Protein Engineering 서울대학교 화학생물공학부 백 승 렬.

Slides:



Advertisements
Similar presentations
에너지 대사 (Energy Metabolism). 생명의 특징 (attributes of living matter) Six most important life processes Metabolism ( 신진대사 ) Responsiveness ( 반응, adaptation.
Advertisements

휴먼게놈프로젝트와 컴퓨터 Human genome project and Computer science
중합효소연쇄반응 (PCR). Polymerase Chain Reaction (PCR)  중합효소연쇄반응  주형 DNA 분자의 특정 부분을 선택적으로 증폭 Primer set 와 내열성 DNA polymerase 를 이용하여 짧은 시간 내에 미량의 시료에서  Kary.
세포와 세포막을 통해서 바라본 생명의 신비 이 수 재 길담서원 발표 녹색아카데미 연구원.
DNA ® mRNA ® Protein(효소) ® 생리현상
Chapter 2 정보시스템 아키텍처 (IS Architecture)
Advances in the laboratory diagnostics of acute pancreatitis The Finnish Medical Society Duodecim, Ann Med 1998; 30: 임상병리과 생화학계 김정란.
Physiologic Action of Insulin
T.O.P. (Team of pharmacoproteomics research)
Double & Triple Blocking by DNA Binding Protein
Rhodopsin.
국제 저명인사 초청 멀티스케일 에너지 강좌 미래창조과학부 글로벌 프론티어 멀티스케일 에너지 시스템 연구단/서울대학교
Digestive system.
Chirality.
Protein Chemistry and Protein Engineering
Chapter 3 세포대사 (Cell metabolism) - 효소의 중요성 - 대사 경로 (catabolism) - 세포구성분의 생합성 (Anabolism)
Protein Kinase Inhibitor Therapy For Chronic Myeloid Leukemia
이 재 호 (Ph. D. in Edu.) 광주교육대학교 윤리교육과 교수
ERP(Enterprise Resource Planning)
2016년 1학기 화학과 세미나 일정 일정: 수요일 오후 5시-6시 (과학관604호) 담당: 이한길 교수
분자 동역학 컴퓨팅 전승준 (고려대학교 화학과).
핵산의 성질과 분리 생물환경학과 김 정 호.
Molecular Biological Tools in the Environmental Engineering
제1장 생명체의 특성 및 구성성분.
식량과 먹거리.
PCR (Polymerase Chain Reaction) Ⅰ
12. 데이터베이스 설계.
성균관대학교 융합생명공학과 Integrative Biotechnology
생명의 청사진 분자유전체의학 김윤경.
유전자의 발현 (Gene Expression)
분자 동역학 컴퓨팅 전승준 (고려대학교 화학과).
분자생물학실험 Introduction.
생명공학(biotechnology) 분자생물학에 기초한 응용생물학
DNA & Double Helix 3 유전학의 놀라운 비밀 - DNA! 진핵세포에 있어서의 유전정보의 흐름.
3장. 생명의 분자 생명의 분자: 구조와 기능 탄수화물(Carbohydrates) 지방(Lipids) 단백질(Proteins)
RT-PCR (Real Time quantitative Reverse Transcription PCR)
Chapter 12. Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (핵 자기 공명 분광학)
Chapter 6 Chemical Equilibrium
3.2 구조 및 기능 예측 part 1 (Prediction of Structures and Functions)
Chapter 3: Enzymes Prof. Jung Hoe Kim.
미생물의 대사작용 Microbial Metabolism
Bioinformatics 자연과학대학 화학과.
Development & Cell Differentiation Laboratory
Feb NICS Co..
3장 생명체의 분자.
목표 & 비전 서울대학교 국제농업기술대학원 바이오식품산업트랙.
3장 생체 에너지학 핵심: ATP의 생산 Power 운동생리학.
BASICS OF PROTEIN STRUCTURE
Chapter 01~ Chapter 03 정효진 고가람 김연실 정태익 김현지 박상은 전아람 명귀관 박수민
Recombinant DNA Technology
진핵생물과 원핵생물의 차이 박진우.
Physical transformations of pure substances
IV. 단백질 합성 4.10 폴리펩티드, 아미노산 및 펩티드 결합 4.11 번역 및 유전암호 4.12 운반 RNA
II. 에너지론, 효소 및 산화환원 3.3 미생물의 에너지 종류 3.4 생물에너지론 3.5 촉매작용과 효소
2015년 1학기 화학과 세미나 일정 일정: 수요일 오후 5시-6시 (과학관604호) 담당: 이진석 교수
13.1 정보시스템의 개요 13.2 정보시스템의 개발 13.3 시스템 검사 13.4 시스템 문서화
분자생물학 데이터베이스의 새로운 세대 정희준
생물분리정제공학 생명체 기본구성분자의 이해.
제1장 생명체의 특성과 구성성분 식물인가 아니면 동물인가? 잎 모양의 바다용은 그 형태가 마치 주변의 해초를 흉내 낸 것처럼 주위환경에 절묘하게 적응하고 있다.
현대 서양의학의 기초 : 세포와 DNA
8강 1. 활성화 에너지(activation energy).
가천대학교 생명과학과 생물학 및 실험 학기 생물학 및 실험 1 Exp 10. DNA의 구조.
원시 지구에서 단백질과 핵산은 어떻게 만들어졌는가?
Github: 생명과학 Youngjun Na Github:
운동과 활성산소 (Free Radical and Exercise)
주간 뇌연구 동향 한국뇌연구원 연구관리팀.
창의적 공학 설계 < 발명과 특허 > : Creative Engineering Design
생명의 청사진 분자유전체의학 김 경 원.
Personal Brand Management
5장 효소 작용의 기본 개념.
Presentation transcript:

