1、(三) 蛋白质分子设计概述

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现代生物技术第六章蛋白质工程

金属硫蛋白的作用与结构特点

金属硫蛋白（metallothionein，简称MT）是一类小分子量的球蛋白，大量存在于哺乳动物体内，其他低等动物如鱼、螃蟹、海胆中也有分布，在植物和微生物中也发现有各种不同亚型的金属硫蛋白。这类蛋白质分子中半胱氨酸的含且极高，约占全部氨基酸总量的1/3左右，在分子中以与金属原子相结合的方式存在。金属硫蛋白参与微量元素锌、铜等的贮存、运输和代谢，参与重金属元素铜、汞、铅等的解毒以及拮抗电离辐射和清除羟基游离基等，在改善健康等诸多方面发挥着重要的作用。
分子设计氨基酸序列蛋白质三维结构折叠预期功能生物功能
DNA
mRNA 转录翻译
多肽链
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
二、蛋白质工程的基本原理
基因工程与蛋白质工程的区别：

基因工程通过分离目的基因重组DNA分子，使目的基因更换宿主得以异体表达，从而创造新类型，但这只能合成自然界固有的蛋白质。蛋白质工程则是运用基因工程的DNA重组技术，将克隆后的基因编码序列加以改造，或者人工合成新的基因，再将上述基因通过载体引入适宜的宿主系统内加以表达，从而产生数量几乎不受限制、有特定性能的“突变型”蛋白质分子，甚至全新的蛋白质分子。

将金属硫蛋白的β结构域改造成为α结构域需要利用蛋白质工程中的分子设计技术，对分子改造的设计思想进行可行性分析，并提出具体的改造方案。首先，应在大量生物学实验的基础上，仔细分析金属硫蛋白的结构特点和生物功能，并利用贮存于计算机中的生物大分子信息数据库和序列分析、分子模型等计算机软件，确定金属硫蛋白的氨基酸序列、一级结构和高级结构。
金属硫蛋白α结构域多倍体的构建用MT的α结构域二倍体代替天然MT，有可能使其结合重金属能力提高一倍。我们知道，无论是天然MT，还是人工构建MT的α结构域二倍体，在将其转人植物中时，都需要用环状的DNA质粒作载体。如果能把 MT的α结构域二倍体首尾相接，构建MT的α结构域多倍体，将有可能使表达产物成倍增加，消除镉金属的能力也就会相应的成倍提高。根据以上设想，可以利用基因工程的方法，构建金属硫蛋白α结构域多倍体。

蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释

蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释【摘要】蛋白质是生物体内重要的大分子，负责许多生物学功能。

蛋白质的结构可分为四个级别：一级结构指的是氨基酸的简单线性排列，二级结构是氨基酸的局部区域形成α螺旋或β折叠，三级结构是整个蛋白质分子的空间构象，四级结构是多个蛋白质分子相互组装在一起形成的复合物。

蛋白质的结构决定了其功能，例如酶的特异性和亲和力。

蛋白质的结构与功能高度相关，对于研究蛋白质功能和疾病治疗有着重要意义。

蛋白质的结构从简单到复杂，具有多种不同层次的组织关系，这些不同级别的结构相互作用，共同决定了蛋白质的生物学功能。

【关键词】蛋白质，一级结构，二级结构，三级结构，四级结构，解释，总结1. 引言1.1 蛋白质概述蛋白质是生物体内功能性非常重要的大分子，它们参与了生物体内的几乎所有生物过程。

蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的多肽链，具有多种结构和功能。

蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。

一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，即多肽链的线性排列方式。

二级结构是指多肽链中氨基酸的局部空间构象，包括α-螺旋和β-折叠等。

三级结构是指整个多肽链的立体空间结构，由各个二级结构元素的折叠方式决定。

四级结构则是由多个多肽链之间的相互排列和交互作用所形成的整体结构。

通过这四个层次的结构，蛋白质可以实现其特定的生物功能，如催化化学反应、传递信号等。

蛋白质的结构和功能密切相关，任何一个层次的结构改变都可能影响到其功能。

对蛋白质结构的深入理解对于揭示其功能机制具有重要意义。

2. 正文2.1 蛋白质一级结构蛋白质的一级结构指的是它的氨基酸序列。

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，共有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接在一起形成多肽链。

