蛋白质工程 .ppt

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1、蛋白质工程 现在学习的是第1页，共36页要实现蛋白质工程必须由要实现蛋白质工程必须由3 3部分的科学家共同努力才能完成。部分的科学家共同努力才能完成。蛋白质空间结构测定的专家蛋白质空间结构测定的专家;蛋白质分子设计的专家蛋白质分子设计的专家 基因工程的专家。基因工程的专家。现在学习的是第2页，共36页空间结构测定的专家空间结构测定的专家:主要应用主要应用X X射线晶体结构分析的方法与技术对蛋白质射线晶体结构分析的方法与技术对蛋白质分子的空间结构进行实验测定。分子的空间结构进行实验测定。多多维维核磁共振技核磁共振技术术和和电电子衍射子衍射等等电电子晶体学的技子晶体学的技术术已用来确定生物大已用来

2、确定生物大分子的分子的结结构和溶液构象。构和溶液构象。确确定定哪哪些些特特征征结结构构决决定定了了它它们们的的生生物物功功能能，从从而而发发现现结结构构与与功功能能相相关关的的规规律。律。蛋白质的哪些部分比较脆弱，蛋白质的哪些部分比较脆弱，哪些部分比较牢固，哪些部分比较牢固，哪些部分比较坚硬，哪些部分比较坚硬，哪些部分比较柔软，哪些部分比较柔软，哪些部分可以引起人们不希望的毒、副作用，等等。哪些部分可以引起人们不希望的毒、副作用，等等。现在学习的是第3页，共36页分子设计的专家分子设计的专家:在了解了需要改造的蛋白质的性能及其相应的结构基础之后，在了解了需要改造的蛋白质的性能及其相应的结构基础

3、之后，主要通过理论的方法，提出蛋白质改性的设计方案。主要通过理论的方法，提出蛋白质改性的设计方案。这一方案将提供改性后的蛋白质哪些部分的氨基酸顺序与天然蛋白这一方案将提供改性后的蛋白质哪些部分的氨基酸顺序与天然蛋白质不同，这些新的序列可以导致怎样的空间结构和电子结构的变化，从质不同，这些新的序列可以导致怎样的空间结构和电子结构的变化，从而能赋予新蛋白质什么样的特性。而能赋予新蛋白质什么样的特性。当前的分子设计主要以能显示图形图象的计算机为工具，采用当前的分子设计主要以能显示图形图象的计算机为工具，采用基基于物理学原理的各种模拟方法于物理学原理的各种模拟方法和和基于蛋白质分子结构知识的模型构建基

4、于蛋白质分子结构知识的模型构建方法方法，或兼用这两类方法。，或兼用这两类方法。现在学习的是第4页，共36页基基因因工工程程的的专专家家:在在得得到到了了新新的的蛋蛋白白质质的的改改性性设设计计方方案案之之后后，就就用用一一套套分分子子生生物物学学的的技技术术，先先合合成成相相应应的的基基因因模模板板，再再经经过过克克隆隆与与表表达达，得得到到新新蛋蛋白白质质的的产产物物，最最后后通通过过分分离离、纯纯化化，提提取取出出足足够够纯纯的的新新蛋蛋白白质以研究它的性质。质以研究它的性质。现在学习的是第5页，共36页 胰胰岛岛素素是是治治疗疗胰胰岛岛素素依依赖赖型型糖糖尿尿病病的的特特效效药药物物，但

5、但是是天天然然的的胰胰岛岛素素在在人人体中的寿命只有几个小时体中的寿命只有几个小时 要要想想得得到到长长效效的的胰胰岛岛素素，一一个个直直观观的的设设计计思思路路就就是是在在维维持持活活性性部部位位结结构构不不变变的同时，增加其他部位的结合强度，使之更难以被酶所破坏。的同时，增加其他部位的结合强度，使之更难以被酶所破坏。我我国国科科学学家家实实现现的的一一个个巧巧妙妙的的方方案案就就是是增增加加胰胰岛岛素素多多聚聚体体之之间间的的结结合强度，以实现长效的目的。合强度，以实现长效的目的。(1)胰岛素的蛋白质工程胰岛素的蛋白质工程现在学习的是第6页，共36页 核糖体失活蛋白核糖体失活蛋白 除有引产

