【正文】 蛋白質(zhì)組學(xué)是目前備受關(guān)注的新領(lǐng)域，它包括天然蛋白質(zhì)的多樣性、相互作用、結(jié)構(gòu)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(gè)問題是要構(gòu)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(jìn)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(gè)天文數(shù)字，例如一個(gè)含有 100個(gè)殘基的序列可能有 20220種。但是實(shí)際能形成獨(dú)特三維結(jié)構(gòu)的序列僅占序列空間的很小部分。 組合庫的構(gòu)筑既要顧及序列的多樣性又要利用合理設(shè)計(jì)大大減少序列的數(shù)目。 組合庫設(shè)計(jì)的一個(gè)核心問題是埋藏疏水部分。一個(gè)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?jí)結(jié)構(gòu)，另一方面又要埋藏疏水殘基。二元模式可用于二級(jí)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)。除了考慮疏水核堆積外還要考慮優(yōu)化二級(jí)結(jié)構(gòu)單元間的界面。 近年來發(fā)展了一些計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，在開始實(shí)驗(yàn)之前先進(jìn)行計(jì)算機(jī)篩選。一般分為兩步，第一步建立側(cè)鏈的旋轉(zhuǎn)構(gòu)象庫 (rotemer)；第二次把 Rotomer庫作為輸入，計(jì)算低能序列組合的可能性。 三、蛋白質(zhì)功能的全新設(shè)計(jì) ? 蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是產(chǎn)生既能折疊為預(yù)想的結(jié)構(gòu)又具有有趣和有用的功能。功能設(shè)計(jì)主要涉及鍵合及催化。 ? 為達(dá)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(shè)計(jì)功能蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)的功能設(shè)計(jì) １．通過反向擬合天然蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)新的功能 ２．鍵合及催化的從頭設(shè)計(jì) ３．在全新蛋白質(zhì)中引入結(jié)合位點(diǎn) ４．催化活性蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì) ５．膜蛋白及離子通道的設(shè)計(jì) ６．新材料的設(shè)計(jì) 1．通過反向擬合天然蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(jìn)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(wù)。自然界已經(jīng)向我們提供許多相對(duì)穩(wěn)定、能夠耐受序列修飾改變的結(jié)構(gòu)骨架。通過修飾天然結(jié)構(gòu)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(jié)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(shí)上，它能把新奇的性質(zhì)附加到原蛋白質(zhì)骨架的結(jié)構(gòu)上。如下幾個(gè)是通過蛋白質(zhì)工程使天然蛋白質(zhì)獲得新功能的實(shí)例。 (1)引入金屬結(jié)合位點(diǎn) 在 的過渡金屬結(jié)合位點(diǎn)以及在溶菌酶中引入新的鈣結(jié)合位點(diǎn)。用天門冬氨酸側(cè)鏈替代 Gln86以及 Ala92引入鈣結(jié)合位點(diǎn)，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(diǎn)專一 DNA裂解 重組脫氧核犢核酸酶蛋白質(zhì)的一個(gè) 52殘基的 DNA結(jié)合碎片共價(jià)連接一個(gè)鰲合試劑 EDTA后形成一個(gè)序列專一的 DNA裂解蛋白質(zhì)。 ? 催化抗體的設(shè)計(jì)是反向擬合天然蛋白質(zhì)最廣泛、最有力的應(yīng)用?？贵w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(jié)合專一性。免疫學(xué)家以及化學(xué)家誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物免疫體系產(chǎn)生不僅能結(jié)合專一抗原而且能催化不同化學(xué)反應(yīng)的抗體。催化抗體的核心是使用類似于反應(yīng)過渡態(tài)的抗原。 2．鍵合及催化的從頭設(shè)計(jì) 能結(jié)合特殊配件的新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的早期工作是Gutte及其合作者開展的。 1979年他們報(bào)道了能與核酸相互作用的 34個(gè)殘基肽的設(shè)計(jì)、合成與表征。 3．在全新蛋白質(zhì)中引入結(jié)合位點(diǎn) 全新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)除了能折疊為預(yù)想的結(jié)構(gòu)外，還要設(shè)計(jì)新的結(jié)合位點(diǎn)及催化性質(zhì)。全新蛋白結(jié)合位點(diǎn)的設(shè)計(jì)不僅限于金屬位點(diǎn)。 4．催化活性蛋白質(zhì)的設(shè)計(jì) 這類設(shè)計(jì)的早期代表性工作是 Hahn設(shè)計(jì)的 Chymhelizyme及 Sasaki等設(shè)計(jì)的計(jì)活性位點(diǎn)而不是模擬已知酶。 5．膜蛋白及離子通道的設(shè)計(jì) 膜蛋白在許多生物過程中起重要作用。設(shè)計(jì)與構(gòu)筑具有預(yù)期結(jié)構(gòu)與性能的膜蛋白有非常重要的意義。膜蛋白結(jié)構(gòu)形成的驅(qū)動(dòng)力與在水中可溶的蛋白是不同的．設(shè)計(jì)及合成中所遇到的因難也是不同的。例如疏水效應(yīng)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(duì)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(dá)或在體外合成形成典型的包含物。一個(gè)全新膜蛋白從一個(gè)不溶水的聚集體轉(zhuǎn)換為類似于膜的環(huán)境要求構(gòu)象變化。盡管存在很大困難，但科學(xué)家們?nèi)栽O(shè)計(jì)表征了一些全新膜蛋白。 