蛋白质的氨基酸序列是由基因决定的，不同的基因编码不同的氨基酸序列，从而确定了蛋白质的结构和功能。

在蛋白质的一级结构中，氨基酸序列的特定顺序决定了蛋白质的二级结构。

《蛋白质工程的设计思路与应用》讲义

《蛋白质工程的设计思路与应用》讲义一、蛋白质工程的概述蛋白质是生命活动的主要承担者，它们在细胞内执行着各种各样的功能，如催化化学反应、运输物质、免疫防御、调节基因表达等。

蛋白质工程则是在深入了解蛋白质结构与功能关系的基础上，通过对蛋白质的基因进行改造，从而有目的地设计和改造蛋白质分子，使其具有更优良的性能或产生新的功能。

蛋白质工程的出现，为解决许多生物学和医学领域的问题提供了有力的手段。

它不仅可以改进现有的蛋白质，还可以创造出自然界中原本不存在的蛋白质，为人类的生产和生活带来了巨大的影响。

二、蛋白质工程的设计思路（一）确定蛋白质的功能需求在设计蛋白质之前，首先要明确所需蛋白质的功能。

这可能是提高某种酶的催化效率，增强抗体的特异性和亲和力，或者是改变蛋白质的稳定性和溶解性等。

只有明确了功能需求，才能有针对性地进行设计。

（二）分析蛋白质的结构蛋白质的结构决定了其功能。

因此，需要对目标蛋白质的三维结构进行详细的分析，包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（如α螺旋、β折叠等）、三级结构（整体的空间构象）以及四级结构（多个亚基的组合）。