6、作用外，也能抑制肿瘤细胞的生长和艾滋病病毒的复制。除有引产作用外，也能抑制肿瘤细胞的生长和艾滋病病毒的复制。但天花粉的毒副作用也很强，很易引起过敏等免疫反应。但天花粉的毒副作用也很强，很易引起过敏等免疫反应。通通过过对对天天花花粉粉晶晶体体结结构构的的分分析析发发现现，它它的的活活性性中中心心部部位位和和引引起起过敏的部位是分离的，这就为天花粉的改性提供了可能。过敏的部位是分离的，这就为天花粉的改性提供了可能。(2)天花粉的蛋白质工程天花粉的蛋白质工程现在学习的是第7页，共36页 其其改改型型设设计计方方案案就就是是尽尽量量把把鼠鼠抗抗体体的的氨氨基基酸酸序序列列和和它它的的空空间间结结构构改

7、变成人的。改变成人的。早早在在19881988年年英英国国剑剑桥桥大大学学的的WinterWinter等等人人就就开开展展了了这这方方面面的的工工作作，近近几几年年来来，我我国国科科研研人人员员也也进进行行了了抗抗体体人人源源化化方方面面的的研研究究，并并得得到到有有活活性性的的重链单域改性重组抗体。重链单域改性重组抗体。(3)抗体的人源化抗体的人源化现在学习的是第8页，共36页鼠抗体鼠抗体OKT3结合位点结构模拟和改性设计结合位点结构模拟和改性设计决定抗原特异性的主要是决定抗原特异性的主要是互补决定区互补决定区(complementary determined regions,CDRs)现在

8、学习的是第9页，共36页在抗体改性的最初阶段，在抗体改性的最初阶段，通通过过基基因因工工程程将将人人的的C区区连连接接到到鼠鼠的的V区区上上，制制出出了了基基因因工工程程抗抗体体，称为称为嵌合抗体嵌合抗体(ChimeriCantibody)。由由于于抗抗体体的的抗抗原原结结合合位位点点位位于于V区区内内，因因此此嵌嵌合合抗抗体体仍仍保保留留了了结结合合抗抗原原的的能能力力，同同时时，由由于于C区区已已替替换换成成为为人人的的，这这就就在在一一定定程程度度上上解解决决了了异异源源抗抗体体问问题题。但但由由于于嵌嵌合合抗抗体体的的V区区全全来来自自鼠鼠，仍仍然然有有可可能能引引起起宿主的过敏反应，

9、所以它不是好的抗体改性产物。宿主的过敏反应，所以它不是好的抗体改性产物。现在学习的是第10页，共36页 一种方案就是仅用鼠的一种方案就是仅用鼠的CDRs代替人的代替人的CDRs，V区的其他部分均选用区的其他部分均选用人的。人的。原则上，这种改性能够保持亲代鼠抗体的抗原特异性，又能更大程度地消原则上，这种改性能够保持亲代鼠抗体的抗原特异性，又能更大程度地消除宿主免疫反应。这样的抗体比嵌合抗体更接近人的抗体，故称为除宿主免疫反应。这样的抗体比嵌合抗体更接近人的抗体，故称为人源化抗人源化抗体体或或改型抗体改型抗体(reshapedantibody)。第一个按此方案进行的第一个按此方案进行的人源化抗体

10、人源化抗体的亲和力却仅为原来鼠抗体的亲和力却仅为原来鼠抗体的亲和力的的亲和力的1/40。现在学习的是第11页，共36页 经仔细分析鼠抗体经仔细分析鼠抗体V区的序列，尤其是位于区的序列，尤其是位于CDRs邻近处的序列，邻近处的序列，以及相应的空间结构，发现以及相应的空间结构，发现邻近邻近CDRs的残基对于抗体的的残基对于抗体的CDRS与抗原的与抗原的结合也起到重要的作用结合也起到重要的作用，因此必须在人源化方案中加以考虑。，因此必须在人源化方案中加以考虑。根根据据这这一一思思想想，研研究究者者对对T淋淋巴巴细细胞胞膜膜抗抗原原(CD3)的的鼠鼠抗抗体体OKT3的的可可变变区区(V区区)进进行行了

