蛋白質(zhì)
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時(shí)間：2020-12-19
蛋白質(zhì)的實(shí)例教程
蛋白質(zhì)組學(xué)在現(xiàn)代藥物研究中的重要作用，早已經(jīng)得到了業(yè)界的公認(rèn)，甚至有人士坦言，它會(huì)改變藥物的研發(fā)模式。這樣的說(shuō)法并非夸張，從近些年眾多企業(yè)的科研投入趨勢(shì)來(lái)看，蛋白質(zhì)領(lǐng)域已然成為不折不扣的熱門(mén)。
要了解蛋白質(zhì)在藥物研發(fā)過(guò)程中為何會(huì)扮演著如此重要的角色，就不得不從它的功能說(shuō)起。生命的表現(xiàn)形式，在本質(zhì)上都是蛋白質(zhì)功能的各種體現(xiàn)，只有人類深入地了解生命體內(nèi)蛋白質(zhì)的組成和它們的活動(dòng)規(guī)律，才能對(duì)各種疾病的起因、發(fā)展等有全面的認(rèn)識(shí)，也才能找到疾病治療的關(guān)鍵所在，提升藥物的研發(fā)效率。
不過(guò)，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，國(guó)內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)對(duì)蛋白質(zhì)的研究進(jìn)程并不順利，原因是存在著很多的技術(shù)難點(diǎn)，比如在統(tǒng)計(jì)方法上，由于蛋白質(zhì)系統(tǒng)的復(fù)雜程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般的認(rèn)知，傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學(xué)研究分析方法對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)而言是非常吃力的。
以Western測(cè)量10個(gè)蛋白質(zhì)為例，想要以動(dòng)態(tài)的方式來(lái)監(jiān)測(cè)不同時(shí)間范圍內(nèi)的幾千甚至上萬(wàn)個(gè)蛋白質(zhì)的變化情況，不但難以用肉眼去觀察并得出有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)在找到一一對(duì)應(yīng)的抗體進(jìn)行堅(jiān)定方面也有極大的難度。正是基于這樣的問(wèn)題，要順利地進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，就必須找到能夠匹配這種復(fù)雜系統(tǒng)的分析技術(shù)和方法。
不過(guò)，盡管之后一系列新的分析技術(shù)不斷出現(xiàn)，但卻又面臨著數(shù)據(jù)解析的問(wèn)題。由于研究過(guò)程中涉及的蛋白質(zhì)種類多、動(dòng)態(tài)范圍廣，因此蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)非常復(fù)雜，對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)不但耗時(shí)耗力，且結(jié)果不一定準(zhǔn)確。AlphaFold2、RoseTTAFold等蛋白質(zhì)預(yù)測(cè)工具的出現(xiàn)，找到了很好的解決方案，通過(guò)把蛋白質(zhì)組變成數(shù)據(jù)的方法，將生物樣品中的的蛋白質(zhì)組進(jìn)行數(shù)字化，然后再借助于機(jī)器學(xué)習(xí)或者人工智能技術(shù)去解讀數(shù)據(jù)，最終取得想要的分析結(jié)果。
展開(kāi) 其中，基于蛋白質(zhì)的材料是一類應(yīng)用十分廣泛的可持續(xù)材料。
基于此，來(lái)自芬蘭國(guó)家技術(shù)研究中心的Pezhman Mohammadi以及南洋理工大學(xué)的Ying Yu、Ali Miserez團(tuán)隊(duì)共同
對(duì)基于蛋白質(zhì)的材料進(jìn)行了全面綜述。