通过结构分析，可以了解蛋白质中哪些部位对其功能起关键作用，哪些部位相对不那么重要，从而为后续的改造提供依据。

（三）预测和设计突变位点基于对蛋白质结构和功能的分析，可以预测可能影响蛋白质功能的关键位点，并设计相应的突变。

突变可以是氨基酸的替换、插入或缺失。

在选择突变位点时，要考虑到氨基酸的性质（如亲水性、疏水性、带电性等）以及它们在蛋白质结构中的位置和相互作用。

（四）构建基因文库通过基因工程技术，将设计好的突变基因构建成基因文库。

基因文库中包含了大量不同的突变基因，为筛选出具有理想功能的蛋白质提供了丰富的资源。

（五）筛选和鉴定利用各种筛选方法，从基因文库中筛选出具有所需功能的突变体。

筛选方法可以基于蛋白质的活性测定、结合能力检测、稳定性评估等。

对筛选出的突变体进行进一步的鉴定和分析，确定其结构和功能是否符合预期。

蛋白质分子钟-概述说明以及解释

蛋白质分子钟-概述说明以及解释1.引言1.1 概述蛋白质是生物体中一类非常重要的有机分子，是构成细胞的基本单位之一。

它们不仅在构建细胞结构中起着关键作用，还承担着许多生物体内的重要功能。

蛋白质的结构相对复杂，由氨基酸经过特定方式组合而成。

通过对蛋白质结构和功能的理解，我们可以深入了解生物体内各种生理过程的发生机制。

蛋白质分子钟是一种用于研究蛋白质稳定性和功能的工具。

它基于蛋白质的结构变化和其它特定性质的测量，可以帮助我们了解蛋白质分子在时间尺度上的变化。

通过分析蛋白质分子钟，我们可以揭示出蛋白质结构和功能之间的关联，从而为药物研发和疾病治疗提供指导和启示。

本文将首先介绍蛋白质的重要性和其在生物体内的作用，然后重点讨论蛋白质的结构和功能，包括折叠、稳定性和相互作用等方面。

随后，我们将详细解释蛋白质分子钟的概念和原理，包括如何测量和监测蛋白质的结构和动态变化。

最后，我们将探讨蛋白质分子钟的应用前景、局限性以及对未来的展望。

通过本文的阅读，读者将对蛋白质分子钟有一个基本的了解，并能够认识到蛋白质在生物体内的重要性和其研究的潜力。

我们希望本文能够为相关领域的科研人员提供一些有益的信息和思路，促进蛋白质分子钟的研究和应用的进一步发展。

1.2文章结构文章结构部分内容应该包括文章的主要章节和各章节的简要介绍。

以下是文章结构部分的内容示例：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行论述：第二章正文本章将介绍蛋白质的重要性、结构和功能，以及蛋白质分子钟的概念和原理。

2.1 蛋白质的重要性在本节中，我们将探讨蛋白质在生物体中的重要性。

蛋白质是生物体内最为丰富的有机物，扮演着多种功能角色，包括结构支持、传递信号、催化化学反应等。

我们将阐述蛋白质在细胞生物学、医学和食品科学领域的重要应用。

2.2 蛋白质的结构和功能在本节中，我们将详细介绍蛋白质的结构和功能。

蛋白质的结构包括一级结构（氨基酸序列）、二级结构（α螺旋、β折叠等）、三级结构（立体构型）和四级结构（多个蛋白质链的组合）。

1教学设计-蛋白质的分子结构

《蛋白质的分子结构》教学设计一、教材分析本节课是生物化学第二章第二节蛋白质分子结构的内容。

它是在学生学完氨基酸、肽、稳定蛋白质分子的作用力的知识后，转入难度较大的蛋白质分子结构的学习。

蛋白质是学生接触到的第一个生物大分子，部分学过生物的同学对蛋白质的了解也只是基础知识。

学生没有建立起蛋白质分子结构的概念。

因此本堂课蛋白质的分子结构是本章节的重点内容。

它与前面所学的氨基酸、肽等内容联系紧密：也为今后学习酶、理解其它生物大分子的结构奠定基础。

二、教学目标【知识目标】①掌握蛋白质的一级、二级、三级、四级结构的概念及其作用力②掌握蛋白质二级结构的基本类型和结构特点。

③理解蛋白质结构与功能的关系。

【能力目标】通过观察、总结、推理等手段，培养学生的观察思考、归纳总结和创造思维能力。

【情感目标】通过发现问題、解決问题的过程，培养学生的探素精神。

使学生完成由感性认识到理性认识的过程，促进学生形成正确的世界观。

三、教学重点与难点蛋白质的分子结构属于微观世界，是看不见、摸不着的，通过展示图片，动画讲解来帮助学生理解，仍要学生发主观能动性，所以本节课的重点是蛋白的一级结构、二级结构，难点是白质的空间结构。

四、教学方法根据本节课的内容及学生的实际水平，我采取启发式学法。

作为理解蛋白质功能的重要理论，蛋白质的结构是一个极其抽象的知识。

对于学生米说，蛋白质的创设一种氛国，引导学生进入积极思考的学习状态就很重要了。

而启发式教学就重在教师的启发，创设问题情景，以此调动学生内在的认知需求，激发学生的探究蛋白质结构的兴趣。

五、教学手段充分发挥电脑多媒体的辅助教学作用。

多媒体以图片、动画等多种形式强化对学生感观的刺激，加强教学的直观性，増强学生的感性认识，提高学习兴趣，使学生在主动获取知识的过程中完成重点、难点的学习，从面完成教学日标。

六、教学过程五、板书设计第二节蛋白质的分子结构一、蛋白质的分子结构（一）蛋白质的一级结构（二）蛋白质的空间结构1、蛋白质的二级结构（1）α-螺旋（2）β-折叠（3）β-转角（4）无规则卷曲2、蛋白质的三级结构3、蛋白质的四级结构二、蛋白质结构与功能的关系（一）蛋白质一级结构与功能的关系（二）蛋白质空间结构与功能的关系。

