第七章-蛋白質(zhì)分子設計

第五章蛋白質(zhì)分子設計蛋白質(zhì)的分子設計目的：獲得具有特定功能的蛋白質(zhì)。一、分子設計的目的蛋白質(zhì)的分子設計蛋白質(zhì)的理性設計從頭設計對已有蛋白質(zhì)的分子改造提供確切的方案。設計自然界中尚未發(fā)現(xiàn)的、具有全新結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。二、蛋白質(zhì)分子設計的理論基礎理論基礎是蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系，著眼點是改造蛋白質(zhì)的功能，著手點是改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，大多數(shù)情況是蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的改變，即改變蛋白質(zhì)的氨基酸序列。三、結(jié)構(gòu)設計和功能設計根據(jù)設計層次的不同，蛋白質(zhì)分子設計分為結(jié)構(gòu)設計和功能設計。結(jié)構(gòu)設計：設計具有特定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。主要基于對蛋白質(zhì)折疊和穩(wěn)定機理的認識。功能設計：設計具有某種特定功能的蛋白質(zhì)。要考慮結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系。四、蛋白質(zhì)分子設計的方法與過程1、蛋白質(zhì)的理性設計點突變（小改）：對已知結(jié)構(gòu)的pro進行幾個殘基的替換來改善pro的結(jié)構(gòu)和功能。序列及結(jié)構(gòu)域的組合（中改）：對天然pro分子進行大規(guī)模地肽鏈或結(jié)構(gòu)域替換以及對不同pro的結(jié)構(gòu)域進行拼接組裝。（1）點突變（小改）三類突變：插入一個或多個氨基酸殘基，刪除一個或多個氨基酸殘基，替換或取代一個或多個氨基酸殘基。關(guān)鍵問題：選擇什么位點，進行什么樣的氨基酸替換。例：酵母cAMP-依賴的蛋白激酶的催化亞基上的磷酸Thr殘基，對催化亞基和調(diào)節(jié)亞基間的相互作用中發(fā)揮的作用。Thr241被丙氨酸替換，則催化亞基對調(diào)節(jié)亞基的親和力大幅下降，而不影響催化活性，這暗示磷酸蘇氨酸參與調(diào)節(jié)亞基的識別。用帶正電荷或中性氨基酸殘基替換Thr241都導致對調(diào)節(jié)亞基親和力的下降，而不影響催化活性，這表明突變體蛋白質(zhì)的整體構(gòu)象是完整的。用絲氨酸替換Thr241，沒有喪失對調(diào)節(jié)亞基的親和力，這暗示磷酸絲氨酸可以替換磷酸蘇氨酸。用酸性氨基酸替換Thr241可部分恢復對調(diào)節(jié)亞基的親和力，這暗示在這個位置上存在帶負電荷的基團是必需的。2、序列及結(jié)構(gòu)域的組合（中改）

中改是指在蛋白質(zhì)中替換1個肽段或者1個結(jié)構(gòu)域。蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)可以看作由結(jié)構(gòu)元件組裝而成的。因此可以在不同的蛋白質(zhì)之間成段地替換結(jié)構(gòu)元件，期望能夠轉(zhuǎn)移相應的功能。對已知蛋白質(zhì)進行中改最經(jīng)典的例子就是抗體設計和改造。2、從頭設計（大改）

是指從氨基酸殘基出發(fā)，即從一級序列出發(fā)，設計制造自然界中不存在的全新蛋白質(zhì)，使之具有特定的空間結(jié)構(gòu)和預期的功能。

以人們對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的了解、對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的認識為基礎的；是根據(jù)所希望的結(jié)構(gòu)和功能來設計序列程序序列生成設計目標構(gòu)建模型結(jié)構(gòu)預測基因克隆合成多肽全新的蛋白質(zhì)或多肽結(jié)構(gòu)功能檢測

從頭設計的步驟：1、產(chǎn)生一個能形成特定折疊結(jié)構(gòu)的骨架。2、找到一個對應的氨基酸序列。3、對序列和骨架進行優(yōu)化，使其具有期望的結(jié)構(gòu)和功能。α螺旋設計一般遵循以下指導原則：（1）選擇形成α螺旋傾向性比較大的氨基酸殘基，如Leu、Glu、Ala、Met等。（2）α螺旋每圈平均有3.6個氨基酸殘基，為使結(jié)構(gòu)中形成一個親水面和一個疏水面，疏水性氨基酸殘基應按3或4的間隔排列。（3）α螺旋所有氫鍵指向同一方向，形成一個由N端指向C端的偶極矩，因此設計時，常使帶正電荷的氨基酸殘基靠近C端，帶負電荷的氨基酸殘基靠近N端。（4）由于α螺旋兩端各有3個殘基的氫鍵能力未能得到全部滿足，常需要在其兩端各加一個N帽和C帽。β折疊片的設計原則：選擇形成β折疊片傾向性較大的氨基酸殘基，如Val、Ile、Tyr。

使親水性殘基和疏水性殘基相間排列。β轉(zhuǎn)角設計：要考慮轉(zhuǎn)角類型