理学蛋白质分子设计
生物化学教学设计：蛋白质的结构与功能
07
教学总结与展望
课程内容总结
蛋白质的基本组成单位
氨基酸的种类、结构特点和连接方式 。
蛋白质的一级结构
氨基酸序列的多样性和决定因素。
蛋白质的高级结构
二级结构（α-螺旋、β-折叠等）、三 级结构和四级结构的特征和意义。
蛋白质的功能多样性
结构蛋白、酶、抗体、激素等的作用 机制。
学生学习情况反馈
01
教学方法与手段
1 2 3
理论讲授与案例分析相结合
通过理论讲授和案例分析相结合的方式，使学生 更好地理解和掌握蛋白质的结构与功能。
实验操作与课堂互动相结合
通过实验操作和课堂互动，培养学生的实践能力 和解决问题的能力，同时增强学生的学习兴趣和 参与度。
多媒体教学与网络资源利用
利用多媒体教学和网络资源，为学生提供丰富的 学习材料和拓展空间，促进学生的自主学习和创 新探究。
02
03
04
学生对氨基酸和蛋白质的基本 概念和结构有了清晰的认识。
学生能够理解和描述蛋白质的 不同结构层次及其与功能的关
系。
学生通过实验和案例分析，加 深了对蛋白质功能多样性的理
解。
部分学生对于蛋白质高级结构 的理解仍存在一定困难，需要
进一步加强辅导和练习。
教学改进与展望
加强实验教学，通过更多直观的实验 操作和观察，帮助学生更好地理解蛋 白质的结构和功能。
基因突变和表达分析
通过基因工程技术改变蛋白质的结构或表达 水平，研究其功能变化。
蛋白质相互作用研究
利用生物物理学和化学方法研究蛋白质与其 他生物分子的相互作用。
细胞和动物模型实验
在细胞或动物模型中观察蛋白质的功能表型 和生理作用。
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。
蛋白质分子的定向进化
自由能
氨基酸序列与蛋白质空间结构的关系研究源于美 国生物化学家安芬森（C.Anfinsen）。 1961年，他研究了核糖核酸酶的去折叠和重折叠 过程，发现在相同的环境中去折叠的蛋白质都会 恢复到原来的空间结构，认为蛋白质链会以自由 能最低的方式形成三维结构，由此推测蛋白质的 折叠密码隐藏在氨基酸排序中，即所谓的安芬森 原则：蛋白质一级排序决定三维结构。 因为“对控制蛋白质链折叠原理的研究”，安芬 森获得1972年诺贝尔化学奖。
交错延伸PCR
交错延伸(stagger extension process, StEP)PCR是在PCR 反应中把常规的退火 和延伸合并为一步， 缩短其反应时间，从 而只能合成出非常短 的新生链，经变性的 新生链再作为引物与 体系内同时存在的不 同模板退火而继续延 伸。此过程反复进行， 直到产生完整的基因 长度。
E（Glu）G(Gly)
Carlsberg型 S(Ser)
A(Ala)
噬菌体展示技术(Phage Display)
原理：噬菌体展示技术是将多肽或蛋白质的编码基因或目 的基因片段克隆入噬菌体外壳蛋白结构基因的适当位置， 在阅读框正确且不影响其他外壳蛋白正常功能的情况下， 使外源多肽或蛋白与外壳蛋白融合表达，融合蛋白随子代 噬菌体的重新组装而展示在噬菌体表面。被展示的多肽或 蛋白可以保持相对独立的空间结构和生物活性，以利于靶 分子的识别和结合。肽库与固相上的靶蛋白分子经过一定 时间孵育后，洗去未结合的游离噬菌体，然后以竞争受体 或酸洗脱下与靶分子结合吸附的噬菌体，洗脱的噬菌体感 染宿主细胞后经繁殖扩增，进行下一轮洗脱，经过3轮～5 轮的“吸附-洗脱-扩增”后，与靶分子特异结合的噬菌体 得到高度富集。所得的噬菌体制剂可用来做进一步富集有 期望结合特性的目标噬菌体。
蛋白质稳定性的预测与设计
蛋白质稳定性的预测与设计蛋白质是生命体系中非常重要的一类分子，其稳定性的预测与设计是当前生物学领域中非常热门和重要的研究方向。
蛋白质的结构和稳定性受到众多因素的影响，包括但不限于氨基酸序列、环境因素、修饰等。