09135蛋白质工程

《蛋白质工程》课程（09135）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：蛋白质工程课程代码：09135学分与学时：2学分38学时课程性质：专业选修授课对象：生物工程专业二、本课程教学目标与任务蛋白质工程是随着生物化学、分子生物学、结构生物学、晶体学和计算机技术等的迅猛发展而诞生的，也与基因组学、蛋白质组学、生物信息学等的发展密切相关，是融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。

由于蛋白质工程学科的边缘性，所以本课程在介绍蛋白质基本内容的同时，兼顾学科发展动向，旨在使学生了解现代蛋白质工程理论的新进展并为相关学科提供知识和技术。

通过本课程的学习，使学生掌握蛋白质工程的基本理论、基础知识、主要研究方法和技术以及生物信息学和现代生物技术在蛋白质工程上的应用及典型研究实例，熟悉从事蛋白质工程的重要方法和途径。

努力培养学生具有科学思维方式、启发学生科学思维能力和勇于探索，善于思考、分析问题的能力，激发学生的学习热情，为未来的学习和工作奠定坚实的理论和实践基础。

三、学时安排四、课程教学内容与基本要求第一章绪论教学目的：使学生了解蛋白质工程的基本概况。

基本要求：理解掌握蛋白质工程研究内容和蛋白质工程设计的原理。

重点与难点：蛋白质工程的原理，蛋白质工程的程序和操作方法。

教学方法：课堂讲授为主。

主要内容：一、蛋白质工程的物质基础二、蛋白质工程的原理三、蛋白质工程的程序和操作方法四、蛋白质工程的产生与发展五、蛋白质工程的应用领域第二章蛋白质结构基础教学目的：使学生理解蛋白质的结构与功能及二者之间的关系，理解蛋白质多肽链的折叠方式。

基本要求：要求掌握蛋白质各个结构层次的组成、基本特点和维持结构的作用力、结构与功能的关系。

蛋白质的变性和复性、蛋白质的折叠以及分子伴侣和折叠酶在蛋白质折叠中的作用。

重点与难点：重点：蛋白质的结构与功能，蛋白质结构与功能的关系。

难点：多肽链的折叠。

第五章蛋白质结构预测和分子设计

• TMpred (/software/TMPRED_form.html)
预测蛋白质的跨膜区段和在膜上的取向，它根据来自SWISS-PROT的跨膜蛋白数据库Tmbase，利用跨膜结构区段的数量、位置以及侧翼信息，通
过加权打分进行预测。
•SignalP (http://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/) 信号肽（signal peptide）是未成熟蛋白质中，可被细胞转运系统识别的特征氨基酸序列。预测蛋白质序列中信号肽的剪切位点。
级结构则效果很差。
二级结构预测的基本策略：（1）相似序列→相似结构
QLMGERIRARRKKLK
QLMGAERIRARRKKLK
结构？
（2）分类分析
α 螺旋
提取样本
预测….-Gly-Ala-Glu-Phe-….
聚类分析
学习分类规则
二级结构预测的方法：
(1)
经验参数法又称Chou-Fasman方法，是一种基于单个氨基酸残基统计的经验预测方法。通过统计分析，获得的每个残基出现于特定二级结构构象的倾向性因子，进而利用这些倾向性因子预测蛋白质的二级结构。
蛋白质结构预测主要有两大类方法：
（1）理论分析方法
通过理论计算（如分子力学、分子动力学计算）进行结构预测。
这种方法由于折叠前后的能量差太小、蛋白质可能的构象空间庞大和质折叠的计算量太大等原因不大可行。（2）统计的方法对已知结构的蛋白质进行统计分析，建立序列到结构的映射模型，进而对未知结构的蛋白质根据映射模型直接从氨基酸序列预测结构。
预测每个氨基酸的二级结构类型。它将蛋白质结构类型分为全α蛋白、
全β蛋白和α/β蛋白，输出结果包括“H”(螺旋)、“E”(折叠)和“-”(转角)。这个方法对全α蛋白能达到79%的准确率。

