, как это делают растения. В таком разрезе, для фотосинтеза необходима только вода, углекислый газ и минимум материалов, а для разложения - добавочная масса отходов для переработки.
- Переработка отходов и последующее использование бесклеточной системы трансляции
| Требуется информация от эксперта! |
|---|
| Запрос: Следует ли рассматривать разработку белков и новых организмов для замены стройматериалов, как идею, которая может быть однажды практичной? |
| Экспертиза: биолог, физик |
| Требуется информация от эксперта! |
|---|
| Запрос: Какие энергозатраты понадобятся для создания массы белка путём фотосинтеза из углекислого газа? Что выгоднее: цианобактерии или генномодифицированные растения? |
| Экспертиза: биолог, физик |
| Требуется информация от эксперта! |
|---|
| Запрос: Какие энергозатраты понадобятся для создания массы белка путём разложения грибком? Не возникнет ли проблемы с доставкой материала между клетками? |
| Экспертиза: биолог, физик |
| Требуется информация от эксперта! |
|---|
| Запрос: Какие энергозатраты понадобятся для предварительной переработки органических отходов, если для получения белков будет применяться бесклеточная система трансляции? |
| Экспертиза: биолог, физик |
| Требуется информация от эксперта! |
|---|
| Запрос: Какие проблемы можно ожидать от работы бесклеточной системы трансляции в контексте индустриального производства белка? |
| Экспертиза: биолог |
Инструменты[править]
Ссылки[править]
- ↑ High-yield Bacillus subtilis protease production by solid-state fermentation, Valeria F Soares, Leda R Castilho, Elba P S Bon, Denise M G Freire, PMID: 15917609
- ↑ Elmansy, E.A., Asker, M.S., El-Kady, E.M. et al. Production and optimization of α-amylase from thermo-halophilic bacteria isolated from different local marine environments. Bull Natl Res Cent 42, 31 (2018)
- ↑ Singh, Shalini & Singh, Sanamdeep & Bali, Vrinda & Sharma, Lovleen & Mangla, Jyoti. (2014). Production of Fungal Amylases Using Cheap, Readily Available Agriresidues, for Potential Application in Textile Industry. BioMed research international. 2014. 215748.
- ↑ NCBI: Protein nanotechnology: what is it?, Juliet A Gerrard, PMID: 23504415
- ↑ Здесь следует отметить, что сейчас крайне популярен биопластик, изготовленный из крахмала, который является полимером, хоть и извлекается из картофеля и кукурузы.
- ↑ Protein Engineering Methods and Applications, Burcu Turanli-Yildiz, Ceren Alkim, Z. Petek Cakar, Feb. 2012
- ↑ Cell‐free translation systems for protein engineering , Yoshihiro Shimizu, Yutetsu Kuruma, Bei‐Wen Ying, So Umekage, Takuya Ueda, August 2006