Protein Engineering 서울대학교 화학생물공학부 백 승 렬

단백질 공학: 단백질의 변형을 통하여 유용성이 뛰어난 신기능성 단백질의 생산 유전공학: 생물공학의 제1의 물결 [다량의 단백질 제공] 단백질공학: 생물공학의 제2의 물결 [산업적 효용가치 증대] 따라서, 생명과학 관련 다양한 분야의 지식과 기술의 접목 필요성

Central Dogma

Cycle of Protein Engineering

돌연변이 유도: [1] rational design: site-directed mutagenesis [2] non-rational (random) design: DNA shuffling or directed evolution Structure-Function Relationship of Protein 단백질의 변형을 통하여 다양한 성질의 변화를 추구함. Examples [1] 산업적 효소: protease, glucose isomerase, calf chymosin, papain, amylase, cellulase 및 xylanase, pectinolytic enzyme, lipase 등 [2] 의료용 단백질: 다양한 생리활성의 펩타이드, peptide 또는 polypeptide vaccine, antibody, 세포내 신호전달 관련 단백질, 유전자 발현 관련 단백질, hormone과 수용체 등 [3] 환경산업관련 효소

Biological Structures = Nanomaterials

Top-down Bottom-up Life Biological Phenomena Molecular Interactions Individual Biomolecules [Proteins/Nucleic acids/CHO/Lipids]

전체 > S 부분 (open system) Complexity Bottom-up approach와 Top-down approach사이의 적절한 조화

Lipids Fatty acids

Central Dogma in Biological System Transcription Translation Posttranslationally modified proteins Protein-ligand interactions DNA RNA Protein Reverse Transcription Information Function Information Function Biological phenomena

Proteomics (St./Fn.) (Structural) Functional Genomics Postgenomic era 단백질의 특성 및 기능 파악 조직별 5,000 - 20,000 추정 DNA 염기서열 약 30억개 (2-3% 유전자) 유전자 및 기능파악 총 4 만 유전자 추정 현재까지 9,000여종 파악

[Amino acids]

[Nonstandard amino acids]

[Peptide]

Peptide의 생리활성 Aspartame: aspartate와 phenylalanine Oxytocin: 자궁수축 Bradykinin: 항염증효과 Enkephalin: 마취성, 통증조절 Insulin, glucagon, somatostatin: Glucose metabolism Tissue specific limited proteolysis of precursor polypeptides (in vivo) Solid phase synthesis (in vitro)

[Protein] Noncovalent interactions Ionic interaction Hydrogen bond Hydrophobic interaction van der Waals interaction Structural flexibility – Functional variety Protein folding : Entropy

[Structural hierarchy of protein]

[Denaturation-Renaturation Experiment by Christian Anfinsen]

Levinthal’s paradox Folding mechanisms Diffusion-collision (microdomain) model Framework model Hydrophobic collapse model Molten globule model Jigsaw puzzle model

[Hydrophobic collapse model]

[Molecular Chaperone] Holdase vs. Foldase

Creutzfeldt-Jakob disease [Spongiform encephalopathies] degradation Misfolded protein Folded state Amino acids refolding Accumulation Amyloid formation Degenerative disorders Creutzfeldt-Jakob disease [Spongiform encephalopathies]

Amyloidogenesis

Neurodegenerative disorders The amyloid formation is the common phenomenon observed in various neurodegenerative disorders, including Parkinson’s disease, Alzheimer’s disease, Huntington’s chorea, Amyotrophic lateral sclerosis, Prion disease, etc. Parkinson’s disease Prion disease [mad cow disease] Alzheimer’s disease

[Enzyme] Substrate specificity (기질특이성) Acceleration of chemical reaction (반응가속화) Mild conditions (온순조건) (37 degree and pH 7.4) Rate Enhancement (반응속도 증가) without affecting Chemical Equilibrium (반응평형) Binding Energy between Enzyme and Substrate

Most biomolecules are quite stable. No reaction w/o enzyme Enzyme: Active site + Other region

Enzyme catalyzed reaction: 반응평형 무관, 반응속도만 증가 increase reaction rate without affecting chemical equilibrium cf) mass action ratio Go’ = - RT ln Keq vs. k = kT/h exp (- G‡/RT)

Protein-based Nanobiotechnology

[Protein-based Suprastructure Formation]

Proteins in Nanodevices 1. Motor proteins 2. Chemical sensing built-in switch 3. Cargo delivery using protein transporters and pores 4. Chemical transformation [enzyme catalysis] 5. ATP as energy source [ATP generation system] 6. Data processing [DNA computing]

Protein Engineering (1) Novel and altered functions (2) Physical properties such as enhanced stability (3) Structure based materials Enzymes for pharmaceutical and biotechnology industries Proteins as materials (1) Nanoscale architecture (2) Rich chemistry (3) Versatile enzymatic activities Advances in protein engineering (1) de novo protein design (2) molecular biology (3) non-natural amino acids and peptide ligation (4) protein assembly

Natural proteins as materials [1] Flagellar motors of bacteria

[2] Linear motors of muscle and cytoskeleton

[3] Bacteriorhodopsin

Bacteriorhodopsin Film Photo-rewritable information storage devices Photochromic ink

Proton Gradient and ATP Synthesis FoF1-ATPase

Bacteriorhodopsin and FoF1-ATPase

[4] Molecular Motor

Proteins as novel materials Self-assembly Recognition specificity Monodispersity Biofabrication Proteins as important design elements in the development of advanced materials Protein stability Fusion materials

Leaders with Vision for the Future Potential Creative Researchers Understanding Multidisciplinary Subject Leaders with Vision for the Future