11、了人人源源化化设设计计，在在模模拟拟了了OKT3空空间间结结构构的的基基础础上上，又又构构建建了了人人源源化化的的OKT3的的空空间间结结构构，并并比比较较了了改改型型设设计计对对CDRs构构象象的的影影响响。研研究究结结果果表表明明，人人源源化化过过程程并并没没有有使使CDRs的的构构象象产产生生较较大大的的改改变变，因因而而改改型型抗抗体体应应保保持持原原有有活活力力。按按此此方方案案经经基基因因工工程程技技术术生生产产的的单单域域抗抗体体确确实实具具有有活活性性。这这一一实实验验结结果果说说明明，抗抗体体的的人人源源化化是是可行的。可行的。现在学习的是第12页，共36页像凝乳酶像凝乳酶枯

12、草杆菌蛋白酶枯草杆菌蛋白酶葡萄糖异构酶、葡萄糖异构酶、胰蛋白酶胰蛋白酶等的研究等的研究 都取得了明显进展。都取得了明显进展。与乳制品的生产有关与乳制品的生产有关是洗涤剂的添加剂，用于清除蛋白质的污渍等。是洗涤剂的添加剂，用于清除蛋白质的污渍等。现在学习的是第13页，共36页二、蛋白质工程领域的开创性工作二、蛋白质工程领域的开创性工作 早早在在1987年年美美国国杜杜邦邦公公司司的的DeGrado等等人人就就利利用用当当时时已已积积累累的的蛋蛋白白质质分分子子空空间间结结构构与与构构象象的的规规律律，经经过过精精心心的的设设计计并并由由多多肽肽合合成成法法产产生生出出了了一一个个由由74个个氨氨

13、基基酸酸组组成成的的非非天天然然蛋蛋白白质质。它它具具有有设设计计者者所所期期望望的的典典型型的的4股股 螺螺旋旋结结构构。这这一一工工作作被被称称为为蛋蛋白白质质分分子子设设计计的的第第一一个个里程碑。里程碑。紧紧接接着着Duke大大学学的的Richardson夫夫妇妇经经过过从从头头设设计计并并用用基基因因工工程程的的方方法法不不仅仅合合成成了了另另一一种种4股股螺螺旋旋的的非非天天然然蛋蛋白白质质，还还合合成成了了全全 折折叠叠结结构的，称为构的，称为betabellin的非天然蛋白质。的非天然蛋白质。此此后后的的一一系系列列从从头头设设计计(De novo)的的实实验验结结果果说说明明

14、，定定向向地地设设计计与与合合成成具具有有人人们们所所要要求求的的空空间间结结构构与与性性质质的的蛋蛋白白质质是是合合理理的的、可可行行的的。此此后后对对分分子子量量较较小小的的各各种种类类型型药药物物的的设设计计、研研究究与与生生产产也也蓬蓬勃勃地地开开展展起起来来。并有若干个成功的例子。并有若干个成功的例子。现在学习的是第14页，共36页艾滋病毒艾滋病毒HIVHIV蛋白水解酶抑制剂的设计。蛋白水解酶抑制剂的设计。HIV-lHIV-l蛋蛋白白水水解解酶酶是是由由两两个个含含有有9999个个氨氨基基酸酸残残基基的的单单体体组组成成的的天天冬冬氨氨酸酸水水解解酶酶，它它在在将将艾艾滋滋病病毒毒导

15、导入入人人体体细细胞胞过过程程中中起起了了重重要要作作用用。高高效效的的该该酶酶抑抑制制剂剂将将是治疗艾滋病的有前途的药物。是治疗艾滋病的有前途的药物。两两个个大大的的制制药药厂厂Abbott(ChicagoAbbott(Chicago，ILIL，USA)USA)和和DuPont DuPont Merck(GlenoldenMerck(Glenolden，PAPA，USA)USA)分分别别使使用用计计算算机机辅辅助助设设计计合合成成了了具具有有对对称称性性的的，口口服服有有效效的的HIVHIV蛋白酶抑制剂。蛋白酶抑制剂。DuPont MerCkDuPont MerCk的产品的产品DMP323D

