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晶抗分享:想要了解蛋白,還得從基因說起

那么，什么是基因，基因有多重要呢？簡單的說，基因就是遺傳因子，是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段?；驍?shù)目龐大，各有各的序列，這種序列決定生長、衰老、病死等一切生命現(xiàn)象，也是決定生命健康的內(nèi)在因素。某個(gè)基因序列的改變，甚至只是某一個(gè)位點(diǎn)的突變都會引起身體表觀上的極大改變。用來確定某個(gè)基因位點(diǎn)是否存在突變的基因探針技術(shù)用于疾病診斷在近年來取得了重大突破。
   基因如此神奇，但是本身不能發(fā)揮生物效應(yīng)，必須通過在體內(nèi)表達(dá)的產(chǎn)物——蛋白質(zhì)來完成。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，是生命活動的主要承擔(dān)者，沒有蛋白質(zhì)就沒有生命。機(jī)體的每一個(gè)細(xì)胞、每個(gè)一組織都是由蛋白質(zhì)組成的。蛋白質(zhì)是由20多種氨基酸按不同比例以脫水縮合的方式，按一定順序連成多肽鏈，一條或一條以上的多肽鏈按照特定方式結(jié)合，卷曲折疊形成具有一定空間結(jié)構(gòu)的生物大分子，這種比例和順序是由基因序列決定的。多個(gè)蛋白質(zhì)可以結(jié)合在一起形成穩(wěn)定的蛋白質(zhì)復(fù)合物，折疊或螺旋構(gòu)成一定的空間結(jié)構(gòu)，發(fā)揮某一特定功能。
   人體內(nèi)蛋白質(zhì)的種類很多，性質(zhì)、功能各異，不斷進(jìn)行著代謝與更新。特定蛋白質(zhì)的缺乏會導(dǎo)致某些功能的喪失，比如Ⅰ型糖尿病的發(fā)生就是由于胰島素的缺乏引起的。通過檢測體內(nèi)胰島素含量高低可以作為糖尿病的鑒別診斷，外源性胰島素主要用于糖尿病治療。胰島素是由胰臟內(nèi)的胰島β細(xì)胞受葡萄糖、乳糖、核糖、精氨酸、胰高血糖素等刺激而分泌的一種蛋白質(zhì)激素，由胰島素原經(jīng)專一性蛋白酶——胰島素原轉(zhuǎn)化酶的作用形成，由胰島素降解酶降解。胰島素的生物作用是通過與胰島素受體結(jié)合而啟動的，胰島素受體為胰島素起作用的靶細(xì)胞膜上特定部位，是一種糖蛋白，具有胰島素結(jié)合位點(diǎn)。胰島素樣生長因子與胰島素結(jié)構(gòu)有同源性，是一類多功能細(xì)胞增殖調(diào)控因子。體內(nèi)對抗胰島素的激素主要有胰高血糖素、腎上腺皮質(zhì)激素和生長激素等，它們都能使血糖升高。接受異源性胰島素治療的糖尿病病人，其血清中常有抗胰島素抗體存在，這種抗體能結(jié)合胰島素形成復(fù)合物，使胰島素失活，這是糖尿病病人對胰島素抵抗產(chǎn)生耐藥性的主要原因之一。以上所說的胰島素、胰島素原、胰島素原轉(zhuǎn)化酶、胰島素降解酶、胰島素受體、胰島素樣生長因子和胰高血糖素、腎上腺皮質(zhì)激素、生長激素、抗胰島素抗體都是蛋白質(zhì)。
所以，探索生命的奧秘以及了解疾病發(fā)生發(fā)展的機(jī)理必須先研究蛋白質(zhì)。要研究蛋白，首先要獲取這種蛋白。那么，如何獲得我們感興趣的蛋白呢？直接從人體或者動物體內(nèi)提取嗎？那顯然是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)闄C(jī)體的細(xì)胞或組織中往往包含大量不同種類與性質(zhì)的蛋白，大多含量小之又小，相互關(guān)系十分復(fù)雜，以至于根本無法分離純化。
   這時(shí)，還得請蛋白的祖宗——基因出馬，運(yùn)用基因工程技術(shù)，可以直接在體外獲取蛋白。
   在體內(nèi)，基因會在核糖體內(nèi)完成它的蛻變，那就是轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)，在生物學(xué)中，稱之為翻譯。翻譯在生物體內(nèi)無時(shí)不刻都在進(jìn)行著。如果能在體外克隆這個(gè)過程，是不是就可以輕易得到任何一個(gè)想要的蛋白呢？近年來，基因工程技術(shù)的誕生使得體外翻譯成為可能，已經(jīng)能夠利用大腸桿菌或某些人類來源的細(xì)胞在體外“生產(chǎn)”蛋白質(zhì)。也就是說，只要有基因這個(gè)“種子”，就能在體外“種”出想要的任何蛋白。勁馬公司早就通過分子克隆獲得了多個(gè)物種來源的不同類別的“種子”，比如人、小鼠、大鼠、豚鼠、兔、狗、雞、猴、豬、馬、牛、羊等不同物種來源的與炎癥、腫瘤、代謝、凝血等等各類疾病相關(guān)的基因片段，也就是基因文庫。
   蛋白質(zhì)的不同在于其氨基酸的種類、數(shù)目、排列順序和肽鏈空間結(jié)構(gòu)的不同，蛋白質(zhì)的氨基酸序列由對應(yīng)基因所編碼，空間結(jié)構(gòu)決定于氨基酸序列本身，通過氫鍵或范德華力等作用力實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)不僅具有一級結(jié)構(gòu)，還具有二級、三級結(jié)構(gòu)，甚至四級結(jié)構(gòu)。一級結(jié)構(gòu)只是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，稱之為低級結(jié)構(gòu)。如果想讓蛋白質(zhì)有更多的生物功能則必須賦予它們更復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，稱之為結(jié)構(gòu)。目前的基因工程技術(shù)已經(jīng)能夠滿足生命科學(xué)對蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)表達(dá)的基本要求，但是對于結(jié)構(gòu)則需要更的工具進(jìn)行表達(dá)，那就是通常所說的真核表達(dá)。
   蛋白除了本身具有生理功能以外，還具有免疫原性，因此同源性蛋白可以作為藥品用于臨床，異源性蛋白可以用來免疫產(chǎn)生抗體，疫苗經(jīng)常就是一組蛋白的有機(jī)結(jié)合體。上海晶抗公司能夠提供的蛋白有一萬一千多種，除少數(shù)來自天然提取或多肽合成以外，大部分是重組蛋白，包括一部分真核表達(dá)重組蛋白，目前都只能作為生命科學(xué)研究工具使用。任何一種蛋白藥品或疫苗的研發(fā)都是一件非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，任重而道遠(yuǎn)。