蛋白质工程制药.ppt

*5．线性多肽折叠为球状结构不用模板或交叉连接而通过线性多肽折叠形成球形的确定的三维结构是全新蛋白质设计追求的目标之一。把一个线性肽折叠形成独特的三维结构的主要障碍是构象熵，这需要精心设计一系列的相互作用才能稳定结构。这方而工作已取得重大进展。第55页，共81页，星期日，2025年，2月5日*6．基于组合库的全新蛋白质设计蛋白质组学是目前备受关注的新领域，它包括天然蛋白质的多样性、相互作用、结构以及功能。它回答的问题是“什么是天然存在的”。组合库方法要回答的问题是“什么是可能的”。要问答这个问题是要构筑大的全新蛋白质库。比较库中的全新蛋白质与自然进化选择的蛋白质，可以得到很多有用的信息。第56页，共81页，星期日，2025年，2月5日*所有可能的氨基酸序列是一个天文数字，例如一个含有100个残基的序列可能有20100种。但是实际能形成独特三维结构的序列仅占序列空间的很小部分。

组合库的构筑既要顾及序列的多样性又要利用合理设计大大减少序列的数目。

第57页，共81页，星期日，2025年，2月5日*设计目标解决办法热稳定性对氧化的稳定性对重金属的稳定性pH稳定性提高酶学性质引入二硫桥增加内氢键数目改善内疏水堆积增加表面盐桥把Cys转换为Ala或Ser把Met转换为Gln、Val、Ile或Leu把Trp转换为Phe或Tyr把Cys转换为Ala或Ser把Met转换为Gln、Val、Ile或Leu替代表面羧基替换表面荷电基团His、Cys以及Tyr的置换内离子对的置换专一性的改变增加逆转数(turnovernumber)改变酸碱度蛋白质设计的目标及解决办法第23页，共81页，星期日，2025年，2月5日*蛋白质突变体的设计涉及如下3个步骤。（1）从天然蛋白质的三维结构出发(实验测定或预测)，利用计算机模拟技术确定突变位点及替换的氨基酸。这是非常关键的步骤，一般应注意如下问题。a．应确定对蛋白质折叠敏感的区域，这些区域包括带有特殊扭角的氨基酸、盐桥、密堆积区等。b．应确定对功能非常重要的位置，这些可以从结构与功能关系、生物化学或蛋白质工程实验及结构上的考虑。第24页，共81页，星期日，2025年，2月5日*c．应该考察剩余位置对所希望改变的影响。d．当进行互换或插入删除残基时应考虑它们对结构特征的影响，如疏水堆积、侧链取向、氢键、盐桥等。同时也要考虑它们对蛋白质功能的影响。互换或插入/删除区域一般都在外环。有如下一些假设：氨基酸侧链的改变不会影响该主链折叠的改变，插入/删除某些部分不会影响表面区域，侧链交换遵守蛋白质结构保守原则。（2）利用能量优化及蛋白质动力学方法预测修饰后的蛋白质结构。（3）预测的结构与原始的蛋白质结构比较，利用蛋白质结构-功能或结构-稳定性相关知识及理论计算预测新蛋白质可能具有的性质。在上述设计工作完成后，要进行合成或突变实验并经分离、纯化及表征后得到所要求的新的蛋白质。第25页，共81页，星期日，2025年，2月5日*计算机蛋白质设计只是有效实验设计的一种方法。它不能替代实验，正像蛋白质结构预测不能替代蛋白质结构测定一样。如果一个科学家设计一种具有新的催化性质的酶，他必须了解催化过程及机理；了解蛋白质的结构化学、生物化学方面的知识。因此蛋白质设计的成功与否，必须要有理论与实验的紧密结合。第26页，共81页，星期日，2025年，2月5日*内核假设所谓内核是指蛋白质在进化中保守的内部区域。在大多数情况，内核由氢键连接的二级结构单元组成。假定蛋白质独特的折叠形式主要由蛋白质内核中残基的相互作用所决定。二、蛋白质设计原理第27页，共81页，星期日，2025年，2月5日*内部密堆积，并且没有重叠。由两个因素造成的。分子是从内部排出的，这是总疏水效应的一部分；由原子间的伦敦色散力所引起的，是由于短吸引力的优化。第28页，共81页，星期日，2025年，2月5日*氢键都是最大满足的蛋白质的氢键形成涉及一个交换反应，溶剂键被蛋白质键所替代。随着溶剂键