16、MP323正在进行临床试验。正在进行临床试验。现在学习的是第15页，共36页 胸腺嘧啶核苷酸合成酶抑制剂胸腺嘧啶核苷酸合成酶抑制剂:它是由它是由AgouronAgouron药厂药厂(La Jolla(La Jolla，CACA，USA)USA)基于该酶活性中心区结构的基于该酶活性中心区结构的知识设计的。作为一个抗肿瘤药物目前正在临床试用知识设计的。作为一个抗肿瘤药物目前正在临床试用 凝血酶抑制剂的设计，凝血酶抑制剂的设计，高血压蛋白酶原抑制剂的设计高血压蛋白酶原抑制剂的设计 当前蛋白质工程研究的热点主要集中在两个方面当前蛋白质工程研究的热点主要集中在两个方面:一方面是一方面是:对具有明显生物功

17、能的天然蛋白质分子，加以改性对具有明显生物功能的天然蛋白质分子，加以改性;另一方面另一方面:是基于生物大分子结构知识的药物设子是基于生物大分子结构知识的药物设子.现在学习的是第16页，共36页三、蛋白质的改性及分子设计三、蛋白质的改性及分子设计当前蛋白质工程研究的热点之一当前蛋白质工程研究的热点之一到到19991999年年2 2月月3 3日，在日，在PDB(protein data bank,Brookhaven National PDB(protein data bank,Brookhaven National Laboratory)Laboratory)库中收集的生物大分子空间结构数据已达

18、库中收集的生物大分子空间结构数据已达92269226套，套，其中蛋白质结构其中蛋白质结构85688568套，套，核酸结构核酸结构646646套，套，糖类结构糖类结构1212套。套。这就使得基于蛋白质和核酸结构上的药物设计成为可能。这就使得基于蛋白质和核酸结构上的药物设计成为可能。这这是是因因为为任任何何药药物物都都是是作作用用在在相相应应的的受受体体上上的的，这这些些受受体体或或靶靶分分子子往往往往又又是是蛋蛋白白质质或或核核酸酸。如如果果我我们们有有了了这这些些大大分分子子的的结结构构，就就容容易易发发现现哪哪些些物物质质能能与与这这些些受受体体发发生生特特定定的的结结合合，使使得得药药物物

19、的的筛筛选选与与设设计计有有了了科科学依据，避免了盲目性。这就是基于生物大分子结构知识的药物设计。学依据，避免了盲目性。这就是基于生物大分子结构知识的药物设计。现在学习的是第17页，共36页选择蛋白质工程改造对象时往往要考虑以下几个方面选择蛋白质工程改造对象时往往要考虑以下几个方面:（1）改性对象有没有测定出空间结构。改性对象有没有测定出空间结构。（2）结构和生物功能的联系是否明确。结构和生物功能的联系是否明确。（3）所选对象的重要性。所选对象的重要性。（4）是否易于进行分子设计和最后的基因工程生产。是否易于进行分子设计和最后的基因工程生产。肿瘤坏死因子肿瘤坏死因子 它的生物学作用是抑制肿瘤血

20、管的形成。因此就可有效地抑制肿瘤。它的生物学作用是抑制肿瘤血管的形成。因此就可有效地抑制肿瘤。但但是是研研究究还还发发现现，肿肿瘤瘤坏坏死死因因子子有有很很强强的的毒毒副副作作用用。如如不不能能有有效效地地降降低低其其毒毒副副作作用用，就就不不能能将将其其用用于于肿肿瘤瘤治治疗疗。有有报报道道说说，我我国国科科学学家家己己经经通通过过蛋蛋白白质质工工程程的的技技术术，改改变变了了天天然然肿肿瘤瘤坏坏死死因因子子的的结结构构，使使其其毒毒性性大大为为降降低低，同时还保留了生物活性。同时还保留了生物活性。现在学习的是第18页，共36页肿瘤细胞区别于正常细胞的基本特征是：肿瘤细胞区别于正常细胞的基本

