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活性蛋白解决法，让你的蛋白“活动”起来
文章来源：原创
作者：genecreate
发布时间：2017-08-18 11:51
从蛋白质最早被人们从面粉中发现开始，人们就在不断探索关于蛋白质的一切：
自然界的蛋白多种多样，其中具有生理功能的那些蛋白被广泛研究以应用于疾病诊断、医药开发等多种领域。这些蛋白具有独特的空间结构，使得其能参与到生命活动的各个方面，发挥不同的生理作用。但是，由于这类蛋白在机体内的含量通常情况下较少并且难以纯化，所以很难获得大量的天然纯蛋白以供研究。随着分子生物学、蛋白质科学等领域的发展，我们能轻松获得大量的纯蛋白，但是获得大量的、有生物活性的纯蛋白仍然较难，一方面是受限于表达宿主的种属限制，另一方面是考虑到成本。
什么样的蛋白才具有生物活性？其前提条件是蛋白的某个或多个功能结构域具有正确的空间结构及正确的修饰。天然蛋白本身就有此性质，外源表达的蛋白可能就没这么幸运了。他们在另外一个宿主里合成，我们并不清楚地知道它最终会变成什么样子。随着生物信息学的发展，预测一个蛋白的高级结构及修饰细节是可以实现的，以此作为参考依据选择合适的表达宿主可以大大提高表达蛋白的活性并尽可能降低成本。
对蛋白的生物信息学预测是基于大量的蛋白一级序列与修饰、功能、空间结构在统计学上对应关系形成的数据库，对蛋白的各种性质的预测也多是采用分析蛋白一级结构（蛋白序列）的方法进行的。例如根据蛋白一级结构加上算法来预测其修饰位点及类型、二级结构甚至三级结构与四级结构。目前发现的300多种蛋白翻译后修饰类型中，主要有磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化、羧基化、核糖基化及二硫键配对等，这些修饰对蛋白的空间结构、功能有无、活性强弱等都可能存在影响，预测结果对选择蛋白表达系统具有一定的参考价值。比如无二硫键或二硫键很少、功能结构域内基本上没有翻译后修饰的蛋白可以考虑使用大肠表达系统进行表达。
蛋白的结构
蛋白的一级结构：即蛋白的氨基酸序列，蛋白的多种修饰也是发生在蛋白形成一级结构之后，即翻译后修饰。表达宿主对外源表达蛋白的折叠、修饰特点也影响着表达蛋白的活性，见表：
蛋白的二级结构：多肽链主链的链内或链间通过氢键作用形成的规律性的空间排列结构，如α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规则卷曲。
UDP-糖基转移酶的α-螺旋（红色）、β-折叠（黄色）及无规则卷曲（绿色）
蛋白的三级结构：一条多肽链在二级结构或者超二级结构甚至结构域的基础上，进一步盘绕、折叠，依靠次级键的维系固定所形成的特定空间结构。蛋白在结构域及三级结构的基础上才具有了蛋白的功能，即蛋白活性。
蛋白的四级结构：具有独立三级结构的多肽链通过非共价键相互连接而成的聚合体结构。这里具有独立三级结构的多肽链称为亚基，是具有四级结构的蛋白行驶功能的必须单位。
血红蛋白的四个亚基
推荐的表达系统
蛋白质的高级结构是由蛋白一级结构逐步折叠及修饰形成的。在表达外源活性蛋白时，仅仅保证序列的准确性是不够的，对蛋白的高级结构形成也在考量范围之内，只有具有正确的功能结构域及恰当的修饰，表达的外源蛋白才具有活性。当然不排除一些简单蛋白可以在体外环境下自发折叠形成具有功能的蛋白。
生物体内具有活性的蛋白种类繁多，每个蛋白的外源表达如果选择适当的表达宿主，可以求得蛋白活性与制备成本的双赢，根据多年经验辅以理论预测结果，我们按照种属、修饰特点及定位大致将蛋白分为以下几类：
对于不同的应用，我们也推荐不同的表达系统以作参考：
虽然选择对应的表达系统不一定能保证得到活性蛋白，但是可以大大增加成功的概率。在实际研究中，针对某个蛋白，根据其亲疏水性、修饰特点、亚细胞定位等具体信息选择最适合的表达宿主。
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