在本文中，我们将会介绍蛋白质稳定性的预测与设计的原理和方法，并探讨当前的一些研究进展和挑战。
一、蛋白质稳定性的预测方法1.氨基酸序列分析法氨基酸序列是蛋白质稳定性预测中最基本、最经典和最有效的方法之一。
这种方法通过对蛋白质氨基酸序列的分析，预测其稳定性，是基于了解蛋白质的结构、功能和稳定性的生物信息学方法。
此外，新兴的深度学习也给氨基酸序列分析法带来了另一重要的进展。
深度学习模型可以降低预测误差，这种方法正在逐渐成为蛋白质稳定性预测的主流方法之一。
2.构象空间分析法蛋白质结构的稳定性是由其构象空间决定的。
因此，对于蛋白质结构中的构象变化，可以通过对构象空间的分析来预测蛋白质稳定性。
构象空间分析法的方法基于电子构象和化学反应动力学的计算方法，可以逐渐成为蛋白质稳定性预测的主要手段之一。
二、蛋白质稳定性的设计方法1.氨基酸置换法氨基酸置换法是一种功能性蛋白质改造方法，可以通过替换或者插入新的氨基酸，来控制蛋白质结构和功能，从而达到为蛋白质增加稳定性的目的。
这种方法已经在生物物理学的实验中得到广泛的应用。
2.蛋白质设计法通过蛋白质设计法，可以精确地控制蛋白质的结构和功能，并根据预期的目标设计出新的蛋白质，包括胺基酸的置换、追加、缩短以及其他方法，可以实现对蛋白质结构的控制和改变。
目前，在蛋白质设计方面，在计算机模拟和实验基础上进展了很多，这种方法已经成为了研究生物大分子结构功能及其调控机制的一种重要手段。
三、蛋白质稳定性的挑战无论是蛋白质稳定性预测还是蛋白质设计，都存在很多挑战，其中一些现阶段主要集中于如下几个方面：1.理论模型的改进是在当今生物学领域的一大难题之一。
这一领域有着非常丰富和复杂的结构-性能关系，因此，进行理论模型的改进，提高预测精度，是当前蛋白质稳定性预测和设计领域的主要挑战之一。
蛋白质与配体相互作用分子模拟研究
蛋白质与配体相互作用分子模拟研究一、本文概述蛋白质与配体相互作用是生物学和药物设计领域中的一个核心问题。
这种相互作用涉及到许多复杂的生物过程，如酶催化、信号转导、基因表达调控等。
因此，对蛋白质与配体相互作用的研究不仅有助于我们理解这些生物过程的基本机制，而且对于药物设计和疾病治疗具有重要的实践意义。
本文旨在通过分子模拟的方法，深入研究蛋白质与配体相互作用的机制。
我们将介绍分子模拟的基本原理和方法，包括分子动力学模拟、量子力学计算等，并详细阐述这些方法在蛋白质与配体相互作用研究中的应用。
我们还将通过具体的案例，展示分子模拟如何帮助我们理解蛋白质与配体相互作用的细节，预测可能的结合模式，以及为药物设计提供有价值的指导。
本文的研究内容不仅具有重要的理论价值，而且对于药物研发和疾病治疗具有直接的指导意义。
我们期望通过本文的研究，能够为蛋白质与配体相互作用的研究提供新的视角和方法，推动该领域的发展。
二、蛋白质与配体相互作用基础蛋白质与配体相互作用是生物学中一个核心的研究领域，其涉及到生物体许多重要的生命活动，如酶的催化、受体的信号转导、蛋白质的翻译后修饰等。
理解这种相互作用的基础是揭示生命活动机制的关键。
蛋白质是一种复杂的生物大分子，由氨基酸通过肽键连接而成，具有特定的空间结构和功能。
配体则是一种可以与蛋白质结合的小分子，包括底物、抑制剂、调节剂、辅因子等。
蛋白质与配体的相互作用通常是通过非共价键（如氢键、离子键、疏水相互作用、范德华力等）来实现的，这种相互作用具有可逆性、特异性和饱和性等特点。
蛋白质与配体相互作用的特异性主要来自于蛋白质表面的结合口袋，这些口袋通常具有特定的空间构象和化学环境，只能与特定结构的配体结合。
这种特异性对于生物体来说是至关重要的，它保证了生命活动的精确性和高效性。
蛋白质与配体相互作用的过程通常伴随着能量的变化，包括结合能、构象变化能等。
这些能量的变化可以通过各种实验方法和技术来测量和研究，如等温滴定量热法、荧光光谱法、核磁共振法等。
蛋白质理化性质精品文档