基于蛋白质工程技术的新型酶的设计与应用

基于蛋白质工程技术的新型酶的设计与应用酶是一类催化反应的生物大分子，广泛应用于制药、食品、能源等领域。

随着生物技术的发展，蛋白质工程技术成为设计和优化新型酶的重要手段，为酶的性能改良和应用拓展提供了新的可能性。

一、蛋白质工程技术概述蛋白质工程技术是通过对酶分子结构进行改造和调整，达到提高酶的活性、稳定性和特异性的目的。

蛋白质工程技术主要包括蛋白质设计、蛋白质表达和蛋白质改造三个主要方面。

1. 蛋白质设计蛋白质设计是指通过合理设计和调整酶的氨基酸序列和空间结构，以达到改变酶的功能和性质的目的。

常用的蛋白质设计方法包括定向进化、理论模拟等。

2. 蛋白质表达蛋白质表达是指通过基因工程技术将目标酶基因导入宿主细胞中进行表达和生产。

常用的表达系统包括大肠杆菌、酵母菌和哺乳动物细胞等。

3. 蛋白质改造蛋白质改造是指通过对酶分子进行定点突变、基因重组、修饰等方法，改变酶的结构和性质。

蛋白质改造可通过改变酶的底物适应性、温度适应性、耐酸碱性等来提高酶的适用范围和稳定性。

二、新型酶的设计与应用案例基于蛋白质工程技术，研究人员设计和开发了许多具有特殊功能的新型酶。

以下是一些新型酶的设计与应用案例。

1. 温度适应酶温度适应酶是指具有较高热稳定性和催化能力的酶。

通过蛋白质工程技术，研究人员可以对酶的氨基酸序列进行改造，增强酶的热稳定性和抗变性。

这种酶可以广泛应用于高温条件下的工业生产和生物催化。

2. 底物特异酶底物特异酶是指具有高度选择性对特定底物进行催化的酶。

通过蛋白质工程技术，可以对酶的催化口袋进行改造，增强酶与特定底物的结合能力。

这种酶可以用于废水处理、医药合成等领域，提高催化效率和产物纯度。

3. 抗氧化酶抗氧化酶可以抑制活性氧的产生和损伤，具有抗氧化、抗衰老等保健功能。

通过蛋白质工程技术，可以改造酶的结构，提高其抗氧化活性和稳定性。

抗氧化酶可以应用于食品、保健品等领域，具有广阔的市场前景。

三、蛋白质工程技术的挑战和前景尽管蛋白质工程技术在酶的设计和应用上取得了显著的成就，但仍面临着一些挑战。

蛋白质分子设计精选全文

可编辑修改精选全文完整版蛋白质分子设计[引言]蛋白质是一类非常有用的物质，在生物体的进化过程中起着非常重要的作用。

与其它化学试剂比拟：〔1〕分子量非常大；〔2〕在机体内稳定；〔3〕专一性的优劣。

分子生物学的开展弥补了上述缺点，如定位突变、PCR使蛋白质可能工程化生产。

蛋白质设计〔蛋白质的构造、功能预测〕涉及多学科的穿插领域，包括材料学、化学、生物学、物理及计算机学科。

其应用范围涵盖了药物、食品工业中的酶、污水处理、疫苗、化学传感器等，设计的蛋白质也不仅仅限于20种天然氨基酸，也包括非天然氨基酸、有机/无机模块。

蛋白质设计的目的：〔1〕为蛋白质工程提供指导性信息；〔2〕探索蛋白质的折叠机理。

蛋白质设计分类：〔1〕基于天然蛋白质构造的分子设计；〔2〕蛋白质从头设计。

存在问题：与天然蛋白质比拟：〔1〕缺乏构造独特性；〔2〕缺乏明显的功能优越性。

第一节基于天然蛋白质构造的分子设计一、概述蛋白质构造与功能的认识对蛋白质设计至关重要，需要多学科的配合。

