【正文】 蛋白質(zhì)組學是目前備受關注的新領域，它包括天然蛋白質(zhì)的多樣性、相互作用、結構以及功能。它回答的問題是“什么是天然存在的”。組合庫方法要回答的問題是“什么是可能的”。要問答這個問題是要構筑大的全新蛋白質(zhì)庫。比較庫中的全新蛋白質(zhì)與自然進化選擇的蛋白質(zhì)，可以得到很多有用的信息。 所有可能的氨基酸序列是一個天文數(shù)字，例如一個含有 100個殘基的序列可能有 20220種。但是實際能形成獨特三維結構的序列僅占序列空間的很小部分。 組合庫的構筑既要顧及序列的多樣性又要利用合理設計大大減少序列的數(shù)目。 組合庫設計的一個核心問題是埋藏疏水部分。一個常用的方法是基于極性（ P）和非極性 (N)氨基酸的“二元模式”?！岸Ｊ健币环矫嬉欣谛纬啥壗Y構，另一方面又要埋藏疏水殘基。二元模式可用于二級結構兩親片段，一面完全是極性殘基，另一面完全是非極性殘基。 組合庫的設計中要考慮優(yōu)化疏水核，通過篩選發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的堆積相互作用。主要使用兩種篩選方法：第一種是使用一維 1HNMR譜；第二種方法是使用電噴霧質(zhì)譜 (ESMS)觀察 HD交換動力學。除了考慮疏水核堆積外還要考慮優(yōu)化二級結構單元間的界面。 近年來發(fā)展了一些計算機輔助設計方法，在開始實驗之前先進行計算機篩選。一般分為兩步，第一步建立側(cè)鏈的旋轉(zhuǎn)構象庫 (rotemer)；第二次把 Rotomer庫作為輸入，計算低能序列組合的可能性。 三、蛋白質(zhì)功能的全新設計 ? 蛋白質(zhì)設計的目標是產(chǎn)生既能折疊為預想的結構又具有有趣和有用的功能。功能設計主要涉及鍵合及催化。 ? 為達到這些目的可以采用兩條不同的途徑：反向?qū)崿F(xiàn)蛋白質(zhì)與工程底物的契合，改變功能；從頭設計功能蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)的功能設計 １．通過反向擬合天然蛋白質(zhì)設計新的功能 ２．鍵合及催化的從頭設計 ３．在全新蛋白質(zhì)中引入結合位點 ４．催化活性蛋白質(zhì)的設計 ５．膜蛋白及離子通道的設計 ６．新材料的設計 1．通過反向擬合天然蛋白質(zhì)設計新的功能 執(zhí)行特別生物功能的天然蛋白質(zhì)能通過反向擬合獲得新的活性。修飾進化億萬年的蛋白質(zhì)，執(zhí)行我們自己選擇的功能是非常誘人的任務。自然界已經(jīng)向我們提供許多相對穩(wěn)定、能夠耐受序列修飾改變的結構骨架。通過修飾天然結構得到專一性及活性改變的天然蛋白質(zhì)是可能的，在如下范圍已取得成功： DNA結合專一性；改變輔因子的專一性；改變底物的專一性。 ? 反向擬合的能力大于僅僅改變專一性的修飾。事實上，它能把新奇的性質(zhì)附加到原蛋白質(zhì)骨架的結構上。如下幾個是通過蛋白質(zhì)工程使天然蛋白質(zhì)獲得新功能的實例。 (1)引入金屬結合位點 在 的過渡金屬結合位點以及在溶菌酶中引入新的鈣結合位點。用天門冬氨酸側(cè)鏈替代 Gln86以及 Ala92引入鈣結合位點，使金屬 溶菌酶的活性及熱穩(wěn)定性都優(yōu)于天然酶。 ? (2)位點專一 DNA裂解 重組脫氧核犢核酸酶蛋白質(zhì)的一個 52殘基的 DNA結合碎片共價連接一個鰲合試劑 EDTA后形成一個序列專一的 DNA裂解蛋白質(zhì)。 ? 催化抗體的設計是反向擬合天然蛋白質(zhì)最廣泛、最有力的應用。抗體是嫁接功能的理想蛋白。通過改變 loop區(qū)免疫體系能產(chǎn)生新奇的結合專一性。免疫學家以及化學家誘導哺乳動物免疫體系產(chǎn)生不僅能結合專一抗原而且能催化不同化學反應的抗體。催化抗體的核心是使用類似于反應過渡態(tài)的抗原。 2．鍵合及催化的從頭設計 能結合特殊配件的新蛋白質(zhì)設計的早期工作是Gutte及其合作者開展的。 1979年他們報道了能與核酸相互作用的 34個殘基肽的設計、合成與表征。 3．在全新蛋白質(zhì)中引入結合位點 全新蛋白質(zhì)設計除了能折疊為預想的結構外，還要設計新的結合位點及催化性質(zhì)。全新蛋白結合位點的設計不僅限于金屬位點。 4．催化活性蛋白質(zhì)的設計 這類設計的早期代表性工作是 Hahn設計的 Chymhelizyme及 Sasaki等設計的計活性位點而不是模擬已知酶。 5．膜蛋白及離子通道的設計 膜蛋白在許多生物過程中起重要作用。設計與構筑具有預期結構與性能的膜蛋白有非常重要的意義。膜蛋白結構形成的驅(qū)動力與在水中可溶的蛋白是不同的．設計及合成中所遇到的因難也是不同的。例如疏水效應要求在溶液環(huán)境中非極性殘基在內(nèi)部，極性殘基在外部，但對于在非極性環(huán)境中的膜蛋白就完全不同。膜蛋白在體內(nèi)表達或在體外合成形成典型的包含物。一個全新膜蛋白從一個不溶水的聚集體轉(zhuǎn)換為類似于膜的環(huán)境要求構象變化。盡管存在很大困難，但科學家們?nèi)栽O計表征了一些全新膜蛋白。 6．新材料的設計 自組裝是構筑新材料的重要方法，是材料科學和蛋白質(zhì)折疊的共同的課題。 