2.热力学第二定律的经典表述
1.克劳修斯：不可能将热从低温物体转到 高温物体，而不引起其它的变化。
2．开尔文：不可能从单一的热源取出热使 之完全转化为功，而不发生其它的变化。
2.1热力学第二定律 之熵判据
热力学将不能做功的随机和无 序状态的能定义为熵，以S表 示
宇宙或系统的各种过程总向着 熵增大的方向进行
沧海桑田 生老病死 花开花落 风雨雷电
万事万物变化的规律是什么？
一切自然界的过程是有方向性的。
如： 热的传递：总是从高温物体自动传向低 温物体，直至平衡（即温度均一）。
气体的流动：从高压处自动流向低压处， 直至各处压强相等。
电流：总是从高电势自发的流向低电势处， 直至各处的电势相等，等等。
1.热力学第一定律
折叠机制的理论模型
2.疏水塌缩模型（Hydrophobic Collapse Model）
在疏水塌缩模型中，疏水作用力被 认为是在蛋白质折叠过程中起决定性 作用的力的因素。在形成任何二级结 构和三级结构之前首先发生很快的非 特异性的疏水塌缩。——疏水内核包 埋
折叠机制的理论模型
3.扩散-碰撞-粘合机制 （Diffusion-Collision-Adhesion Model）
“折叠病”:蛋白质分子的氨基酸序列没有改变， 只是其结构或者说构象有所改变引起的疾病。
由于蛋白质折叠异常而造成分子聚集甚至沉淀或 不能正常转运到位
常见“折叠病”
老年性痴呆症(Alzheimer syndrome)
病人脑中充满了由错误折叠蛋白形成的杂乱的蛋白质 簇。主要分为两类：含有沉淀样β 蛋白（A β ）的沉淀 样斑，tau蛋白引起的神经细胞内自损伤。
五、蛋白质折叠研究意义
基于蛋白质结构的分子设计方法
基于蛋白质结构的分子设计方法随着生物科技的不断发展，蛋白质结构的研究日益深入，基于蛋白质结构的分子设计方法也随之发展。
蛋白质是生物体中最为复杂的分子之一，它们在细胞中扮演着重要的角色，如催化各种生物反应、传递信号、提供结构支撑等。
因此，对蛋白质结构的深入研究，对人类的医学、生命科学、工业等领域都有着重要的意义。
基于蛋白质结构的分子设计方法，是指利用计算机模拟等技术，结合对蛋白质结构的深入理解以及对蛋白质功能和结构的关系的认识，设计出新的分子。
这种方法在药物研究、催化剂设计、材料科学等领域有着广泛的应用前景。
蛋白质结构的研究是基于生物化学、分子生物学、生物物理学等学科的基础，这些学科为我们提供了对蛋白质结构及其功能的深刻认识。
在蛋白质结构研究的过程中，主要涉及到蛋白质的结晶学、NMR、电镜等多种技术手段。
而利用计算机模拟等技术进行基于蛋白质结构的分子设计，则是在深入研究蛋白质结构的基础上，通过计算机模拟等手段来设计新化合物的过程。
在蛋白质结构的研究中，最为重要的就是确定蛋白质的结构。
蛋白质的结构通常由其氨基酸残基的序列所决定。
因此，为了确定蛋白质的结构，我们需要首先确定蛋白质序列，并进行蛋白质表达和纯化。
在蛋白质纯化的过程中，我们可以利用各种手段，如层析、电泳等技术，来分离蛋白质。
而蛋白质的结晶则是蛋白质结构研究中的关键环节，其主要包括浓缩、结晶和X射线衍射等几个步骤。
利用计算机模拟等技术进行基于蛋白质结构的分子设计，则需要结合蛋白质的基本结构特征和其功能来进行设计。
在计算机模拟中，我们通常采用多种方法来优化新化合物的结构，如分子力学、量子化学等方法。
在这个过程中，通常还需要引入一些理论模型，如分子对接模型、分子构象模型等。
在蛋白质分子设计中，最具代表性的应该就是利用计算机模拟的分子对接技术。
这种技术可以模拟化合物与蛋白质的相互作用，从而设计出能够与蛋白质相互作用的新分子。
该技术主要将计算机模拟和化学实验相结合，既能预测新化合物的结构和性质，又能降低实验成本和时间。
结构生物物理学和蛋白质设计
结构生物物理学和蛋白质设计生物物理学是两个学科的交叉，运用物理学的概念和技术解决生物系统问题。