6．新材料的設(shè)計(jì) 自組裝是構(gòu)筑新材料的重要方法，是材料科學(xué)和蛋白質(zhì)折疊的共同的課題。 第三節(jié) 計(jì)算蛋白質(zhì)設(shè)計(jì) ? 蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)是一個(gè)理論與實(shí)驗(yàn)之間的循環(huán)。這個(gè)循環(huán)已經(jīng)在蛋白質(zhì)的合理設(shè)計(jì)中得到了許多重要進(jìn)展。 ? 計(jì)算蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)包括能量表達(dá)、能量優(yōu)化、側(cè)鏈構(gòu)象的離散化、殘基分類 (內(nèi)核、表面、邊界 )、功能位點(diǎn)設(shè)計(jì)、專一性、穩(wěn)定性及序列空間的穩(wěn)健性預(yù)測等方面內(nèi)容。 一、能量表達(dá) 蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)通過能量表達(dá) (函數(shù) )或力場計(jì)算結(jié)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(dá)包括內(nèi)坐標(biāo)項(xiàng)、范德華作用項(xiàng)、靜電相互作用項(xiàng)、氫鍵項(xiàng)、溶劑效應(yīng)項(xiàng)及墑效應(yīng)項(xiàng)等。項(xiàng)目的選擇是根據(jù)提高實(shí)驗(yàn)與理論的相關(guān)性的要求進(jìn)行的。改善的能量表達(dá)用于設(shè)計(jì)新的序列，完善這個(gè)循環(huán)。 在典型的分子力學(xué)力場中，共價(jià)鍵、鍵角、扭角等是必須考慮的。在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)構(gòu)象集合 (庫 )和修飾蛋白質(zhì)主鏈時(shí)這些內(nèi)坐標(biāo)項(xiàng)都是應(yīng)該包括的。通過蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計(jì)分析能產(chǎn)生根好的內(nèi)坐標(biāo)能。 ? 范德華勢涉及蛋白質(zhì)內(nèi)的堆積，堆積專一性對(duì)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)是非常重要的。對(duì)于蛋白質(zhì)內(nèi)核的設(shè)計(jì)，堆積是非常關(guān)鍵的。范德華勢提供了側(cè)鏈專一性堆積的物理基礎(chǔ)，據(jù)此可以設(shè)計(jì)很好折疊的蛋白質(zhì)。范德華能 Evdw通常采用 LennardJones126表達(dá)式計(jì)算： ? 靜電相互作用在蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)中是重要的，但靜電對(duì)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(bǔ)償去溶劑能，但靜電相互作用對(duì)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(jì)算得到： ? 溶劑效應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)也是非常重要的。疏水效應(yīng)是蛋白質(zhì)折疊的驅(qū)動(dòng)力。計(jì)算蛋白質(zhì) 溶劑相互作用是非常費(fèi)時(shí)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(jié)合自由能與分子的表面積有關(guān)，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(gè)溶劑化的非折疊蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換一個(gè)側(cè)鏈到一個(gè)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(gè)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(guān)系對(duì)這兩種情況都應(yīng)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(yàn)?zāi)Ｐ鸵蕾囉谌軇┗瘏?shù)。最簡單模型是使用距離依賴介電常數(shù)／表面積計(jì)算靜電相互作用。事實(shí)證明，距離依賴介電常數(shù)表面積模型沒有很好的相關(guān)性。 前言 ? 生物化學(xué)的學(xué)科特點(diǎn)是系統(tǒng)性、抽象性、聯(lián)系性比較強(qiáng)，教學(xué)難度比較大，學(xué)科發(fā)展比較快。 ? 醫(yī)用生物化學(xué)是生物化學(xué)的重要分支，是很多醫(yī)學(xué)專業(yè)課程的重要支柱。 ? 基本內(nèi)容涉及到生物學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、生理學(xué)以及免疫學(xué)和病理學(xué)等多門基礎(chǔ)課程。 整體及動(dòng)態(tài)觀念 ? 生命科學(xué)，尤其是醫(yī)學(xué)必須從宏觀、整體的角度分析機(jī)體的生命活動(dòng)；微觀本質(zhì)必須服務(wù)于宏觀個(gè)體；兩者不僅不存在矛盾，而且互為補(bǔ)充。 ? 人體的整體概念，有利于培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生以人為本，綜合分析問題的能力。 ? 細(xì)胞的整體概念，即對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)較好的形象認(rèn)識(shí)，有助于代謝途徑的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)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(xué)的基礎(chǔ) ? 液態(tài)代謝 water ? 動(dòng)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(shè)懸念，因勢利導(dǎo) ? 聯(lián)系實(shí)際，重在應(yīng)用 ? 歸納總結(jié)，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(xì)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(shí)組織呼吸減弱，代謝強(qiáng)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