21、特征是：细胞生长失控和分化受阻细胞生长失控和分化受阻,因此易于恶性生长和转移。因此易于恶性生长和转移。导致肿瘤发生的主要原因是：导致肿瘤发生的主要原因是：存在于人类染色体上的癌基因被活化存在于人类染色体上的癌基因被活化估计在人类基因组中约有估计在人类基因组中约有10001000个原癌基因位点。个原癌基因位点。P53P53蛋白蛋白它是抑癌基因它是抑癌基因P53的表达产物的表达产物 因此研究癌基因的结构，在染色体上的分布以及如何阻止它的活因此研究癌基因的结构，在染色体上的分布以及如何阻止它的活化一直是肿瘤学研究的热点。化一直是肿瘤学研究的热点。自自19861986年人类第一个抑癌基因年人类第一个抑

22、癌基因Rb(Rb(视网膜母细胞瘤基因视网膜母细胞瘤基因)被分离克隆时被分离克隆时起，人们认识到染色体上还存在另一类基因，它可以抑制肿瘤的发生。由此细起，人们认识到染色体上还存在另一类基因，它可以抑制肿瘤的发生。由此细胞癌变机制研究的热点就由癌基因过渡到抑癌基因。胞癌变机制研究的热点就由癌基因过渡到抑癌基因。现在学习的是第19页，共36页近年来逐步有许多抑癌基因被认识，并被克隆鉴定，近年来逐步有许多抑癌基因被认识，并被克隆鉴定，目前己发现的有目前己发现的有RbRb、P53P53、DCCDCC、WtlWtl、NFlNFl、BRCAlBRCAl、MTSlMTSl、NF2NF2、APCAPC等约等约3

23、030种。种。其中其中P53P53被认为是肿瘤抑制基因家族中的主要成员之一，被认为是肿瘤抑制基因家族中的主要成员之一，P53P53基因突变是基因突变是至今已知的与癌症相关的最普遍的基因变化，约至今已知的与癌症相关的最普遍的基因变化，约50%50%癌症是由于癌症是由于P53P53基因突基因突变引发的。在通常的肿瘤中，约变引发的。在通常的肿瘤中，约70%70%的结肠癌、的结肠癌、50%50%的胃癌、的胃癌、40%40%的乳房癌的乳房癌发生发生P53P53基因突变。基因突变。P53P53也与血癌和淋巴癌有关，包括也与血癌和淋巴癌有关，包括Hodgkins病、病、T T淋巴淋巴细胞病和白细胞病。细胞病

24、和白细胞病。现在学习的是第20页，共36页因此，因此，P53蛋白被列为蛋白被列为Science1993年的分子年的分子(the molecule of the year)，美国美国Discovery称它为称它为1992年的基因。年的基因。现在学习的是第21页，共36页野生型野生型P53P53基因及其表达的基因及其表达的P53P53蛋白具有多种功能蛋白具有多种功能:(1)野生型的野生型的P53P53基因作为转录因子调节细胞生长和分化。基因作为转录因子调节细胞生长和分化。(2)野生型野生型P53P53基因能监视细胞基因组的完整性。基因能监视细胞基因组的完整性。当当细细胞胞损损伤伤后后，P53P53

25、蛋蛋白白积积累累，DNADNA复复制制停停止止，使使DNADNA有有足足够够的的时时间间得得到到修修复复;如如果果修修复复失失败败，P53P53蛋蛋白白能能够够通通过过程程序序性性细细胞胞死死亡亡过过程程(apoptosis)(apoptosis)诱导细胞自杀。诱导细胞自杀。(3)野生型野生型P53P53基因能够抑制细胞生长，协调细胞周期的进展和基因能够抑制细胞生长，协调细胞周期的进展和DNADNA复制。复制。现在学习的是第22页，共36页方方法法是是：将将野野生生型型P53P53基基因因导导入入体体外外转转化化细细胞胞或或直直接接注注射射到到肿肿瘤瘤组组织织中中使其抑制恶性表达，这种基因疗法

26、已有实验证明。使其抑制恶性表达，这种基因疗法已有实验证明。P53P53基因定位基因定位于人于人1717号染色体的短臂号染色体的短臂17P13.l17P13.l区，全长约区，全长约20kb(kb20kb(kb是千碱是千碱基基)。P53P53基因的产物位于细胞核，是一种由基因的产物位于细胞核，是一种由393393个氨基酸组成的蛋白，分子个氨基酸组成的蛋白，分子量约为量约为5OkD5OkD。P53P53基因由基因由1111个外显子和个外显子和1010内含子组成，内含子组成，不同物种的不同物种的P53mRNAP53mRNA长度为长度为2kb2kb3kb3kb。P53P53基因有基因有5 5个高度保守区

