文档介绍：第二章蛋白质分子设计
第一节:蛋白质分子设计原理
第二节:基于蛋白质天然结构的分子设计
第三节:全新蛋白质分子设计
蛋白质分子设计
蛋白质是一类非常有用的物质
与化学试剂相比,蛋白质的分子量非常巨大,大多数不能通过化学方法生产
专一性很强是蛋白质一大优点,但因此其应用范围却受到影响
分子生物学的发展克服了上述缺点。特别是定位突变及PCR 使得蛋白质可能工程化,但用随机方法从事蛋白质工程研究的效率非常低
蛋白质分子设计
蛋白质分子设计就是为有目的的蛋白质工程改造提供设计方案,属于交叉学科。
它涉及材料科学、化学、生物学、物理及计算机科学等。蛋白质设计涉及药物、食品工业用酶、污水处理、化学合成、疫苗、生物传感器等,设计的蛋白质不仅限于20种天然氨基酸,也可以包括非天然氨基酸以及有机/无机模板等。
蛋白质分子设计
设计过程主要依赖于蛋白质结构的测定和分子模型的建立,按照蛋白质结构功能的关系,综合运用各学科的技术手段,确保获得比天然蛋白质性能更加优越的新型蛋白质。
是蛋白质工程的一个重要方面。
蛋白质分子设计
基本途径:
从预期的蛋白质功能出发→
设计预期的蛋白质结构→
推测应有的氨基酸序列→
找到相对应的核糖核苷酸序列(RNA)→
找到相对应的脱氧核糖核苷酸序列(DNA)
第一节蛋白质分子设计原理
一、蛋白质分子设计的分类
蛋白质设计的目的:
1、为蛋白质工程改造提供设计方案和指导性信息。如提高蛋白质的热,酸稳定性等
2、探索蛋白质的折叠机理。如简单蛋白质建筑或骨架的从头设计是研究蛋白质相互作用力的类型及本质的很好途径,为解决蛋白质折叠问题寻找定性和定量的规律。
一、蛋白质分子设计的分类 (一)蛋白质分子设计的层次
可分为两个层次
在蛋白质三维结构已知基础上所进行的直接将立体结构信息与蛋白质的功能相关联的高层次的设计工作
在未知立体结构的情形下借助于一级结构的序列信息及生物化学性质所进行的分子设计工作
一、蛋白质分子设计的分类
(二)蛋白质分子设计分类
按照改造部位的多寡分为三类:
第一类为“小改”,可通过定位突变或化学修饰来实现;在已知结构的天然蛋白质分子多肽链内的确定位置上,进行一个或少数几个氨基酸残基的改变,以研究和改善蛋白质的性质和功能。
主要是置换,删除或插入氨基酸,依赖基因水平。
(二)蛋白质分子设计分类
第二类为“中改”,对来源于不同蛋白的结构域进行拼接组装;以期望能转移相应的功能,获得具有新特点的蛋白质分子。又称分子剪裁。
第三类为“大改”,即完全从头设计全新的蛋白质,使之具有特定的空间结构和预期的功能。
二、蛋白质分子设计的基础
蛋白质序列,蛋白质结构与功能及结构与功能关系之间的信息对于蛋白质工程及蛋白质设计都非常重要。蛋白质结构与功能是开展蛋白质分子设计的基础,对蛋白质结构与功能之间的认识对蛋白质分子设计是至关重要的决定着蛋白质分子设计的成功与否。具体包括:
1、蛋白质生物功能的多样性
2、蛋白质功能由其高级结构决定
3、蛋白质的一级结构与其构象及功能的关系
4、蛋白质空间构象与功能活性的关系
5、结构生物学与生物信息学促进蛋白质分子设计