蛋白质组学

蛋白质的创造和改造

蛋白质的分子设计是蛋白质工程的一个重要方面。设计分成三类:

一是小范围改造,就是对已知结构的蛋白质进行少数几个残基的替换,来研究和改善蛋白质的性质和功能;

二是较大程度的改造,是对来源于不同蛋白质的结构域进行拼接组装,期望转移相应的功能;

三是蛋白质从头设计。所谓蛋白质从头设计就是给定一个目标三维结构,要求找出与已知顺序无明显同源,能折叠成目标结构的氨基酸顺序来。

1、定点突变

蛋白质中的氨基酸是由基因中的三联密码决定的,只要改变其中的一个或两个就可以改变氨基酸。通常是改变某个位置的氨基酸,以研究蛋白质的结构、稳定性或催化特性。

2、盒式突变

一次可以在一个位点上产生20种不同氨基酸的突变体,可以对蛋白质分子中重要氨基酸进行“饱和性”分析。利用定位突变在拟改造的氨基酸密码两侧添加两个原载体和基因上没有的内切核酸酶切点,用该内切核酸酶消化基因,再用合成的发生不同变化的双链Ⅲ伙片段替代被消化的部分。这样一次处理就可以得到多种突变型基因。

3、蛋白质融合

将编码一种蛋白质的部分基因重组到另一种蛋白质基因上或将不同蛋白质基因的片段组合在一起,经基因克隆和表达,产生出新的融合蛋白质。这种方法可以将不同蛋白质的特性集中在一种蛋白质上,显著地改变蛋白质的特性。现在研究的较多的所谓“嵌合抗体”和“人源化抗体”等,就是采用的这种方法。

4、蛋白质的从头设计

成功地从头设计一个蛋白质或活性位点需要正确理解所有有关的相互作用,理论的正确与否与设计成功与否直接相关。由于设计的蛋白质是由一个算法采用一组描述相互作用的参数而产生,因此在设计参数和蛋白质特性之间可以建立直接的实验联系。

蛋白质从头设计这个领域还有许多挑战性的问题,如β折叠蛋白质、αβ交替蛋白的设计还有困难,即使对α螺旋蛋白而言,要设计各种性能都和天然蛋白质一样仍然是个问题。序列组合中只有极少数序列能形成精确的结构、高水平的活性,要设计出这样的分子无疑是个难度更高的课题。

但无论如何,在过去10年中,人们已经从一个只能从天然有机体中提取蛋白质的时代走到了一个蛋白质从头设计,尝试全新合成蛋白质的时代。

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