其中，结构生物物理学作为生物物理学的一个分支，研究的是生物大分子，例如蛋白质，核酸和脂质等分子的结构和动力学。
而蛋白质设计则是应用结构生物物理学的一种技术，旨在设计具有特定功能的蛋白质。
蛋白质是所有生物体的基础，并且完成了许多生物过程的关键，因此对于机体而言是至关重要的。
蛋白质结构决定了其功能，而蛋白质设计则旨在通过改变蛋白质结构，以实现新的或改进的功能。
在蛋白质设计中，常常需要了解蛋白质分子的基本结构和动力学特性，这就需要应用结构生物物理学技术的研究手段来解决。
结构生物物理学的主要工具是X射线晶体学、核磁共振（NMR）和电子显微镜（EM）。
通过上述手段获取生物大分子的结构信息，有利于设计蛋白质。
更进一步，可以通过分子对接、计算机模拟等手段，预测蛋白质在生物过程的中的结构和功能，并应用在生物医学和工业生产上。
在蛋白质设计中，改变蛋白质分子的结构通常包括两种方式：一种是通过改变蛋白质分子配体的基团来改变蛋白质分子在细胞内的结构和功能，即蛋白质设计；另一种是在蛋白质分子中引入新的氨基酸残基，并且组合成新的结构来创造全新的蛋白质，即蛋白质合成。
引入新的氨基酸残基和组合生成新的蛋白质能为生物医学和工业生产带来许多益处。
通过改变蛋白质结构以实现新的或改进的功能，例如医学方面，可以设计出结合到特定受体上的蛋白质，以治疗疾病；在工业生产中，可以改变蛋白质的催化性质，以把葡萄糖转化为糖浆。
不过，蛋白质设计还存在许多困难和挑战。
首先，生理环境对于蛋白质分子非常复杂，预测蛋白质分子在细胞内的结构和功能非常困难；其次，目前的结构生物物理学的研究是基于在理想化条件下的分子模型，与真实情况下的蛋白质分子结构可能存在差异。
这些困难需要在研究过程中克服。
总之，结构生物物理学和蛋白质设计是为人类的健康和未来生产进行的重要研究领域。
未来，还需要不断探索新的技术和手段，以便更全面地了解生物大分子的结构和动力学特性，并创造出更多的新蛋白质，应用于解决人类的问题和提高人类的生活质量。
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• 先讲理论 • 后面举几个例子
蛋白质分子设计策略
• 理性设计策略
– 前提:充分了解结构与功能的关系
• 随机突变+功能筛选
– 前提:不了解结构与功能的关系
• 理性设计+随机突变+功能筛选
– 前提:不完全了解结构与功能的关系
分子设计的种类
小改：少数残基的替换，突变或修饰 中改：分子拼接，肽段或结构域的替换 大改：从头设计，全新蛋白质的设计
具体方法：
利用R55受体的结构 模建R75受体的结构
根据淋巴毒素与R55 的作用情况，模拟肿 瘤坏死因子与R55受 体的相互作用情况。
根据肿瘤坏死因子与 R55受体的相互作用 情况，模拟肿瘤坏死 因子与R75受体的相 互作用情况。
Gln67与R55作用不明显，但与R75的Asp有静电作用， 将它突变为结构相似但带电相反的Glu会降低TNF与 R75的作用，但不会改变与R55的作用。
0 0.02 0.2 2 20 200
Protein (ng)
mTSA BSA SEA
融合蛋白与A431细胞结合的剂量曲线
mTSA与A431细胞结合的特异性试验 A.Positive control EGF; B. pmTSA ; C. mTSA binding blocked by EGF; D. Blank control :PBS
基于结构的药物设计
确定靶蛋白的结合口袋，以结合口袋的结构环境设 计药物； 未知受体结构时，根据具有相同或相似生物学活性 的已知化合物的结构叠合，反推受体结合口袋的可能 结构环境，根据推测的受体结合口袋进行新型药物设 计。
蛋白质分子的模拟肽设计
骨架残基设计，肽库筛选 以结构为模板的分子设计。
四、TGFα3-mSEA融合蛋白连接肽 长度的设计
金黄色葡萄球菌肠毒素A（SEA）是一种具有 超抗原活性的细菌毒素，将
