活性蛋白解決法，讓你的蛋白“活動(dòng)”起來

信息來源：金開瑞作者：genecreate 發(fā)布時(shí)間：2017-08-18 11:51:24

從蛋白質(zhì)最早被人們從面粉中發(fā)現(xiàn)開始，人們就在不斷探索關(guān)于蛋白質(zhì)的一切：

自然界的蛋白多種多樣，其中具有生理功能的那些蛋白被廣泛研究以應(yīng)用于疾病診斷、醫(yī)藥開發(fā)等多種領(lǐng)域。這些蛋白具有獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)，使得其能參與到生命活動(dòng)的各個(gè)方面，發(fā)揮不同的生理作用。但是，由于這類蛋白在機(jī)體內(nèi)的含量通常情況下較少并且難以純化，所以很難獲得大量的天然純蛋白以供研究。隨著分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)科學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，我們能輕松獲得大量的純蛋白，但是獲得大量的、有生物活性的純蛋白仍然較難，一方面是受限于表達(dá)宿主的種屬限制，另一方面是考慮到成本。

什么樣的蛋白才具有生物活性？其前提條件是蛋白的某個(gè)或多個(gè)功能結(jié)構(gòu)域具有正確的空間結(jié)構(gòu)及正確的修飾。天然蛋白本身就有此性質(zhì)，外源表達(dá)的蛋白可能就沒這么幸運(yùn)了。他們?cè)诹硗庖粋€(gè)宿主里合成，我們并不清楚地知道它最終會(huì)變成什么樣子。隨著生物信息學(xué)的發(fā)展，預(yù)測(cè)一個(gè)蛋白的高級(jí)結(jié)構(gòu)及修飾細(xì)節(jié)是可以實(shí)現(xiàn)的，以此作為參考依據(jù)選擇合適的表達(dá)宿主可以大大提高表達(dá)蛋白的活性并盡可能降低成本。

對(duì)蛋白的生物信息學(xué)預(yù)測(cè)是基于大量的蛋白一級(jí)序列與修飾、功能、空間結(jié)構(gòu)在統(tǒng)計(jì)學(xué)上對(duì)應(yīng)關(guān)系形成的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)蛋白的各種性質(zhì)的預(yù)測(cè)也多是采用分析蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)（蛋白序列）的方法進(jìn)行的。例如根據(jù)蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)加上算法來預(yù)測(cè)其修飾位點(diǎn)及類型、二級(jí)結(jié)構(gòu)甚至三級(jí)結(jié)構(gòu)與四級(jí)結(jié)構(gòu)。目前發(fā)現(xiàn)的300多種蛋白翻譯后修飾類型中，主要有磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化、羧基化、核糖基化及二硫鍵配對(duì)等，這些修飾對(duì)蛋白的空間結(jié)構(gòu)、功能有無、活性強(qiáng)弱等都可能存在影響，預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)選擇蛋白表達(dá)系統(tǒng)具有一定的參考價(jià)值。比如無二硫鍵或二硫鍵很少、功能結(jié)構(gòu)域內(nèi)基本上沒有翻譯后修飾的蛋白可以考慮使用大腸表達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行表達(dá)。

蛋白的結(jié)構(gòu)

蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)：即蛋白的氨基酸序列，蛋白的多種修飾也是發(fā)生在蛋白形成一級(jí)結(jié)構(gòu)之后，即翻譯后修飾。表達(dá)宿主對(duì)外源表達(dá)蛋白的折疊、修飾特點(diǎn)也影響著表達(dá)蛋白的活性，見表：

蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈主鏈的鏈內(nèi)或鏈間通過氫鍵作用形成的規(guī)律性的空間排列結(jié)構(gòu)，如α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角及無規(guī)則卷曲。

UDP-糖基轉(zhuǎn)移酶的α-螺旋（紅色）、β-折疊（黃色）及無規(guī)則卷曲（綠色）

蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)：一條多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或者超二級(jí)結(jié)構(gòu)甚至結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤繞、折疊，依靠次級(jí)鍵的維系固定所形成的特定空間結(jié)構(gòu)。蛋白在結(jié)構(gòu)域及三級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上才具有了蛋白的功能，即蛋白活性。

蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)：具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價(jià)鍵相互連接而成的聚合體結(jié)構(gòu)。這里具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為亞基，是具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白行駛功能的必須單位。

血紅蛋白的四個(gè)亞基

推薦的表達(dá)系統(tǒng)

蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是由蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)逐步折疊及修飾形成的。在表達(dá)外源活性蛋白時(shí)，僅僅保證序列的準(zhǔn)確性是不夠的，對(duì)蛋白的高級(jí)結(jié)構(gòu)形成也在考量范圍之內(nèi)，只有具有正確的功能結(jié)構(gòu)域及恰當(dāng)?shù)男揎棧磉_(dá)的外源蛋白才具有活性。當(dāng)然不排除一些簡(jiǎn)單蛋白可以在體外環(huán)境下自發(fā)折疊形成具有功能的蛋白。

生物體內(nèi)具有活性的蛋白種類繁多，每個(gè)蛋白的外源表達(dá)如果選擇適當(dāng)?shù)谋磉_(dá)宿主，可以求得蛋白活性與制備成本的雙贏，根據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)輔以理論預(yù)測(cè)結(jié)果，我們按照種屬、修飾特點(diǎn)及定位大致將蛋白分為以下幾類：