蛋白質分子設計ppt課件(編輯修改稿)
2025-06-08 03:31 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 利用蛋白質同源性鑒定突變功能殘基 ? 高度保守的殘基與同源蛋白的共同功能以及維持結構有關，這些殘基常作為突變及功能進化的候選基因； ? 非保守殘基是分析的靶位點，特別是對于專一性研究； ? 探測突變蛋白質的結構整體性質，以鑒定突變殘基。 （五）定位突變的應用 ? 目前集中在對具有明顯生物功能的天然蛋白質分子加以改性，如胰島素。 ? RNase T1的結構改造是分于設計中的一個成功實例： ? T1核糖核酸酶含有 104個氨基酸殘基，這個天然酶有兩對二硫鍵（ Cys2Cys10， Cys6Cys100，日本大阪大學的 Niskikawa等人在 Tyr24和 Asn84位引入第三個二硫鍵，建立了 RNase T1S突變體，其熱穩(wěn)定性增加，在 55℃ 保留 70%的活性，而野生型的僅有 10%的活性。 ? T4噬菌體溶菌酶 包含 164個 AA， Gassner和Matthews對其研究的結果證明，在該酶結構中不存雜二硫鍵，只有Cys54和 Cys97兩個半胱氨酸殘基。 ? Matthews通過分子設計引入 3對二硫鍵，其中 5個 Cys均是由突變而來，實驗證明突變體比天然蛋白質更為穩(wěn)定。 二、蛋白質分子拼接 ? 小的蛋白質分子，有些 只有一個結構域 ，如蝎毒、蛇毒、蜘蛛毒素等多肽類神經(jīng)毒素； ? 有的 由多個結構域組成 ：例如，有一種和癌癥的發(fā)病有關的癌胚抗原 CEA（ Carcinoembryonic antigen），是由七個大小和形狀都非常相似的結構域拼接構成的，各結構域之間由柔韌性較大的“鉸鏈”片段相連。研究發(fā)現(xiàn)，癌胚抗原的這種多結構域特征有利于它所起的細胞識別和粘合作用。 ? 丙酮酸激酶的分子則有四個完全不同的結構域組成。 ? 蛋白質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之間成段地替換結構元件，期望能夠轉移相應的功能，把優(yōu)秀的功能結合在一起從而創(chuàng)造出新型蛋白質，最終顯著地改變蛋白質的特性。 ? 一般是將編碼一種蛋白質的部分基因移植到另一種蛋白質基因上或將不同蛋白質基因的片段組合在一起，經(jīng)基因克隆和表達，產(chǎn)生出新的融合蛋白質。 英國劍橋大學的 Winter等人利用分子剪裁技術成功地在抗體分子上作了實驗。 我們知道 , 蛋白質的空間結構受其氨基酸序列控制 , 而功能又與結構密切相關。 如果能夠找到構造蛋白質結構的方法 , 我們就能得到具有任意結構和功能的全新蛋白質 , 這就是蛋白質全新設計問題。 第三節(jié) 全新蛋白質設計 全新蛋白質設計過程 設計目標 序列生成 結構預測 合成 構建模型 檢測 蛋白質從頭設計概念 從頭設計能夠根據(jù)生物分子的活性位點特征產(chǎn)生 一系列的結構片段 ， 通過連接這些結構片段可以構成一個 全新分子 ；或者在結合腔內(nèi)對一個已知的結構骨架進行化合物的衍生化。 從頭設計方法可以生成全新的分子結構。 全新蛋白質設計包括 ? 一、全新蛋白質設計方法 ? 二、蛋白質結構的從頭設計 ? 三、蛋白質功能的從頭設計 （一）全新蛋白質設計程序 模擬 分析 設計 實驗 一、全新蛋白質設計方法 （二）全新蛋白質設計目標的選擇 ? 依據(jù)設計的目的可以分為 ： ? 結構的從頭設計 – 二級結構 ? 功能的從頭設計 – 主要進行天然蛋白質功能的模擬 ? 選定氨基酸順序 ? 用 Monte Carlo法或分子動力學計算其三維模型 ? 目標：使構象的能量水平達到最低和穩(wěn)定 （三）設計方法 設計方法的分類 ? 構建新蛋白質的路徑主要有兩種： ? 1. 完全通過分子中原子的交互作用而設計出一種稱之為氨基酸的蛋白質分子鏈； ? 2. 氨基酸可以隨機進行多種化合物的排列組合，這種邏輯的結論就是只要進行足夠的組合最終就能夠得到想要的新型蛋白質。 ? 首先選擇某種主鏈骨架作為目標結構，隨后固定骨架，尋找能夠折疊成這種結構的氨基酸組合，即 所謂的 “ 逆折疊 ” 方法 。 ? 從頭設計的蛋白質經(jīng)常是具有正確的拓撲學結構、明顯的二級結構、合理的熱力學穩(wěn)定性，但缺乏天然蛋白質的那種 高度堆積特異的構象 ，呈一種“熔球”狀態(tài)，或者說是部分折疊，這是目前面臨的最大困難和最大挑戰(zhàn)。 設計中的困難 ? 為達到一種特異的構象，必須有一個 高度特異的核心構象 ，這個核心在所有可能的狀態(tài)中具有 最低能量 ，并且與其
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