作者從歷史的角度開(kāi)始這篇綜述，了解早期為獲得承載蛋白的主要序列所做的努力，然后是測(cè)序和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的最新發(fā)展，這些技術(shù)極大地加速了細(xì)胞外蛋白的測(cè)序。接下來(lái)，作者介紹了四大類蛋白質(zhì)材料，即纖維材料、具有高可逆變形能力的生物彈性體、硬塊狀材料和生物粘合劑。在每一節(jié)中都專注于一級(jí)和二級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)別的設(shè)計(jì)，并討論它們與機(jī)械響應(yīng)的相互作用（圖1）。
相關(guān)綜述論文以“Protein-Based Biological Materials: Molecular Design and Artificial Production”為題于2023年1月24日發(fā)表在《Chem. Rev.》上。
圖1 蛋白質(zhì)基生物材料的分子設(shè)計(jì)和人工生產(chǎn)
1. 細(xì)胞外蛋白質(zhì)的測(cè)序：歷史視角
在過(guò)去十年中，下一代測(cè)序(NGS)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)及其相關(guān)生物信息學(xué)軟件的快速發(fā)展大大緩解了這些限制，提供了一系列加速發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)大工具，尤其是在協(xié)同使用時(shí)。雖然這些先進(jìn)的方法占據(jù)了蛋白質(zhì)發(fā)現(xiàn)的中心舞臺(tái)，但仍然需要傳統(tǒng)的生化和分子生物學(xué)方法來(lái)識(shí)別調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)材料最終功能的重要分子特征，例如PTM或交聯(lián)化學(xué)。一旦獲得這些信息，再加上對(duì)序列-特性關(guān)系的深入了解，就可以將其轉(zhuǎn)化為通過(guò)DNA重組技術(shù)人工制造基于蛋白質(zhì)的材料。
展開(kāi) 大量可靠地模擬蛋白質(zhì)以從頭生成新酶和重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有酶的方法對(duì)于生物催化來(lái)說(shuō)是非常寶貴的。
5. 展望
展望未來(lái)，利用計(jì)算蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)、下一代測(cè)序和機(jī)器學(xué)習(xí)的蛋白質(zhì)工程新工具將加速我們?cè)O(shè)計(jì)具有新活性的酶的能力。定向進(jìn)化在本質(zhì)上是不可知的，它經(jīng)常通過(guò)遠(yuǎn)離活性部位的微妙的有益突變來(lái)改善酶的性能，這對(duì)化學(xué)家和蛋白質(zhì)工程師來(lái)說(shuō)是不直觀的。然而，這種變化的效果可以通過(guò)從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)算法來(lái)預(yù)測(cè)。機(jī)器學(xué)習(xí)工具已經(jīng)使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠以更大的可靠性從序列中預(yù)測(cè)出來(lái)；將工程序列與功能相關(guān)聯(lián)將是下一個(gè)重大挑戰(zhàn)。
總之，生物催化是合成化學(xué)家、蛋白質(zhì)工程師和大自然之間持續(xù)而富有成效的合作。科學(xué)家們目前還只觸及到酶所能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)轉(zhuǎn)化的表面，生物學(xué)帶來(lái)的無(wú)限驚喜、蛋白質(zhì)工程技術(shù)的日益強(qiáng)大和復(fù)雜以及持續(xù)的化學(xué)智慧將繼續(xù)推動(dòng)生物催化的創(chuàng)新。
參考文獻(xiàn)
Miller D C, Athavale S V, Arnold F H. Combining chemistry and protein engineering for new-to-nature biocatalysis[J]. Nature Synthesis, 2022, 1(1): 18-23.