第三節(jié) 計算蛋白質(zhì)設計 ? 蛋白質(zhì)設計是一個理論與實驗之間的循環(huán)。這個循環(huán)已經(jīng)在蛋白質(zhì)的合理設計中得到了許多重要進展。 ? 計算蛋白質(zhì)設計包括能量表達、能量優(yōu)化、側(cè)鏈構象的離散化、殘基分類 (內(nèi)核、表面、邊界 )、功能位點設計、專一性、穩(wěn)定性及序列空間的穩(wěn)健性預測等方面內(nèi)容。 一、能量表達 蛋白質(zhì)設計通過能量表達 (函數(shù) )或力場計算結定序列的能量，決定系列序列的能量順序，并了解蛋白質(zhì)內(nèi)的相互作用力。能量的表達包括內(nèi)坐標項、范德華作用項、靜電相互作用項、氫鍵項、溶劑效應項及墑效應項等。項目的選擇是根據(jù)提高實驗與理論的相關性的要求進行的。改善的能量表達用于設計新的序列，完善這個循環(huán)。 在典型的分子力學力場中，共價鍵、鍵角、扭角等是必須考慮的。在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)構象集合 (庫 )和修飾蛋白質(zhì)主鏈時這些內(nèi)坐標項都是應該包括的。通過蛋白質(zhì)結構數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計分析能產(chǎn)生根好的內(nèi)坐標能。 ? 范德華勢涉及蛋白質(zhì)內(nèi)的堆積，堆積專一性對蛋白質(zhì)設計是非常重要的。對于蛋白質(zhì)內(nèi)核的設計，堆積是非常關鍵的。范德華勢提供了側(cè)鏈專一性堆積的物理基礎，據(jù)此可以設計很好折疊的蛋白質(zhì)。范德華能 Evdw通常采用 LennardJones126表達式計算： ? 靜電相互作用在蛋白質(zhì)設計中是重要的，但靜電對蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的作月是有爭論的。在溫和的溫度條件下，靜電相互作用還不能補償去溶劑能，但靜電相互作用對確定專一性是非常重要的。在極端條件下鹽橋可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)。靜電能可以通過庫侖定律計算得到： ? 溶劑效應對蛋白質(zhì)設計也是非常重要的。疏水效應是蛋白質(zhì)折疊的驅(qū)動力。計算蛋白質(zhì) 溶劑相互作用是非常費時的，因此一些研究組發(fā)展了一些近似方法利用辛醇 水以及氣 水的自由能。結合自由能與分子的表面積有關，如圖 227所示。這些能雖可以直接用于蛋白質(zhì)內(nèi)核殘基，也可用于與蛋白質(zhì)折疊相聯(lián)系的溶劑暴露表面積相互作用的度量。一個溶劑化的非折疊蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換一個側(cè)鏈到一個折疊蛋白質(zhì)，部分或完全去溶劑位置所要求的能量，與從水到氣體或一個非極化溶劑是不同的。但是轉(zhuǎn)化能與表面積的改變間近似的線性關系對這兩種情況都應該是正確的。 溶劑化與靜電相互作用是緊密聯(lián)系在一起的。存在兩種靜電解劑化模型。半經(jīng)驗模型依賴于溶劑化參數(shù)。最簡單模型是使用距離依賴介電常數(shù)／表面積計算靜電相互作用。事實證明，距離依賴介電常數(shù)表面積模型沒有很好的相關性。 前言 ? 生物化學的學科特點是系統(tǒng)性、抽象性、聯(lián)系性比較強，教學難度比較大，學科發(fā)展比較快。 ? 醫(yī)用生物化學是生物化學的重要分支，是很多醫(yī)學專業(yè)課程的重要支柱。 ? 基本內(nèi)容涉及到生物學、無機化學、有機化學、分析化學、生理學以及免疫學和病理學等多門基礎課程。 整體及動態(tài)觀念 ? 生命科學，尤其是醫(yī)學必須從宏觀、整體的角度分析機體的生命活動；微觀本質(zhì)必須服務于宏觀個體；兩者不僅不存在矛盾，而且互為補充。 ? 人體的整體概念，有利于培養(yǎng)醫(yī)學生以人為本，綜合分析問題的能力。 ? 細胞的整體概念，即對細胞的結構較好的形象認識，有助于代謝途徑的亞細胞結構定位形態(tài)化，更有助于代謝調(diào)節(jié)的理解。 醫(yī)用生物化學的基礎 ? 液態(tài)代謝 water ? 動態(tài)平衡 balance ? 溫度與活性 temperature 靈活多變的授課方法 ? 形象比喻，激發(fā)興趣 ? 巧設懸念，因勢利導 ? 聯(lián)系實際，重在應用 ? 歸納總結，化繁為簡 Chapter 25 維生素 B2 ? 維生素 B2又名核黃素（ riboflavin），是核醇與 6,7二甲基異咯嗪的縮合物。在細胞內(nèi)轉(zhuǎn)變成黃素單核苷酸（ FMN）和黃素腺嘌呤二核苷酸（ FAD），是兩種主要的活性形式。 NCCN HNNOOC H 2 C H C H C H C H 2 O P O HO H O H O H OO HC H 3C H 3?缺乏時組織呼吸減弱，代謝強度降低。主要癥狀為口角炎、唇炎、舌炎、陰囊皮炎、眼瞼炎及角膜血管增生等。 Chapter 4 Thanks