一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法技术

本发明专利技术提供了一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，本发明专利技术方法先通过生物信息学和分子动力学模拟计算，寻找在蛋白质分子氨基酸序列中对热稳定性贡献最大的氨基酸残基位点。据此设计出对该残基位点进行除该残基本身以外的19种必须氨基酸残基替换的突变体，并通过分子动力学计算，预测出蛋白质分子的突变体相对于野生型的热稳定性的高低。本发明专利技术的基于理性设计的技术流程对蛋白质分子热稳定性的改造可以有效的改造蛋白质分子的热稳定性，从而获得所需要的蛋白质分子。本发明专利技术方法简单可行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物工程
，涉及。
技术介绍
蛋白质分子是由20种氨基酸组成的多聚体，蛋白质分子的功能与其空间三维结构密切相关，三维结构的些许改变，就会影响到蛋白质的功能。因此，只要能有目的性地改变蛋白质的空间三维结构，就有可能改变某一特定蛋白质的功能，使其向着有利于人类使用的方向发生进化。蛋白质的空间三维结构，与其一级结构的氨基酸组成密切相关，20种氨基酸的排列组合，最终决定了蛋白质的三维结构。因此，只要改变一级结构中的部分氨基酸，就有可能改变蛋白质的三维结构。众所周知，蛋白质序列是由mRNA上的三联密码子翻译生成的，而mRNA是由编码DNA (CDS)转录而成。目前，64个密码子均已被破译，因此，只要改变编码DNA的序列，就可以定向改变蛋白质的氨基酸组成。所谓基于“理性设计”的定向进化技术，即研究者根据一定的实验目的，例如提高蛋白质的耐热性、提高耐酸性等等，有目的的改造蛋白质的编码序列，使其符合需求。此类研究，其难点就在于如何找出有效的改造点，以及如何改造。要回答上述问题，必须很明确地了解有待进化的某一特定蛋白质的结构与功能的关系。蛋白质的结构，一般可以通过X-ray或者N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：野生型蛋白质分子的三维结构的获得、B?value值的计算、蛋白质突变体分子的三维结构建模、利用分子动力学模拟的方法理性设计改造蛋白质分子的热稳定性的策略、确定所需的突变类型、进行蛋白质分子的热稳定性改造；所述野生型蛋白质分子是指作为起点出发的待改造的蛋白质分子，是自然界已有的蛋白质分子或是已经经过人工改造的蛋白质分子。

【技术特征摘要】
1.一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:野生型蛋白质分子的三维结构的获得、B value值的计算、蛋白质突变体分子的三维结构建模、利用分子动力学模拟的方法理性设计改造蛋白质分子的热稳定性的策略、确定所需的突变类型、进行蛋白质分子的热稳定性改造；所述野生型蛋白质分子是指作为起点出发的待改造的蛋白质分子，是自然界已有的蛋白质分子或是已经经过人工改造的蛋白质分子。2.根据权利要求1所述的一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于: 所述野生型蛋白质分子的三维结构的获得是通过蛋白质三维结构建模方法模拟获得或是通过实验测定方法获得。3.根据权利要求2所述的一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于:所述蛋白质三维结构建模方法为同源建模法或重头计算法或其它任何蛋白质分子三维结构建模方法；所述B value值的计算是通过软件计算或人工笔算的方法；所述软件是指任何能计算B value值的软件。4.