Design Protein

Entwurfsprotein

Leben basiert heute auf der chemischen Aktivität von Proteinen. Proteindesign ist die gezielte Veränderung. Aktuelle Fortschritte im Computational Protein Design erlauben das de novo Design von Proteinen mit neuartigen Eigenschaften. Ziel des Proteindesigns ist es, neue Proteinsequenzen mit gewünschter Struktur und biologischer Funktion zu identifizieren. im Folgekapitel diskutierten Proteine, die andere.

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Protein-Design, gleichbedeutend mit Protein-Optimierung oder rationalem Protein-Design, bezieht sich auf die zielgerichtete Adaption der Proteineigenschaften durch standortspezifische Genmutagenese der DNA. Neben der zufälligen Entwicklung ist es eine der beiden Methoden des Protein-Engineering. Durch die zielgerichtete Modifikation von rekombinanten Eiweißen kann es zu Funktionsverlust oder -gewinn kommen. Zusätzlich zu den zielgerichteten Änderungen im Protein werden in der Regel DNA-Segmente außerhalb der Protein-kodierenden Sequenzen im Rahmen eines Vektor-Designs umgeschaltet.

2] Neben Codons können auch andere RNA-Sequenzen die Proteinmenge beeinflussen und werden in die Codon-Optimierung miteinbezogen. 3 ]Posttranslational änderbare Carbonsäuren, wie sie in der Glykosylierung, Phosphorylierung, Methylierung, Acetylierung, Sulfatierung, Myrisylierung, Palmitylierung, Farnesylierung, GPI-Anker und Geranylger-Arylierungsstellen vorzufinden sind, können durch spezifische Punktemutationen in die DNA eingebracht oder aus dem Protein herausgelöst werden.

Konkurrierende Hemmstoffe können durch Änderung eines Katalysezentrums, einer Substratbindestelle oder einer Bindestelle für andere Molekülen (z.B. in Cofaktoren, vorübergehenden Protein-Protein-Wechselwirkungen oder Proteinkomplexen) entstehen, die für die Aktivität notwendig sind. Durch die Änderung von Peptidase-Schnittstellen, PEST-Sequenzen und bestimmten N-terminalen Fettsäuren aus der N-End-Regel kann die Lebensdauer eines Eiweißes erhöht werden.

Durch Einfügen von DNA-Sequenzen (aus einem Vielfachen von drei Nukleotiden) können einem Protein neue Protein-Domänen und zugehörige Funktionalitäten in Übereinstimmung mit dem Lesegitter beigefügt werden. Vereinzelt werden nach dem Startcodon oder vor dem Stoppcodon des Genes, den so genannten Protein-Tags, zur Reinigung und zum Detektion kleine, dem Lesegitter entsprechende DNA-Sequenzen eingelesen.

links, zwischen zwei Protein-Domänen eines Fusionsproteins), sowie Proteinen oder Protease Erkennungssequenzen, die eine Spaltung eines Anteils des Eiweißes in-vitro bzw. in-vivo erlauben. Vereinzelt können auch andere Eiweißeigenschaften zum Tragen kommen, z.B. bei der Beseitigung von regulatorischen Domains. Mit der Hinzufügung oder Beseitigung einer transmembranen Domäne können die löslichen und die membranständigen Eiweiße miteinander verbunden werden.

Der Zelleintrag eines Eiweißes kann gesteigert werden, wenn kodierende Sequenz für zelldurchdringende Peptide eingefügt werden. Diverse kleine Eiweiße (meist weniger als 200 Aminosäuren) werden als Stabilisierungsgerüst eingesetzt, z.B. Affibodies, affimers, Becher, ankyrin repeat protein (DARPins), repebodies, anticalins, fibronectins und Kunitz protein domains. Eiweiße können durch Quervernetzung, z.B. bei der Immobilisation, fixiert werden.

So können beispielsweise zwei Eiweiße in vivo über Vernetzer miteinander verbunden werden. Beim Markieren können unterschiedliche Signalkörper an ein Protein gebunden werden. Allerdings sind wahrscheinlich nicht alle Eiweißstrukturen durch Protein-Design verfügbar, da sich einige Konfiguration und Konformation aus hygienischen Gesichtspunkten nicht bilden können. Durch IPRO werden die Eiweiße modifiziert, um die Bindung zu einem Trägermaterial oder Cofaktor zu erhöhen.

13] Dies geschieht durch mehrere willkürliche Änderungen im Proteinrückgrat an bestimmten Stellen, um die energetisch niedrigste Kombination von Rotameren zu identifizieren und die Anordnung mit der geringsten Leistung bei einer zielgerichteten Änderung zu bestimmen. EGAD: Ein genetischer Algorithmus für das Konzept von Proteinen. 14] Ein freies Software-Paket für Protein-Design und zur Vorhersage der Auswirkungen von Protein-Faltung und -Verwandtschaft.

Scharfzeichnen ist eine Open-Source-Bibliothek für Protein-Design und Struktur-Vorhersage. 19 ] SCHARPEN stellt verschiedene Methoden der kombinatorischen Optimierung zur Verfügung (z. B. Mont-Carlo, Simulated Annealing, FASTER[20]) und wertet die Eiweiße mit dem ''Rosetta Allatomkraftfeld' oder den ''Molekularmechanischen Kraftfeldern'' (OPLSaa) aus. Programm zur Erstellung von Modellen, Design, Validation und Darstellung von Eiweiß.

CheckShift ist eine Anwendung zur Überprüfung von Eiweißstrukturen. Spektrum Akademie Publisher, Heidelberg 1998 ISBN 978-3-8274-0041-3 Hubert Rehm, Thomas Letzel: The Experimenter: Protein Biochemistry / Proteomics. Ausgabe, Spektrum Akademie der Wissenschaften, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-8274-2312-2, E. Buxbaum: Grundlagen der Proteinstruktur und -funktion, Springer, New York 2007, ISBN 978-0-387-26352-6.

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Stellungnahme in der chemischen Biologie. Protéines, zirkulär vertauschte grün fluoreszierende Proteine, die für den Nachweis von Ca2+ entwickelt wurden. Proteindesign eines HIV-1-Eintrittshemmers. Konzeption einer neuen Falte kugelförmiger Proteine mit atomarer Präzision. Konzeption von Rezeptor- und Sensorproteinen mit neuen Funktionen. Konzeption von Xylose-Reduktase zur Modifikation der Spezifität von Kofaktoren.

Proteinwissenschaft. ? EGAD Benutzerhandbuch ! ein genetischer Algorithmus für das Proteindesign ! RossettaDesign-Server für Protein-Design. Ein groß angelegter Test des rechnergestützten Proteindesigns : Pliage und Stabilität von neun völlig neu gestalteten kugelförmigen Proteinen. Zeitschrift für Molekularbiologie. Analyse der extremen Stabilisierung der menschlichen Procarboxypeptidase durch computergestütztes Proteindesign.

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