Aplicaciones prácticas de la ingeniería de proteínas.
La glucosa isomerasa (GI) se utiliza ampliamente en la industria. Para mejorar su estabilidad térmica, Zhu et al. determinaron la glicina en la posición 138 (Gly138) como el aminoácido objetivo y utilizaron un método de doble cebador para realizar una mutación dirigida al sitio in vitro del gen GI, reemplazando Gly138 con prolina. (Pro138), incluida la recombinación del mutante. La temperatura de reacción óptima aumentó en 65438±00 ~ 65438±02℃; la enzima tuvo la misma actividad específica. Según el análisis, la sustitución de Gly138 por Pro puede deberse a la introducción de un anillo de pirrol, que puede llenar la cavidad cerca de Gly138, haciendo que la estructura espacial de la proteína sea más rígida, mejorando así la estabilidad térmica de la enzima. Las inmunoglobulinas tienen forma de Y y constan de dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras unidas por enlaces disulfuro. Cada cadena se puede dividir en una región variable (terminal N) y una región constante (terminal C). El sitio de adsorción del antígeno está en la región variable y el sitio de adsorción de citotoxinas u otros factores funcionales está en la región constante. Cada región variable tiene tres partes de secuencias de aminoácidos altamente variables. La estructura tridimensional es la estructura suelta del extremo β (CDR), que es el sitio de unión del antígeno, y el resto es la estructura de soporte del antígeno. CDR. Las estructuras de las CDR se conservan en todas las especies, por lo que los anticuerpos se pueden modificar mediante ingeniería de proteínas.
Los anticuerpos monoclonales de ratón son rechazados por el sistema inmunológico humano y sus posibles efectos terapéuticos quedan desaprovechados. Los anticuerpos quiméricos se elaboran reemplazando la región constante de un anticuerpo monoclonal de ratón con la región constante de un anticuerpo humano, por lo que su inmunogenicidad se reduce significativamente. Por ejemplo, el anticuerpo monoclonal MAB 17-1A se utiliza para tratar el cáncer colorrectal. Aunque los anticuerpos quiméricos todavía tienen problemas de inmunogenicidad, varios anticuerpos quiméricos han pasado ensayos clínicos. El llamado anticuerpo humanizado consiste en injertar la región de adsorción del antígeno en el anticuerpo humano para minimizar la cadena peptídica extraña en el anticuerpo y minimizar la inmunogenicidad. Sin embargo, sólo cuando las CDR se transfieren a anticuerpos humanos, la cantidad de antígeno adsorbido es muy pequeña y se necesitan varios residuos de aminoácidos estructurales para mantener la capacidad de adsorción original. Por tanto, la inmunogenicidad y la adsorción de antígenos son contradictorias. Mediante el reemplazo de aminoácidos uno por uno o el análisis de simulación por computadora, la inmunogenicidad se puede reducir tanto como sea posible manteniendo la capacidad de adsorción original. Campath-1H es el primer anticuerpo popular utilizado clínicamente para tratar la enfermedad linfogranulomatosa y la artritis reumatoide. La eficacia es obvia, pero más de la mitad de los pacientes todavía tienen respuestas inmunes. Sin embargo, la respuesta inmune a otros anticuerpos comúnmente utilizados, como el anticuerpo anti-CD33 utilizado para tratar la leucemia mieloide, fue insignificante. Actualmente los proyectos de proteínas son proyectos moleculares que se están desarrollando mejor y más rápido. Esto se debe a que, después del diseño de las moléculas de proteínas, se puede aplicar ingeniería genética eficiente a la síntesis de proteínas. La primera ingeniería de proteínas fue la modificación molecular de la tiral-T-ARN sintetasa realizada por Forsht durante 1982-1985. Determinó la estructura del sitio de unión entre la enzima y el sustrato basándose en XRD (difracción de rayos X), cambió los residuos de aminoácidos unidos al sustrato mediante tecnología de mutación dirigida al sitio y midió la actividad de la enzima mutante resultante mediante métodos cinéticos y llevó a cabo discusiones en profundidad sobre el mecanismo de interacción entre enzima y sustrato. Perry cambió Ile(3) en la lisozima a Cys(3) en 1984, y la oxidó aún más para formar un enlace disulfuro Cys(3)-Cys(97), que mejoró la estabilidad térmica de la enzima y mejoró significativamente la eficiencia de la enzima. Valor de aplicación de la enzima a la industria alimentaria. En 1987, Forsht cambió Asp(99) y Glu(156) en la superficie de la molécula de subtilisina a Lys, lo que resultó en una disminución en el protón pKa de His(64) de 7 a 6, y la actividad enzimática aumentó 10 veces en pH=6. El cambio en el valor de pH óptimo de las enzimas industriales demuestra que puede aportar enormes beneficios económicos. La ingeniería de proteínas también puede alterar la actividad catalítica de las enzimas, la especificidad del sustrato, las propiedades antioxidantes, la desnaturalización térmica y la desnaturalización alcalina. Esto muestra el poderoso y brillante futuro de la ingeniería de proteínas. El ejemplo anterior es un enfoque de ingeniería de proteínas mediante sustitución y eliminación de residuos de aminoácidos clave. El otro es el típico enfoque de "diseño desde cero". DuPont anunció en 1988 que había diseñado y sintetizado con éxito 73 residuos de aminoácidos compuestos por cuatro hélices α antiparalelas. Esto demuestra que, de acuerdo con las necesidades esperadas de las personas, el objetivo de plegarse en nuevas proteínas mediante un diseño de novo está a la vista y al alcance de la mano. Los métodos modelo para predecir estructuras han desempeñado un papel importante a la hora de sentar las bases de la biología molecular.
Cada vez está más claro que la estructura primaria de las proteínas contiene información sobre estructuras de orden superior. La predicción de estructuras de alto nivel mediante ingeniería molecular se ha convertido en un problema convincente junto con los enfoques de modelización.
El Proyecto Proteína reúne los últimos resultados de algunas de las áreas de vanguardia de la biología molecular contemporánea y otras disciplinas. Combina ácidos nucleicos y proteínas, y combina la estructura espacial y las funciones biológicas de las proteínas. El Proyecto Proteínas ha impulsado la investigación de proteínas y enzimas hacia una nueva era, abriendo perspectivas atractivas para sus aplicaciones en la industria, la agricultura y la medicina. El Proyecto Proteína marcó el comienzo de una nueva era de ingeniería y creación de proteínas para las necesidades humanas de acuerdo con los deseos humanos. El Proyecto Proteína reúne los últimos resultados de algunas de las áreas de vanguardia de la biología molecular contemporánea y otras disciplinas. Combina ácidos nucleicos con proteínas y estudia la estructura espacial y las funciones biológicas de las proteínas. El Proyecto Proteínas ha llevado la investigación sobre proteínas y enzimas a una nueva etapa, abriendo perspectivas atractivas para sus aplicaciones en la industria, la agricultura y la medicina. El Proyecto Proteína marcó el comienzo de una nueva era de ingeniería y creación de proteínas para las necesidades humanas de acuerdo con los deseos humanos. Los avances en el proyecto de proteínas presentan perspectivas tentadoras. Por ejemplo, los científicos han convertido la insulina en un fármaco de acción rápida. Hoy en día, los científicos biológicos y de materiales están explorando activamente la aplicación de la ingeniería de proteínas en la microelectrónica. Los componentes electrónicos fabricados mediante métodos de ingeniería de proteínas tienen las características de tamaño pequeño, bajo consumo de energía y alta eficiencia, por lo que tienen perspectivas de desarrollo muy amplias.