第七章-蛋白质分子设计

第五章蛋白质分子设计蛋白质的分子设计目的：获得具有特定功能的蛋白质。一、分子设计的目的蛋白质的分子设计蛋白质的理性设计从头设计对已有蛋白质的分子改造提供确切的方案。设计自然界中尚未发现的、具有全新结构和功能的蛋白质。二、蛋白质分子设计的理论基础理论基础是蛋白质的结构与功能关系，着眼点是改造蛋白质的功能，着手点是改变蛋白质结构，大多数情况是蛋白质一级结构的改变，即改变蛋白质的氨基酸序列。三、结构设计和功能设计根据设计层次的不同，蛋白质分子设计分为结构设计和功能设计。结构设计：设计具有特定结构的蛋白质。主要基于对蛋白质折叠和稳定机理的认识。功能设计：设计具有某种特定功能的蛋白质。要考虑结构与功能之间的关系。四、蛋白质分子设计的方法与过程1、蛋白质的理性设计点突变（小改）：对已知结构的pro进行几个残基的替换来改善pro的结构和功能。序列及结构域的组合（中改）：对天然pro分子进行大规模地肽链或结构域替换以及对不同pro的结构域进行拼接组装。（1）点突变（小改）三类突变：插入一个或多个氨基酸残基，删除一个或多个氨基酸残基，替换或取代一个或多个氨基酸残基。关键问题：选择什么位点，进行什么样的氨基酸替换。例：酵母cAMP-依赖的蛋白激酶的催化亚基上的磷酸Thr残基，对催化亚基和调节亚基间的相互作用中发挥的作用。Thr241被丙氨酸替换，则催化亚基对调节亚基的亲和力大幅下降，而不影响催化活性，这暗示磷酸苏氨酸参与调节亚基的识别。用带正电荷或中性氨基酸残基替换Thr241都导致对调节亚基亲和力的下降，而不影响催化活性，这表明突变体蛋白质的整体构象是完整的。用丝氨酸替换Thr241，没有丧失对调节亚基的亲和力，这暗示磷酸丝氨酸可以替换磷酸苏氨酸。用酸性氨基酸替换Thr241可部分恢复对调节亚基的亲和力，这暗示在这个位置上存在带负电荷的基团是必需的。2、序列及结构域的组合（中改）

中改是指在蛋白质中替换1个肽段或者1个结构域。蛋白质的立体结构可以看作由结构元件组装而成的。因此可以在不同的蛋白质之间成段地替换结构元件，期望能够转移相应的功能。对已知蛋白质进行中改最经典的例子就是抗体设计和改造。2、从头设计（大改）

是指从氨基酸残基出发，即从一级序列出发，设计制造自然界中不存在的全新蛋白质，使之具有特定的空间结构和预期的功能。

以人们对蛋白质结构的了解、对蛋白质结构与功能的认识为基础的；是根据所希望的结构和功能来设计序列程序序列生成设计目标构建模型结构预测基因克隆合成多肽全新的蛋白质或多肽结构功能检测

从头设计的步骤：1、产生一个能形成特定折叠结构的骨架。2、找到一个对应的氨基酸序列。3、对序列和骨架进行优化，使其具有期望的结构和功能。α螺旋设计一般遵循以下指导原则：（1）选择形成α螺旋倾向性比较大的氨基酸残基，如Leu、Glu、Ala、Met等。（2）α螺旋每圈平均有3.6个氨基酸残基，为使结构中形成一个亲水面和一个疏水面，疏水性氨基酸残基应按3或4的间隔排列。（3）α螺旋所有氢键指向同一方向，形成一个由N端指向C端的偶极矩，因此设计时，常使带正电荷的氨基酸残基靠近C端，带负电荷的氨基酸残基靠近N端。（4）由于α螺旋两端各有3个残基的氢键能力未能得到全部满足，常需要在其两端各加一个N帽和C帽。β折叠片的设计原则：选择形成β折叠片倾向性较大的氨基酸残基，如Val、Ile、Tyr。

使亲水性残基和疏水性残基相间排列。β转角设计：要考虑转角类型