蛋白质设计循环如下：1．对要求的活性进展筛选。

2．对蛋白质进展表征，如测定序列、三维构造、稳定性及催化活性。

3．专一型突变产物。

4．计算机模拟。

5．蛋白质的三维构造。

在PDB中搜索，无纪录即进展X射线、NMR方法或预测并构建三维构造模型。

6．蛋白质构造与功能的关系。

蛋白质突变体设计的三个主要步骤：1．突变位点和替换氨基酸确实定。

（1）确定对蛋白质折叠敏感的区域。

（2）功能上的重要位置。

（3）其它位置对蛋白质突变体的影响。

（4）替换或加减残基对构造特征的影响。

2．能量优化和蛋白质动力学方法预测修饰后蛋白质的构造。

3．预测构造与原始蛋白质构造比拟，预测新蛋白质性质。

上述设计工作完成后，再进展蛋白质合成或突变实验，别离、纯化并对新蛋白质定性。

二、蛋白质设计原理1．内核假设。

假设蛋白质独特的折叠形式主要由蛋白质内核中的残基相互作用决定。

所谓内核指蛋白质在进化过程中的保守区域，由氢键连接的二级构造单元组成。

蛋白质工程的概述和发展

现代生命科学导论论文蛋白质工程的概述及发展摘要蛋白质工程是20世纪80年代初诞生的一个新兴生物技术领域，是生物工程的重要组成成分。

其特点是以蛋白质分子的结构规律及其与生物功能的关系为基础，通过有控制的基因修饰和基因合成，对现有蛋白质加以定向改造，设计、构建并生产出性能比自然界存在的蛋白质更加优良、更加符合人类社会要求的新型蛋白质。

因此，有学者称，蛋白质工程是第二代基因工程。

关键词：蛋白质工程原理应用进展前景（一）蛋白质工程定义1：按人们意志改变蛋白质的结构和功能或创造新的蛋白质的过程。

包括在体外改造已有的蛋白质，化学合成新的蛋白质，通过基因工程手段改造已有的或创建新的编码蛋白质的基因去合成蛋白质等。

为获得的新蛋白具备有意义的新性质或新功能，常对已知的其他蛋白质进行模式分析或采取分子进化等手段。

定义2：利用遗传工程手段，包括用基因的点突变和基因表达等改造蛋白质分子的结构与功能的技术。

蛋白质工程，是指在基因工程的基础上，结合蛋白质结晶学，计算机辅助设计和蛋白质化学等多学科的基础知识通过对基因的人工定向改造等手段，对蛋白质进行修饰，改造和拼接以生产出能满足人类需要的新型蛋白质的技术。

（二）原理蛋白质是生命的体现者，离开了蛋白质，生命将不复存在。

可是，生物体内存在的天然蛋白质，有的往往不尽人意，需要进行改造。

由于蛋白质是由许多氨基酸按一定顺序连接而成的，每一种蛋白质有自己独特的氨基酸顺序，所以改变其中关键的氨基酸就能改变蛋白质的性质。

而氨基酸是由三联体密码决定的，只要改变构成遗传密码的一个或两个碱基就能达到改造蛋白质的目的。

蛋白质工程的一个重要途径就是根据人们的需要，对负责编码某种蛋白质的基因重新进行设计，使合成的蛋白质变得更符合人类的需要。

这种通过造成一个或几个碱基定点突变，以达到修饰蛋白质分子结构目的的技术，称为基因定点突变技术。

蛋白质工程是在基因重组技术、生物化学、分子生物学、分子遗传学等学科的基础之上，融合了蛋白质晶体学、蛋白质动力学、蛋白质化学和计算机辅助设计等多学科而发展起来的新兴研究领域。

