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蛋白質(zhì)的創(chuàng)造和改造

 

    蛋白質(zhì)的分子設(shè)計(jì)是蛋白質(zhì)工程的一個(gè)重要方面。設(shè)計(jì)分成三類：

 

    一是小范圍改造，就是對(duì)已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)進(jìn)行少數(shù)幾個(gè)殘基的替換，來研究和改善蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能；

 

    二是較大程度的改造，是對(duì)來源于不同蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域進(jìn)行拼接組裝，期望轉(zhuǎn)移相應(yīng)的功能；

 

    三是蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)。所謂蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)就是給定一個(gè)目標(biāo)三維結(jié)構(gòu)，要求找出與已知順序無明顯同源，能折疊成目標(biāo)結(jié)構(gòu)的氨基酸順序來。

 

1．定點(diǎn)突變

    蛋白質(zhì)中的氨基酸是由基因中的三聯(lián)密碼決定的，只要改變其中的一個(gè)或兩個(gè)就可以改變氨基酸。通常是改變某個(gè)位置的氨基酸，以研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性或催化特性。

 

2．盒式突變

    一次可以在一個(gè)位點(diǎn)上產(chǎn)生20種不同氨基酸的突變體，可以對(duì)蛋白質(zhì)分子中重要氨基酸進(jìn)行“飽和性”分析。利用定位突變?cè)跀M改造的氨基酸密碼兩側(cè)添加兩個(gè)原載體和基因上沒有的內(nèi)切核酸酶切點(diǎn)，用該內(nèi)切核酸酶消化基因，再用合成的發(fā)生不同變化的雙鏈Ⅲ伙片段替代被消化的部分。這樣一次處理就可以得到多種突變型基因。

 

3．蛋白質(zhì)融合

    將編碼一種蛋白質(zhì)的部分基因重組到另一種蛋白質(zhì)基因上或?qū)⒉煌鞍踪|(zhì)基因的片段組合在一起，經(jīng)基因克隆和表達(dá)，產(chǎn)生出新的融合蛋白質(zhì)。這種方法可以將不同蛋白質(zhì)的特性集中在一種蛋白質(zhì)上，顯著地改變蛋白質(zhì)的特性。現(xiàn)在研究的較多的所謂“嵌合抗體”和“人源化抗體”等，就是采用的這種方法。

 

4．蛋白質(zhì)的從頭設(shè)計(jì)

    成功地從頭設(shè)計(jì)一個(gè)蛋白質(zhì)或活性位點(diǎn)需要正確理解所有有關(guān)的相互作用，理論的正確與否與設(shè)計(jì)成功與否直接相關(guān)。由于設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)是由一個(gè)算法采用一組描述相互作用的參數(shù)而產(chǎn)生，因此在設(shè)計(jì)參數(shù)和蛋白質(zhì)特性之間可以建立直接的實(shí)驗(yàn)。

 

    蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)這個(gè)領(lǐng)域還有許多挑戰(zhàn)性的問題，如β折疊蛋白質(zhì)、αβ交替蛋白的設(shè)計(jì)還有困難，即使對(duì)α螺旋蛋白而言，要設(shè)計(jì)各種性能都和天然蛋白質(zhì)一樣仍然是個(gè)問題。序列組合中只有極少數(shù)序列能形成的結(jié)構(gòu)、高水平的活性，要設(shè)計(jì)出這樣的分子無疑是個(gè)難度更高的課題。但無論如何，在過去10年中，人們已經(jīng)從一個(gè)只能從天然有機(jī)體中提取蛋白質(zhì)的時(shí)代走到了一個(gè)蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)，嘗試全新合成蛋白質(zhì)的時(shí)代