蛋白质的分子设计是蛋白质工程的一个重要方面。设计分成3类：①小范围改造，是对已知结构的蛋白质进行少数几个残基的替换，来研究和改善蛋白质的性质和功能。②较大程度的改造，就是对来源于不同蛋白质的结构域进行拼接组装，期望转移相应的功能。③蛋白质从头设计(denovo or ab initio protein design)，所谓蛋白质从头设计就是给定一个目标三维结构，要求找出与已知顺序无明显同源，能折叠成目标结构的氨基酸序列来。
本文来自实验室前沿
定位突变
蛋白质中的氨基酸是由基因中的三联密码决定的，只要改变其中的一个或两个就可以改变氨基酸。通常是改变某个位置的氨基酸，研究蛋白质结构、稳定性或催化特性。例如，将t—PA Asnll7替换为Glull7，从而除去一个原有的糖基化位点。由于该处原有的糖链能促进t—PA从血浆清除，因此点突变后能够降低t—PA的血浆清除率，延长血浆半衰期。
1985年，Wells提出的一种基因修饰技术——盒式突变，一次可以在一个位点上产生20种不同氨基酸的突变体，可以对蛋白质分子中的重要氨基酸进行“饱和性”分析。利用定位突变在拟改造的氨基酸密码两侧添加两个原载体和基因上没有的内切酶切点，用该内切酶消化基因，再用合成的发生不同变化的双链DNA片段替代被消化的部分。这样一次处理就可以得到多种突变型基因。
蛋白质融合
将编码一种蛋白质的部分基因移植到另一种蛋白质基因上或将不同蛋白质基因的片段组合在一起，经基因克隆和表达，产生出新的融合蛋白质。这种方法可以将不同蛋白质的特性集中在一种蛋白质上，显著地改变蛋白质的特性。现在研究较多的所谓“嵌合抗体；和“人源化抗体”等，就是采用这种方法。
