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、具有全新結構和功能的蛋白質(zhì)。二、蛋白質(zhì)分子設計的理論基礎理論基礎是蛋白質(zhì)的結構與功能關系，著眼點是改造蛋白質(zhì)的功能，著手點是改變蛋白質(zhì)結構，大多數(shù)情況是蛋白質(zhì)一級結構的改變，即改變蛋白質(zhì)的氨基酸序列。三、結構設計和功能設計根據(jù)設計層次的不同，蛋白質(zhì)分子設計分為結構設計和功能設計。結構設計：設計具有特定結構的蛋白質(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)。要考慮結構與功能之間的關系。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）：對已知結構的pro進行幾個殘基的替換來改善pro的結構和功能。序列及結構域的組合（中改）：對天然pro分子進行大規(guī)模地肽鏈或結構域替換以及對不同pro的結構域進行拼接組裝。（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、序列及結構域的組合（中改）

中改是指在蛋白質(zhì)中替換1個肽段或者1個結構域。蛋白質(zhì)的立體結構可以看作由結構元件組裝而成的。因此可以在不同的蛋白質(zhì)之間成段地替換結構元件，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構和預期的功能。

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

從頭設計的步驟：1、產(chǎn)生一個能形成特定折疊結構的骨架。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，使其具有期望的結構和功能。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，為使結構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