蛋白质化学教案

O Cα—C—N—Cα H OCα —C N— Cα H
+
肽单元的结构特点
1.肽单元中的C-N具有部分双键的性质，不能自由旋转。 2.肽单元中与C-N相连的H和O处于反式。 3.肽单元中六个原子基本处于一个平面，称为肽平面，是刚性平面结构。
（二）蛋白质的二级结构类型
α－螺旋结构 (α－helix)
+ NH2
精氨酸（Arg）
H2N CNH CH 2CH 2 CH 2
胍基
CH
+ NH3
CO O
-
组氨酸（His）
CH NH
+
CH NH
CH 2
CH
+ NH3
CO O
-
CH
咪唑基
习惯分类方法
1. 芳香族氨基酸：Trp、Tyr、Phe 2. 含羟基氨基酸：Ser、Thr、Tyr 3. 含硫氨基酸：Cys、Met
C
NH3
甘氨酸丙氨酸 L-氨基酸的通式
氨基酸的构型：
氨基酸的结构特点：
L-α-氨基酸
几种特殊氨基酸 Gly：无手性碳原子 Pro：为亚氨基酸
CH2 CH2 CH2 CHCOONH2+
三、氨基酸的分类
根据氨基酸侧链基团(Ｒ)的结构特点，将其分为3类： 1.脂肪族氨基酸
2.芳香族氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸 3.杂环氨基酸：脯氨酸、组氨酸
考研实战举例
8．下列氨基酸中哪一种是蛋白质内所没有的含硫氨基酸？ A．同型半胱氨酸 B ．甲硫氨酸 C．半胱氨酸 D．胱氨酸 E．鸟氨酸 9．在生理pH条件下，下列哪种氨基酸带正电荷？ A．丙氨酸 B．酪氨酸 C．赖氨酸 D．色氨酸 E.异亮氨酸

蛋白质分子设计

1．根据结构信息确定残基的突变

最有效最直接的方法

Alan Fersht和GregWinter等测定了酪氨酰-tRNA合成酶突变体的三维结构，通过分析该酶的Cys35被结构相似的丝氨酸所取代后的结构，发现Cys35可能与酪氨酰腺苷酸中间体中的3’羟基形成氢键，突变效应降低了酶的活性，证实了Cys35在结合腺苷酸部分的作用。
例一：核糖核酸酶

小改——举例
22
结构知识：核糖核酸酶含有104个氨基酸残基，该
天然酶具有两对二硫键（Cys2-Cys10，Cys6Cys103）。

小改设计：在不失去酶活性的基础上增加它的稳定
性，日本大阪大学蛋白质工程研究所的Satoshi
Nishikawa等人尝试在Tyr（酪氨酸）24和Asn（天冬酰氨）84位引入第三个二硫键。
定义：小改是指对已知结构的蛋白质进行少数几个残基的替换，这是目前蛋白质工程中最为广泛使用的方法。采用的方法：主要通过定点突变技术或盒式替换技术有目的改变几个氨基酸残基，借以研究和改善蛋白质的性质和功能。
14
小改——两个层次

15
1．已知立体结构基础上所进行的工作，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
疏水及亲水基团需要合理的分布在溶剂可及表面及不可及表面。分布代表疏水效应的主要驱动力
蛋白质分子设计原理
金属Pr中配位残基的替换要满足金属配位几何。要求围绕金属中心放置合适数目的蛋白质侧链或溶剂分子，并符合正确的键长、键角以及整体的几何。
对于金属Pr，围绕金属中心的第二壳层中的相互作用是重要的。氢键的第二壳层通常涉及与蛋白质主链的相互作用。最优的aa侧链几何排列。Pr侧链构象由空间两个立体因素所决定(一是立体势垒，二是aa的位置) 结构及功能的专一性。这是Pr设计最困难的问题