27、个高度保守区:即第即第131319,11719,117142,171142,171192192，236236258,270258,270286286氨基酸的编码区。氨基酸的编码区。现在学习的是第23页，共36页P53蛋白的二级结构也高度保守，蛋白质的氨基端为酸性区，从蛋白的二级结构也高度保守，蛋白质的氨基端为酸性区，从l 至至80位氨基位氨基酸残基，具高活性，易形成酸残基，具高活性，易形成 螺旋结构，目前被认为是转录活化区。羧基端螺旋结构，目前被认为是转录活化区。羧基端为碱性区，从为碱性区，从319至至393位氨基酸残基，也具活性并易形成位氨基酸残基，也具活性并易形成 螺旋和转角结构，螺旋和转

28、角结构，目前认为与四聚体形成相关。从目前认为与四聚体形成相关。从102至至292位氨基酸残基为其核心结构域。位氨基酸残基为其核心结构域。近几年国外科学家发现，切掉近几年国外科学家发现，切掉P53的最后约的最后约30个残基，即保留个残基，即保留363位位以前的残基，可以提高野生型以前的残基，可以提高野生型P53蛋白的活性。这为蛋白的活性。这为P53的改性设计的改性设计提供了可能。提供了可能。现在学习的是第24页，共36页 正在进行设计与改性的与人类健康有关的蛋白质还很多。它们往往是针对严正在进行设计与改性的与人类健康有关的蛋白质还很多。它们往往是针对严重的人类疾患，像重的人类疾患，像冠心病、肿瘤

29、等和常见病、多发病，像流感等。冠心病、肿瘤等和常见病、多发病，像流感等。一些具体的对象，例如一些具体的对象，例如:核糖核酸酶、核糖核酸酶、蛇毒、蛇毒、蝎毒的毒蛋白、蝎毒的毒蛋白、天麻抗真菌蛋白、天麻抗真菌蛋白、水蛇素等，水蛇素等，现在学习的是第25页，共36页医用蛋白质设计的一个新的方面是医用蛋白质设计的一个新的方面是把完成不同功能的两个蛋白质或肽类用一段仅起连接作用的肽把完成不同功能的两个蛋白质或肽类用一段仅起连接作用的肽(连接肽连接肽)组合在一起，成为一个复合蛋白质，使其兼具两者的功能。组合在一起，成为一个复合蛋白质，使其兼具两者的功能。重要的是关于重要的是关于“导向药物导向药物”的设计，

30、它的一个组分起常规药物的的设计，它的一个组分起常规药物的作用，另一个组分与药物作用对象有高度的亲和性，起导向作用。作用，另一个组分与药物作用对象有高度的亲和性，起导向作用。例如例如:我国科学家研制的脑啡肽和干扰素的复合蛋白，前者能与特定的我国科学家研制的脑啡肽和干扰素的复合蛋白，前者能与特定的细胞亲合，后者起治疗作用。细胞亲合，后者起治疗作用。现在学习的是第26页，共36页国际上也发展了以抗体为药效部分，以多种细胞结合蛋白为导向部分的融合国际上也发展了以抗体为药效部分，以多种细胞结合蛋白为导向部分的融合蛋白药物。这种新的方向，导致了一个新的研究课题的产生蛋白药物。这种新的方向，导致了一个新的研

31、究课题的产生,即即:连接肽的设计连接肽的设计。这一课题的目标是设计特定的短肽，把不同的功能。这一课题的目标是设计特定的短肽，把不同的功能蛋白或肽结合起来、并使它们保持各自的完整活性。蛋白或肽结合起来、并使它们保持各自的完整活性。现在学习的是第27页，共36页四、基于生物大分子结构的药物设计四、基于生物大分子结构的药物设计四、基于生物大分子结构的药物设计四、基于生物大分子结构的药物设计 当前蛋白质工程研究的热点之二当前蛋白质工程研究的热点之二当前蛋白质工程研究的热点之二当前蛋白质工程研究的热点之二 X射线晶体学技术射线晶体学技术 多维核磁共振多维核磁共振(NMR)波谱学技术波谱学技术 二维电子衍