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文章來(lái)源：博藥
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展開(kāi) 如今，研究人員發(fā)現(xiàn)，SRT中的一種蛋白質(zhì)可被轉(zhuǎn)變成纖維和薄膜，用于制造結(jié)實(shí)、靈活、可生物降解的塑料。相關(guān)成果日前發(fā)表于《化學(xué)前沿》雜志。
烏賊環(huán)齒含有一種有用蛋白質(zhì)。圖片來(lái)源：Mark Conlin / Alamy
普通烏賊只含有約100毫克SRT蛋白質(zhì)，但美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)的Melik Demirel及團(tuán)隊(duì)通過(guò)基因改造大腸桿菌生長(zhǎng)出SRT蛋白質(zhì)。這意味著更多蛋白質(zhì)可被生產(chǎn)出來(lái)。
普通的衣服纖維可被SRT蛋白質(zhì)包裹，以制造非常耐穿的織物。同時(shí)，如果受到損傷，僅靠一點(diǎn)點(diǎn)熱量和壓力，它們便可自我修復(fù)。
這種蛋白質(zhì)的有用性來(lái)自其不同尋常的分子結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的組成部分像油和水一樣相互作用，并在納米尺度上分離。
這產(chǎn)生了緊緊纏在一起的螺旋線、扁平的片材和無(wú)序的纏結(jié)。這些形狀反過(guò)來(lái)又賦予該材料宏觀層面上的屬性。
全文鏈接：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2019.00069/full
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 宗華
展開(kāi) 在生命科學(xué)的廣闊領(lǐng)域中，蛋白質(zhì)與小分子配體之間的相互作用扮演著至關(guān)重要的角色。這些相互作用不僅影響著生物體內(nèi)的各種生命活動(dòng)，如信號(hào)傳導(dǎo)、代謝調(diào)控和藥物作用等，同時(shí)也是藥物設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容。因此，深入理解并模擬這些相互作用過(guò)程，對(duì)于推動(dòng)生命科學(xué)研究和藥物研發(fā)具有重要意義。
本教程旨在為讀者提供一套完整的蛋白質(zhì)與小分子配體相互作用模擬的流程和方法。通過(guò)本教程的學(xué)習(xí)，您將能夠掌握從蛋白質(zhì)與小分子配體的結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備、相互作用模擬到結(jié)果分析的全流程，從而能夠自主進(jìn)行相關(guān)的模擬研究。
在本教程中，我們將首先介紹蛋白質(zhì)與小分子配體相互作用的基本原理和模擬的基本概念，為讀者奠定理論基礎(chǔ)。隨后，我們將詳細(xì)闡述模擬的具體步驟，包括結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備（如蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、小分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化等）、相互作用模擬（如分子對(duì)接、分子動(dòng)力學(xué)模擬等）以及結(jié)果分析（如相互作用能計(jì)算、軌跡分析等）。在每個(gè)步驟中，我們都會(huì)結(jié)合具體的案例和實(shí)例，詳細(xì)解釋操作步驟和注意事項(xiàng)，幫助讀者更好地理解和掌握。
具體流程：
一、預(yù)處理復(fù)合物
1. 蛋白質(zhì)及配體結(jié)構(gòu)獲取
在本教程中，我們將使用T4溶菌酶L99A/M102Q(PDB ID：3HTB)為例，從PDB蛋白數(shù)據(jù)庫(kù) (RCSB PDB)下載其晶體結(jié)構(gòu)，去掉晶體水，PO4和 BME。
蛋白及配體力場(chǎng)獲取
只有在力場(chǎng)的.rtp文件中存在構(gòu)建塊的條目時(shí)，拓?fù)洳拍茏詣?dòng)組裝。而JZ4配體在 GROMACS 提供的任何力場(chǎng)中都不是一個(gè)可識(shí)別的實(shí)體，因此我們將分兩步準(zhǔn)備系統(tǒng)拓?fù)洌?)用pdb2gmx準(zhǔn)備蛋白質(zhì)拓?fù)洌?)使用外部工具準(zhǔn)備配體拓?fù)洹?/span>
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蛋白質(zhì)的最新內(nèi)容
食品加工用過(guò)濾減壓閥怎么消毒？18小時(shí)前
化學(xué)浸泡消毒：將拆卸下來(lái)的濾芯及耐酸堿的閥體零部件，浸泡在專用的酸性洗液或酶溶液中，為了達(dá)到最佳清潔與殺菌效果，洗液的溫度建議保持在25-50℃，浸泡時(shí)長(zhǎng)控制在24小時(shí)左右，這不僅能殺滅細(xì)菌，還能有效分解濾芯深層的蛋白質(zhì)殘留。