蛋白质工程制药

4、生产工艺复杂
第七页，共53页。
蛋白质工程(gōngchéng)的概念
蛋白质工程（Protein Engineering） (第二代基因工程) 是以蛋白质结构功能关系的知识为基础，
通过周密的分子设计以及DNA重组技术 (jìshù)，把天然的蛋白质改造成合乎人类需要的新的突变蛋白质(mutein)的一项技术(jìshù)。
I型糖尿病：
由于细胞介导的胰岛B细胞自身免疫性破坏，抵抗（IR）为主，伴胰岛素相对缺乏；以及胰岛素分泌(fēnmì)缺陷，伴IR
第三十六页，共53页。
胰岛素的蛋白质工程 (gōngchéng)研究
第三十七页，共53页。
闭环系统：自调控竞争解吸附作用
胰岛素的蛋白质工程 (gōngchéng)研究
蛋白质从头(cóngtóu)设计
蛋白质从头合成的范例凋亡(diāo wánɡ)诱导肽：CNGRC-
GGn-（KLAKLAK）2 考虑的其他因素
1、Gly-Gly接头：防止两功能部位的立体结构相互影响。
2、L-型氨基酸（D-型）：防止蛋白酶的降解
第十九页，共53页。
三个基本条件
蛋白质分子设计的分类
蛋白质工程(gōngchéng) 制药
2021/11/11
第一页，共53页。
S1 蛋白质工程(gōngchéng) 制药概述
从基因工程药物到蛋白质工程药物蛋白质工程的诞生(dànshēng)、概念蛋白质工程的基本过程蛋白质分子设计
第二页，共53页。
基因工程药物(yà owù ) 蛋白质工程药物(yà owù )
5、插入适当的载体表达
6、分离纯化表达产物，检测其生物学功能
第十一页，共53页。

基于蛋白质结构的药物分子设计

基于蛋白质结构的药物分子设计近年来，药物研究领域中新的创新一直是研究人员所追求的目标。

蛋白质是人体内重要的有机分子，也是药物研究领域中的重要研究对象。

基于蛋白质结构的药物分子设计，就是一种基于理性手段的新型药物研究方法，能够提高新药物的研发效率，并取得更好的临床治疗效果。

一、蛋白质结构的研究蛋白质是由氨基酸连接而成的链状有机分子，主要是人体细胞内的重要有机物料。

生物大分子药物的研究领域受蛋白质的影响较大。

从人体本身的构成来说，人体内的所有化合物都是为了与蛋白质或者DNA相互作用而存在的。

因此，蛋白质成为药物分子设计领域中不可忽略的关键研究对象。

在过去的二十年中，关于蛋白质的研究得到了迅速的发展，应用范围也得到不断的扩大。

1992年Nobel 化学奖获得者Wayne Hendrickson率先利用X射线晶体学技术解析了鸟嘌呤酸合成酶的晶体结构，成功构建出了人类历史上第一个蛋白质三维结构。

1997年,以福田浩司为代表的研究团队首次利用晶体学发现ATP酶分子，为此获得了诺贝尔化学奖。

利用结构生物学揭示蛋白质功能的研究结果，凸显了研究者更加深入了解药物和蛋白质之间相互作用、更加精细地定位各类药物靶点的重要性。

二、药物分子设计的基本方法对药物分子设计中基于蛋白质结构的研究，通常采用的是分子对接研究的方式。

在人体内，大部分药物都是通过与蛋白质特定靶点的结合发挥生物活性的。

因此，理论上在人体外进行严密的“药物与蛋白质相互作用”模拟研究，能够较好地预测药物与蛋白质之间的相互作用模式、药物的三维构象等信息。

当药物分子接近蛋白质表面时，药物分子表面上的一些部分与蛋白质表面上对应的部分进行相互作用，形成了药物与蛋白质的相互作用点，这些点通常是药物与蛋白质靶点之间结合的位置和类型。

药物靶点周围的空间结构和药物分子的基团也会对药物与蛋白质相互作用产生影响。

分子对接技术是一种可以根据结构化的化学和生物学信息，对于多数药物分子设计过程进行较快和较准的确定的方法。