32、射二维电子衍射 三维图象重构技术等三维图象重构技术等为蛋白质空间结构测定提供了为蛋白质空间结构测定提供了有效的试验手段，有效的试验手段，这些方法依然存在这些方法依然存在局限局限:X射线晶体学技术需要得到适当的蛋白质晶体射线晶体学技术需要得到适当的蛋白质晶体;NMR技术现在还不能有效地测定分子量大于技术现在还不能有效地测定分子量大于3万的样品万的样品;电子晶体学技术目前还正在发展。电子晶体学技术目前还正在发展。人们尚不能估计有多少人类蛋白质最终可由上述试验方法测定，又有人们尚不能估计有多少人类蛋白质最终可由上述试验方法测定，又有多少蛋白质不能测定。因此，理论模拟与结构预测就显示了重要性，正在多少

33、蛋白质不能测定。因此，理论模拟与结构预测就显示了重要性，正在日益发展和受到人们的重视。日益发展和受到人们的重视。现在学习的是第28页，共36页 理论研究不仅可提供生物大分子空间结构的信息，还能提供电子结构的理论研究不仅可提供生物大分子空间结构的信息，还能提供电子结构的信息，如能级、表面电荷分布、分子轨道相互作用等以及动力学行为的信息，信息，如能级、表面电荷分布、分子轨道相互作用等以及动力学行为的信息，如生物化学反应中的能量变化、电荷迁移、构象变化等。理论模拟还可研究如生物化学反应中的能量变化、电荷迁移、构象变化等。理论模拟还可研究包括生物分子及其周围环境包括生物分子及其周围环境(如水、离子等如

34、水、离子等)的复杂体系和生物分子的量的复杂体系和生物分子的量子效应。子效应。现在学习的是第29页，共36页 药物的治疗作用主要是通过药物与受体的相互作用。药物的治疗作用主要是通过药物与受体的相互作用。在在生生物物体体中中受受体体多多半半是是生生物物大大分分子子，像像蛋蛋白白质质和和核核酸酸，而而以以蛋蛋白白质质居居多多。如如果果人人们们了了解解了了受受体体蛋蛋白白的的结结构构，就就可可以以根根据据其其结结构构来来研研究究药药物物是是怎怎样样改改变变它它的的构构象象，进进而而产产生生治治疗疗作作用用的的。设设想想各各种种可可能能的的药药物物结结构构来来模模拟拟这这种种相相互互作作用用就就有有助助

35、于于找找到到较较好好的的药药物物。这这是是当当前前药药物物筛筛选选中中的的一一个个合合理理的的和和有有效效的的途途径径。这这种种基基于于大大分分子子结结构构的的药药物物设设计计，使使得得常常规规的的药药物物开开发发从从较较随随机机地地筛筛选选，逐逐渐渐过渡到理性化，避免了过多的财力和时间的浪费和盲目性。过渡到理性化，避免了过多的财力和时间的浪费和盲目性。现在学习的是第30页，共36页(1)基于酶结构的药物设计基于酶结构的药物设计主要是设计特定酶的抑制剂或激动剂。主要是设计特定酶的抑制剂或激动剂。胸腺嘧啶核苷酸合成酶抑制剂、胸腺嘧啶核苷酸合成酶抑制剂、二氢叶酸还原酶抑制剂、二氢叶酸还原酶抑制剂、

36、羧肽酶羧肽酶A抑制剂、抑制剂、胰蛋白酶抑制剂、胰蛋白酶抑制剂、凝血酶抑制剂等。凝血酶抑制剂等。现在学习的是第31页，共36页蛋白激酶类抑制剂的设计是当前的热门，蛋白激酶类抑制剂的设计是当前的热门，比如比如酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶，它在细胞增殖、细胞转化、代谢调控以及，它在细胞增殖、细胞转化、代谢调控以及细胞通讯的许多方面都起着十分重要的作用，细胞表面酪氨酸激细胞通讯的许多方面都起着十分重要的作用，细胞表面酪氨酸激酶受体的失控信号与细胞内的酪氨酸激酶能导致炎症和癌症、粥酶受体的失控信号与细胞内的酪氨酸激酶能导致炎症和癌症、粥样硬化、银屑病等多种疾病。它的抑制剂的设计可以发展一类有样硬化、银屑