毛細(xì)管電泳是一個(gè)在遺傳分析和蛋白質(zhì)表征中使用的技術(shù)。準(zhǔn)直激光束聚焦到一個(gè)玻璃毛細(xì)管柱上，其中物質(zhì)在一個(gè)電勢(shì)的作用下流動(dòng)。當(dāng)粒子通過(guò)受照射的區(qū)域，它們發(fā)出具有特征光譜的熒光。
研究發(fā)現(xiàn)，50歲左右，與身體衰弱相關(guān)的蛋白質(zhì)會(huì)出現(xiàn)第一個(gè)變化高峰，核心問(wèn)題是代謝下滑。這也是為什么很多人一到50歲就容易發(fā)福、血糖血脂升高，看似不起眼的小問(wèn)題，實(shí)則是為后續(xù)的糖尿病、高血脂等代謝類疾病埋下隱患。
換句話說(shuō)，抗衰老要找對(duì)抗衰重點(diǎn)，這樣才能少走彎路、衰老得慢一點(diǎn)。
50歲時(shí)，代謝相關(guān)蛋白的變化最明顯，血糖、血脂更容易失控，脂肪肝等代謝問(wèn)題逐漸出現(xiàn)。
1-1 概述
2-1-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能組成
2-2-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能肽鍵和相互作用
2-3-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能α螺旋和β片
2-4-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能肽鍵和Ramachandran圖
2-5-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能結(jié)合能
2-6-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能蛋白質(zhì)如何折疊
2-7-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)水平
2-8-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能功能水平
建立細(xì)胞系
GSK DSD團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了許多重要職責(zé)，其中之一是建立能產(chǎn)生/表達(dá)目標(biāo)生物制劑的商用克隆細(xì)胞系，這一過(guò)程涉及對(duì)細(xì)胞進(jìn)行基因工程改造，以產(chǎn)生所需的特定蛋白質(zhì)。科學(xué)家將對(duì)所需蛋白質(zhì)進(jìn)行編碼的基因轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中，從而獲得能夠表達(dá)所需蛋白質(zhì)的克隆前細(xì)胞系池。
FRED應(yīng)用：毛細(xì)管電泳系統(tǒng)11個(gè)月前
激光誘導(dǎo)熒光-毛細(xì)管電泳
毛細(xì)管電泳是一個(gè)在遺傳分析和蛋白質(zhì)表征中使用的技術(shù)。準(zhǔn)直激光束聚焦到一個(gè)玻璃毛細(xì)管柱上，其中物質(zhì)在一個(gè)電勢(shì)的作用下流動(dòng)。當(dāng)粒子通過(guò)受照射的區(qū)域，它們發(fā)出具有特征光譜的熒光。
在圖1中，代表一個(gè)紫外激光束的準(zhǔn)直光線集通過(guò)物鏡聚焦到一個(gè)充滿液體的玻璃毛細(xì)管中。通過(guò)反射沒(méi)被使用的光重新回到毛細(xì)管中，右上角的反射鏡擴(kuò)大了受照明的體積。較大的照明體積增大了熒光信號(hào)。
就像AlphaFold預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)那樣，預(yù)見(jiàn)尚未被明確定義的機(jī)械行為范式。
，低估了極性相互作用
Wu
2種（極性和色散） 典型是水和二碘甲烷
聚合物、有機(jī)溶液、有機(jī)顏料
用調(diào)和平均數(shù)處理分子間的相互作用
Acid-base
3種（2極性、2色散）水、甘油、二碘甲烷
生物系統(tǒng)、生物聚合物、蛋白質(zhì)
最初，AMBER力場(chǎng)主要用于計(jì)算蛋白質(zhì)和核酸體系，其力場(chǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)自實(shí)驗(yàn)值。隨著應(yīng)用的擴(kuò)展，Kollman及其團(tuán)隊(duì)不斷豐富AMBER力場(chǎng)的內(nèi)容，逐步發(fā)展成一個(gè)適用于生物大分子、有機(jī)小分子以及高分子模擬的全面力場(chǎng)體系。
激光誘導(dǎo)熒光-毛細(xì)管電泳
毛細(xì)管電泳是一個(gè)在遺傳分析和蛋白質(zhì)表征中使用的技術(shù)。準(zhǔn)直激光束聚焦到一個(gè)玻璃毛細(xì)管柱上，其中物質(zhì)在一個(gè)電勢(shì)的作用下流動(dòng)。當(dāng)粒子通過(guò)受照射的區(qū)域，它們發(fā)出具有特征光譜的熒光。
在圖1中，代表一個(gè)紫外激光束的準(zhǔn)直光線集通過(guò)物鏡聚焦到一個(gè)充滿液體的玻璃毛細(xì)管中。通過(guò)反射沒(méi)被使用的光重新回到毛細(xì)管中，右上角的反射鏡擴(kuò)大了受照明的體積。