TGFα(Transforming growth factor )的第三
环区与SEA进行融合，将有可能实现超抗原对 EGFR高表达肿瘤细胞的靶向治疗。
• 融合蛋白中连接肽的长度对融合蛋白的功能活性有 很大的影响。确定合适的连接肽的长度非常重要。
第三章
蛋白质结构改造
主要内容
• 第一节 蛋白质分子设计 • 第二节 蛋白质的化学修饰 • 第三节 蛋白质的分子生物学改造
第一节 蛋白质的分子设计
分子生物学最激动人心的进展之一是能够 设计和生产新型的蛋白质分子。 重组DNA技术使人们能够定向改变蛋白质 中的氨基酸序列，包括氨基酸的取代、插入 或缺失，甚至包括蛋白质的融合等。 蛋白质工程是在深入了解蛋白质结构与功 能关系的基础上，利用化学和分子生物学方 法有目的地改造蛋白质，使之性能得到改善。 作为蛋白质工程的组成部分，蛋白质分子 设计在其中起着十分重要的作用。
实验结果
设计的人的干扰素突变体的表达量大大提 高，占到了总蛋白的10%。
蛋白质分子设计的实例之三
具有受体特异性的肿瘤坏死因子突变体的 设计
肿瘤坏死因子具有明显的特性：
杀死肿瘤细胞 √
毒副作用 ×
与淋巴毒素共用两个受体：R55 R75
肿瘤坏死因子的蛋白质工程改造的目标： 制备具有杀死肿瘤细胞，但毒副作用小的新型TNF 突变体或模拟肽。
TGFα3-mSEA分子中TGFα3与天然TGFα结构的比较
mTSA mTSB
CA 0.79 Å 0.79 Å
backbone 0.89 Å 0.92 Å
• 根据结构模建得到的结论：
• TGFα3-mSEA融合蛋白 中的连接肽为5个氨 基酸时，对TGFα3和SEA影响较大，8个氨 基酸的linker对两者空间构象影响较小。
• 嵌合体2：在126127之间插入KGDW
• 嵌合体空间结构的模建策略：
• 因为嵌合体的特点是在一个较大的分子中插入 了几个氨基酸，所以可以采用以下办法：即以 尿激酶原的结构为模板，直接模建嵌合体 KGDW-尿激酶原的结构，然后直接进行整个嵌 合体结构的优化。优化采用Modeler的有关程 序进行。
酶稳定性的改善
酶的稳定性。 在蛋白质工程的实践中，一般可 以通过在酶分子内增强分子内的作 用（增加二硫键或静电作用）来提 高酶分子的稳定性。
药物设计
三个层次： 一是小分子化合物的药物设计。 二是多肽分子的药物设计，通过研究多肽分子与受 体的相互作用情况来进行分子设计。 第三种情况是蛋白质大分子的药物设计，主要是设 计能够改变蛋白质天然性能的新型突变体。
• 模建过程：
• 以SEA的结构作为模板， 模建融合蛋白中 SEA，连接肽作为loop用分子力学手段直 接生成， TGFα3的结构根据TGFα的NMR 结构直接拷贝。
• 结构的优化：
• 固定融合蛋白质中的SEA及TGFα3部分的结构， 只对连接肽进行优化，优化至能量收敛，得到能 量优势构象。
• 进行融合蛋白分子的整体的结构优化至能量收敛， 最终的能量优势构象作为融合蛋白的结构。
为提高一种性能而进行的结构改造对其他 结构/性能的影响最小
蛋白质分子设计的实例之一
目标: 核糖核酸酶的热稳定性的提高
已知条件： 核糖核酸酶三维结构已由晶体衍射方法
测定。 分子内有两对二硫键 酶的活性中心已经确定
结构分析得到的信息：
Tyr24与Asn84正对，二者的Ca之间的距离为6.0A， 满足二硫键的特征（二硫键的Ca的平均距离： 4.5- 6.8A），可能形成一个潜在的二硫键。
问题：TNF的不同生物学功能是否由 不同受体介导？
方向：制造出具有受体特异性的突 变体是研究TNF功能的重要途径。
已知信息：
肿瘤坏死因子的晶体结构 淋巴毒素与R55的复合物晶体结构
分子设计目的：
设计出对R55 R75两种受体具有选 择性的TNF突变体。
设计思路：
模拟肿瘤坏死因子与两种受体的相 互作用情况，确定特异作用残基， 进行突变。
蛋白质分子设计考虑的因素
