13.3.3　蛋白质分子设计程序

蛋白质分子设计是一门试验性科学，是理论设计过程与试验过程相互结合的产物。在这个过程中，计算机模拟技术和基因操作技术是两个必不可少的工具。蛋白质分子设计的过程如下：首先通过生物信息学对所研究对象的结构和功能信息进行收集分析，建立研究对象的结构模型，在此基础上进行结构-功能关系研究，对其功能相关的结构进行研究和预测，然后提出蛋白质结构改造的设计方案，再通过基因工程改造得到设计产物，并通过相关试验进行验证，根据验证结果进一步修正设计，并且往往要经过几次这样的循环才能获得成功。一般的蛋白质分子设计工作可以按照以下步骤进行。

（1）收集相关蛋白质的结构信息。收集待研究蛋白质一级结构、立体结构、功能结构域及与之相关的同源蛋白质等相关数据，为蛋白质分子设计提供依据。

（2）建立所研究蛋白质的结构模型。可通过蛋白质、X射线、晶体学及NMR等方法测定蛋白质的三维结构。也可依据同源性较高蛋白质的三维结构，结合三维结构预测方法对待研究蛋白质进行结构预测。预测出的三维结构作为分子设计中的结构模型。

（3）进行结构模型的生物信息分析。分析其三维结构的特点、功能活性区以及结构中存在的二硫键数目和位置等，为选择设计目标提供依据。

（4）选择设计目标。确定所要建造的三级结构。考虑所要求的性质受哪些因素的影响，然后对各因素逐一进行分析。

（5）进行序列设计。充分考虑氨基酸残基形成特定二级结构的倾向性。选择和排布残基对时要考虑到疏水相互作用、螺旋的偶极稳定作用、静电相互作用、氢键作用以及残基侧链的空间堆积。尽可能地使序列有利于形成预期的二级结构。

（6）通过理论预测方法预测出所设计的多肽的二级结构和三级结构，初步检验设计的正确程度，检验目标模型与预期目标的吻合程度，并在此基础上进行调整。

（7）获得新蛋白质。对蛋白质分子进行计算机理论设计之后，进行实验室合成，同时也可通过基因工程手段人为合成或改造，然后进行基因表达，并分离纯化，获得新蛋白质分子。