蛋白质组学

蛋白质从头设计实例

蛋白质从头设计实例
 
    长期以来,设计目标都是一些结构简单、规律明显的分子。最著名的是四螺旋捆结构,这个结构可以作为一个独立的折叠单位,易于独立研究。Degrado等应用“设计循环”的策略,在1986年完成了一个四聚体螺旋捆,每个单体为16个残基,这个序列仅使用Leu作为疏水残基,放在螺旋的内侧,用Lys或Glu作为极性残基,置于螺旋的外侧,每个螺旋用Gly(螺旋终结者)结束,而Gly又为将来加环区埋下了伏笔。之后,研究者在两个反平行的螺旋间加了环区,并根据第一步的结果对螺旋进行了一些修改。环区开始是用单个Pro与两个螺旋的终结者Gly构成Gly-Pro-Arg-Gly的连接区,结果发现产物成了三聚体(含6个螺旋),而不是期望的二聚体(4个螺旋)。后来将连接的环区改成Gly-Pro-Arg-Arg-Gly,才得到二聚体。第三步,在二聚体之间加了第三个连接体,用的仍是Pro-Arg-Arg,这个肽共74个残基。最后,他们合成了该多肽的基因,在正.coli中实现了表达。这项工作被誉为蛋白质分子设计的里程碑。后来Richardson等也设计了四螺旋捆,称为Felix(意为fourhelix),含79个残基,由非重复序列组成,并在l一4螺旋间加了一个二硫键。

Dahiyat设计的FSD-1

Richardson设计的四螺旋捆

 
    设计目标除了。-螺旋外,还有α-折叠αβ-折叠比α-螺旋要困难一些,后者主要靠局域性的氢键就可以设计出来,而前者却涉及了序列上靠近或不靠近的不同股之间的氢键。著名的是Betabellin (Betabarrel bell shaped protein),是由前后两个β-折叠组成,每个折叠由4股组成。
    随着理论和技术的发展,人们又把目标瞄向a/p蛋白质,以及进一广步优化已经成功的结果和将设计工作自动化。
    最近成功的例子是Dahiyat和Mayo等完成的自动化蛋白质从头设计。这是一个ββα锌指结构域蛋白质,共28个残基,结构中同时包含了α-螺旋、β-折叠以及转角,全部使用天然氨基酸。其重要意义在于这是第一个全自动设计的蛋白质。
    除了努力达到设计出具有目标结构的蛋白质外,人们更希望设计出有目标功能的蛋白质。Hecht等最近成功地应用二元模式设计出了具有血红素结合活性的蛋白质。
    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、α/β交替蛋白的设计还有困难。即使对α-螺旋蛋白而言,要设计与天然蛋白质各种性能一样的蛋白质仍然是个问题。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,在过去十几年中,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成为新期刊和专题研讨会的焦点的时代。


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