1. 氨基酸 2. 肽链特性 3. 蛋白质构象的特点 4. 蛋白质分子间的作用 5. 蛋白质分子内的作用
氨基酸的性质
电荷 酸碱性 亲水性、疏水性
肽链的特性
多肽链的酰胺平面是刚性的，但酰胺平面之间的相对 位置可以变化。
C-N-Ca-C N-Ca-C-N
选择了两种TGFα3-mSEA融合蛋白进行结 构模建：
mTSA 含长连接肽（8肽）的TGFα3-mSEA mTSB 含短连接肽（5肽）的TGFα3-mSEA
然后通过对两种融合蛋白结构的比较来确定 连接肽长度。
• 模建策略： • 根据我们的方法，拟采取以下步骤：
1、搭建整体结构（连接肽自动生成） 2、优化连接肽（控制SEA及TGFα3的结构） 3、融合蛋白分子的整体优化 重点放在优化结构方面
• 推论： 8个氨基酸的linker对功能影响小。
实验验证：
• 融合蛋白的表达、纯化、活性测定工作由胥 全彬博士完成。
• 实验结果：
• 融合蛋白与脾细胞共培养，mTSA （8肽的linker TGFα3-mSEA融合蛋白 ）比mTSB（ 5肽的linker TGFα3-mSEA融合蛋白 ）更能显著促进脾细胞的 增殖 。
• 研究思路： • 分析尿激酶原分子的结构，寻找可能的插
入位置。 • 模建尿激酶原分子中的不同位置插入
KGDW嵌合体 的空间结构。 • 嵌合体与尿激酶原的空间结构比较。
• 方法：
• 根据天然尿激酶 原的分子结构特 点，模建了两种 KGDW-尿激酶原分 子嵌合体 的空间 结构：
• 嵌合体1：在118119之间插入KGDW
期、功能分解或组合、聚合性质等
蛋白质的从头设计
从头设计是指从蛋白质的一级序列出 发，按照研究者的意愿，设计和制造 出自然界不存在的、具有特定的空间
结构和生物学功能的全新蛋白质。
蛋白质分子设计的原则
活性设计: 活性中心,催化部位 对专一性的设计: 底物结合部位 框架设计: 蛋白质分子的立体结构设计 疏水基团与亲水基团的合理分布 氨基酸侧链几何排列
• 受体特异性结合试验及激光共聚焦分析表明，融合 蛋白mTSA能特异性地结合到A431的EGF受体。
OD570
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0 SEA rSEA mTSA mTSB mST
PHA Blank
不同蛋白刺激脾细胞增殖活性试验
A
B
C
D
OD 570
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
二者附近没有干扰形成二硫键的基团。
二者离催化活性中心较远，突变后不会影响活性。
设计方案：
将Tyr24与Asn84突变为Cys
实验结果：
突变体的稳定性大大提高
突变体: 55℃ 70%活性 野生型: 55℃ 10%活性
蛋白质分子设计的实例之二
可溶的干扰素突变体的设计
面临的问题
干扰素是一种重要的治疗药物。 在大肠杆菌中表达较难溶解，造成纯化和
抗体分子的人源化设计
抗体分子在导向药物 和很多疾病的治疗中 有明显优势，但一般 人们目前研究较多的 鼠源性抗体，它们在 人体中会产生免疫反 应。消除鼠源性抗体 的免疫原性，使其人 源化，是目前抗体工 程领域重要的研究方 向。
蛋白质分子改造
突变体设计 融合蛋白设计
• 我们关心的蛋白质属性: 活性、稳定性、特异性、免疫原性、半衰
R75受体特异性TNF突变体设计 E(Glu)53R(Arg ) 可望减弱TNF 与R55受体的吸引作用，但 与R75受体的作用力不会减弱
实验结果：
突变体Q67E选择结合R55受体 突变体E53R选择结合R75受体
蛋白质分子设计的程序
1. 收集相关蛋白质的结构信息 2. 建立所研究蛋白质的结构模型 3. 结构模型的生物信息学分析 4. 选择设计目标 5. 序列设计 6. 预测结果 7. 获得新蛋白质 8. 新蛋白质的检验 9. 反复设计,最后完成蛋白质设计