蛋白质相互作用_界面分析_结合自由能计算与相互作用设计

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1、物理化学学报(WuliHuaxueXuebao)1988ActaPhys.-Chim.Sin.,2010,26(7)：1988-1997July[Review]www.whxb.pku.edu.cn蛋白质相互作用:界面分析,结合自由能计算与相互作用设计*白红军来鲁华(北京大学化学与分子工程学院,分子动态与稳态结构国家重点实验室,北京分子科学国家实验室,北京100871;北京大学理论生物学中心,北京100871)摘要：蛋白质相互作用在生命活动中起着重要作用.研究蛋白质间相互作用的本质有助于了解生命活动中这些基本单元的作用.本文主要综述

2、了近期蛋白质相互作用研究的进展,包括蛋白质相互作用界面的基本性质,蛋白质结合自由能的计算方法,不同相互作用在蛋白质结合/解离中的角色和差异,以及上述知识在蛋白质相互作用设计中的应用.蛋白质相互作用界面的特性,例如界面大小、保守性以及结构的动态性质,使得具有生物功能的蛋白质相互作用界面区别于非特异性的晶体堆积界面.生物功能界面的一个重要结构特征是界面上存在着关键残基以及相对独立的相互作用模块.利用多种方法,如MM-PBSA、统计平均势以及不同的相互作用自由能模型,可以在不同的精度上计算蛋白质相互作用自由能.利用蛋白质相互作用界面的特点

3、,从不同的角度进行蛋白质相互作用对的设计与改造,近年来已经有了不少成功的例子,但还存在着很大的挑战.我们认为在今后的蛋白质相互作用设计中,考虑各种因素对蛋白质结合与解离的动力学过程的影响将有助于提高人类控制蛋白质相互作用的能力.关键词：蛋白质相互作用;界面性质;界面结构特征;结合自由能计算;蛋白质相互作用设计;蛋白质结合/解离中图分类号：O641Protein-ProteinInteractions:InterfaceAnalysis,BindingFreeEnergyCalculationandInteractionDesign*

4、BAIHong-JunLAILu-Hua(BeijingNationalLaboratoryforMolecularSciences,StateKeyLaboratoryofStructuralChemistryforStableandUnstableSpecies,CollegeofChemistryandMolecularEngineering,PekingUniversity,Beijing100871,P.R.China;CenterforTheoreticalBiology,PekingUniversity,Beijing

5、100871,P.R.China)Abstract：Protein-proteininteractions(PPI)playessentialrolesinbiologicalprocesses.UnderstandingPPIfromastructural,thermodynamic,andkineticpointofviewgivesusabetterunderstandingaboutthesebuildingblocksoflivingsystems.Thisreviewsummarizestherecentprogress

6、esinPPIresearch,includingthebasicpropertiesoftheinterfaces,differentmethodsforthecalculationofbindingfreeenergies,keydeterminantsinthekineticprocessofPPI,andsuccessfulexamplesofPPIdesign.Interfacesofspecificbiologicalproteincomplexesaredistinctfromnon-specificcrystalpa

7、ckinginterfacesinmanyaspects,suchastheinterfacialsize,theconservationofaminoacidresidues,andstructuraldynamicproperties.Hotspots,hotregions,andmodularstructurescanbefoundatthebiologicalPPIinterface.ThebindingfreeenergyofPPIcanbecalculatedusingdifferentapproaches,suchas

8、MM-PBSA,potentialofmeanforce,andvariousfreeenergymodels,basedonstructuresofproteincomplexes.Variousapproachesandsucce