根据权利要求1所述的一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于:所述方法包括以下具体步骤: a、野生型蛋白质分子的三维结构的获得:采用蛋白质三维结构建模方法模拟获得蛋白质分子的三维结构或是通过实验测定方法获得蛋白质分子的三维结构，即为野生型蛋白质的三维结构； b、Bvalue值的计算:使用能计算B value值的软件,计算步骤a中获得的野生型的蛋白质分子三维结构中各个氨基酸残基的B value值；选取B value值从大到小位于前五位的任一氨基酸残基位点作为突变位点； C、突变体三维结构建模:用除该突变位点本身的氨基酸残基以外的19种必须氨基酸残基替换该突变位点的氨基酸残基，得到19种突变体的蛋白质分子序列，对19种突变体蛋白质分子序列进行蛋白质三维结构建模，获得19种突变体的蛋白质分子的三维结构； d、利用分子动力学模拟的方法理性设计改造蛋白质分子的热稳定性的策略:上述步骤得到I种野生型和19种突变体的蛋白质三维结构共20种，使用分子动力学模拟程序包对这20种三维结构分别进行分子动力学加热过程或冷却过程模拟，计算模拟结束后产生的结构的RMSD值相对于起始晶体结构的RMSD值的变化值；所述RMSD值是指模拟过程中产生的结构相对于晶体结构随时间变化的均方根偏差； e、确定所需的突变类型:根据步骤d中所述的RMSD变化值，选取所需要的突变类型；如果需要热稳定性提高的蛋白质分子，选取RMSD变化值比野生型小的突变型；如果需要热稳定性降低的蛋白质分子，则选取RMSD变化值比野生型大的突变型； f、进行蛋白质分子的热稳定性改造:对需要热稳定性改造的蛋白质分子，分别构建野生型和所需的突变型的表达载体，并使用相应的蛋白质表达系统进行蛋白的表达，之后使用抗体吸附法获得相同摩尔量的目标蛋白分子，再进行热稳定性的测定，最终获得热稳定性提高或降低的蛋白分子。5.根据权利要求4所述的一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于:所述步骤d中进行分子动力学加热模拟:模拟过程中需要设置一个温度跃迁的过程，包括升温过程或者降温过程；分子模拟体系中的蛋白质分子需要添加溶液环境，如水环境。6.根据权利要求1所述的一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于:所述方法包括以下具体步骤: a、野生型蛋白质分子的三维结构的获得:采用同源建模技术模拟蛋白质分子的三维结构；所述同源建模工作使用UCSF的Modweb服务器进行,选择Best scoring model和Longest well scoring model,程序自动搜索PDB数据库中合适的模型作为同源建模的模板并给出目标蛋白的模拟结构，即为野生型的蛋白质分子的三维结构； b、Bvalue 值的计算:使用 CASTER and B-FITTER evolution-tools 软件，计算野生型的蛋白质分子三维结构中各个氨基酸残基的B value值；选取B value值从大到小位于前五位的任一氨基酸残基位点作为突变位点； C、突变体三维结构建模:用除该突变位点本身的氨基酸残基以外的19种必须氨基酸残基替换该突变位点的氨基酸残基，得到19种突变体的蛋白质分子序列，对19种突变体蛋白质分子序列进行同源建模，获得19种突变体的蛋白质分子的三维结构；同源建模方法同步骤a ； d、利用分子动力学模拟的方法理性设计改造蛋白质分子的热稳定性的策略:上述步骤得到I种野生型和19种突变体的蛋白质三维结构共20种，使用分子动力学模拟程序包对这20种三维结构分别进行分子动力学加热模拟，计算模拟结束后产生的各自结构的RMSD值相对于各自起始晶体结构的RMSD值的变化值，所述RMSD值是指模拟过程中产生的结构相对于晶体结构随时间变化的均方根偏差；所述分子动力学加热模拟采用Amber程序包，模拟结果的分析采用VMD程序包； e、确定所需的突变类型:根据步骤d中的RMSD变化值，选取所需要的突变类型；对于需要热稳定性提高的蛋白，选取RMSD变化值比野生型小的突变型；对于需要热稳定性降低的蛋白则选取RMSD变化值比野生型大的突变型； f、进行蛋白质分子的热稳定性改造:对需要热稳定性改造的蛋白分子，分别构建野生型和所需的突变型的表达载体，并使用相应的蛋白质表达系统进行蛋白的表达，之后使用抗体吸附法获得相同摩尔量的目标蛋白分子，再进行热稳定性的测定，最终获得热稳定性提高或降低的蛋白分子。7.根据权利要求1所述的一种基于理性设计的蛋白质分子热稳定性改造方法，其特征在于:所述方法包括以下具...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峻，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：