37、病等多种疾病。它的抑制剂的设计可以发展一类有效药物用于治疗上述疾病。效药物用于治疗上述疾病。现在学习的是第32页，共36页(2)基于抗体结构的药物设计基于抗体结构的药物设计抗体衍生的小分子药物抗体衍生的小分子药物(3)基于致癌、抑癌基因表达产物的药物设计基于致癌、抑癌基因表达产物的药物设计致癌基因表达产物致癌基因表达产物(如如ras蛋白蛋白)抑癌基因表达产物抑癌基因表达产物(如如p53蛋白蛋白)(4)基于细胞表面受体结构的药物设计基于细胞表面受体结构的药物设计CD4和生长因子受体和生长因子受体(5)基于转录因子结构的药物设计基于转录因子结构的药物设计锌指、亮氨酸拉链，螺旋锌指、亮氨酸拉链，螺旋

38、-环环-螺旋等螺旋等 现在学习的是第33页，共36页五五、蛋白质结构预测与药物分子设计蛋白质结构预测与药物分子设计第一类是同源预测，第一类是同源预测，把待测的未知结构的蛋白质分子的序列与已知结构的蛋白质分子序把待测的未知结构的蛋白质分子的序列与已知结构的蛋白质分子序列进行比较，根据序列的相似性找出同源蛋白，作为模板构建待测蛋列进行比较，根据序列的相似性找出同源蛋白，作为模板构建待测蛋白质的分子结构。白质的分子结构。优点优点:预测准确，精度高。预测准确，精度高。缺点缺点:仅适用于有已知结构的同源蛋白的情况仅适用于有已知结构的同源蛋白的情况.现在学习的是第34页，共36页第二类是从头预测的方法。第

39、二类是从头预测的方法。即从序列出发，基于对蛋白质分子折叠过程和机制的理解，来预测即从序列出发，基于对蛋白质分子折叠过程和机制的理解，来预测其结构。其结构。第三类是结构类识别第三类是结构类识别(foldrecognition)。先建立一个已知的蛋白质结构类的数据库先建立一个已知的蛋白质结构类的数据库(fold library)，然后把待测序，然后把待测序列与这些结构类相比较列与这些结构类相比较(threading，Sequence-Structure alignment)，并且，并且用一个函数用一个函数(Sequence-Structure fitness function)来判断序列与结构类的

40、来判断序列与结构类的符合程度，找出最相符的结构类，作为模板构建待测蛋白质分子的结符合程度，找出最相符的结构类，作为模板构建待测蛋白质分子的结构。构。这种方法的应用范围较广，一个待测序列，有这种方法的应用范围较广，一个待测序列，有70%的可能性其结构属于一的可能性其结构属于一个已知的结构类，因此可以使用结构类识别的预测方法。但是这种方法个已知的结构类，因此可以使用结构类识别的预测方法。但是这种方法的成功率还不很高，只有的成功率还不很高，只有60%左右。左右。现在学习的是第35页，共36页 由于各种技术的飞速发展由于各种技术的飞速发展(如如X射线晶体学、射线晶体学、NMR波谱学，基因突变波谱学，基

41、因突变技术，计算技术等技术，计算技术等)，使得每年获得的新的高分辨率的蛋白质分子结，使得每年获得的新的高分辨率的蛋白质分子结构的数量以指数增长，使得人们能够探索各种因素在决定蛋白质分构的数量以指数增长，使得人们能够探索各种因素在决定蛋白质分子结构的过程中所起的作用。有些著名科学家子结构的过程中所起的作用。有些著名科学家(如如GDRose)预言，预言，蛋白质分子结构预测的问题将于不太长的时间内解决。不管这种说蛋白质分子结构预测的问题将于不太长的时间内解决。不管这种说法是否正确，这个领域仍将是国际研究的热点之一，并在未来几年法是否正确，这个领域仍将是国际研究的热点之一，并在未来几年内会快速的发展。内会快速的发展。现在学习的是第36页，共36页