浅谈蛋白质折叠与构象病

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1、侯萌基础01级90105114浅谈蛋白质折叠与构象病(侯萌北京大学医学部，100083，北京）摘要：蛋白质折叠是蛋白质发挥正常生理功能一个重要的前提条件。蛋白质折叠问题也被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题，是分子生物学中心法则尚未解决的一个重大生物学问题。本文介绍了蛋白质折叠的概念，简单阐述了蛋白质折叠的热力学和动力学控制，在蛋白质体外、体内折叠技术中，着重论述了分子伴侣的概念、分类及作用机制。之后又介绍了现今很热门的蛋白质折叠病和“第二遗传密码”，并在此基础之上对今后蛋白质折叠的研究提出了一些粗浅的展望。关键词：蛋白

2、质折叠分子伴侣第二遗传密码1.引言您知道蛋白质折叠吗？这是一个很新的词。新到什么程度？您可以上网到著名的不列颠百科全书网站检索一下proteinfolding（蛋白质折叠），还没有相应的解释。寄托家园您知道“蛋白质折叠病”吗？疯牛病、老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等等都是“折叠病”。就是相关蛋白质的三维空间结构异常。这种三维空间结构异常是由于致病蛋白质分子通过分子间作用感染正常蛋白质而造成的。请注意，致病蛋白质分子与正常蛋白质分子的构成完全相同，只是空间结构不同。z-d您

3、知道蛋白质折叠有多复杂吗？美国“科学美国人”曾经载文称，用当今最快的计算机模拟计算蛋白质折叠，要花一百年！而当今最快的计算机已经达到每秒几万亿甚至十几万亿次浮点运算的高速了。研究蛋白质的折叠，是生命科学领域的前沿课题之一。蛋白质是一种生物大分子，基本上是由20种氨基酸以肽键连接成肽链。肽链在空间卷曲折叠成为特定的三维空间结构，包括二级结构和三级结构二个主要层次。有的蛋白质由多条肽链组成，每条肽链称为亚基，亚基之间又有特定的空间关系，称为蛋白质的四级结构。所以蛋白质分子有非常特定的复杂的空间结构。蛋白质担负着复杂的生化反应，同

4、时在生物合成以后，蛋白质本身也经历着繁杂的生理过程。蛋白质自翻译以后，还需进行一系列的翻译后过程，包括跨膜转运、修饰加工、折叠复性、生化反应、生物降解等.这些过程似乎都伴随着蛋白质的结构转换，不但受蛋白质肽链自身的热力学稳定性所控制，而且还受动力学过程控制.这不仅是蛋白质拓扑学因素的需要，而且也是某些蛋白质生理功能调节所必需的。近年来，由于某些蛋白质结构转换和错误折叠所引起的“构象病”的发现，成了刺激蛋白质构象转换与生物功能关系研究热潮的一个重要原因。总8页1第1页侯萌基础01级901051142.蛋白质折叠概述根据分子生物

5、学中心法则，生物遗传信息的传递是由DNA到RNA（转录）、RNA到蛋白质多肽链（翻译）、再由多肽链形成具有生物活性的蛋白质（折叠）进行的。目前对前两个过程已有相当深入和清晰的了解，但对后者尚不十分清楚。可以说蛋白质折叠是生物学中心法则中至今尚未解决的一个重大生物学问题。蛋白质是一种生物大分子，基本上是由20种氨基酸以肽键连接成肽链。肽键连接成肽链称为蛋白质的一级结构。不同蛋白质其肽链的长度不同，肽链中不同氨基酸的组成和排列顺序也各不相同。肽链在空间卷曲折叠成为特定的三维空间结构，包括二级结构和三级结构二个主要层次。有的蛋白质

6、由多条肽链组成，每条肽链称为亚基，亚基之间又有特定的空间关系，称为蛋白质的四级结构。所以蛋白质分子有非常特定的复杂的空间结构。每一种蛋白质分子都有自己特有的氨基酸的组成和排列顺序，由这种氨基酸排列顺序决定它的特定的空间结构，这就是荣获诺贝尔奖的著名的Anfinsen原理。蛋白质分子只有处于它自己特定的三维空间结构情况下，才能获得它特定的生物活性。对于蛋白质折叠的研究指出，一级结构和空间结构之间肯定存在某种确定的关系，这是否也像核苷酸通过“三联密码”决定氨基酸顺序那样有一套密码呢？有人把这设想的一级结构决定空间结构的密码叫作“

7、第二遗传密码”。如果说“三联密码”已经被破译而实际上已经成为明码，那么破译“第二遗传密码”正是“蛋白质结构预测”从理论上最直接地去解决蛋白质的折叠问题，这是蛋白质研究最后几个尚未揭示的奥秘之一。现已经观察出mRNA的二级结构单元数与其编码的蛋白质二级结构（α－螺旋与β－折叠）单元数之间存在明显的相关性，二者的总符合率为97.3%，相关系数达0.99；其次，mRNA二级结构中5ˊ端至3ˊ端的每一发夹或复合发夹与PDB数据库所提供的蛋白质N端至C端的每一个α－螺旋或β－折叠之间存在几乎是一一对应的现象。通过上述数据可以看出，mR

8、NA的三维结构和蛋白质的三维结构中确实存在某种相关性，而这种相关性是否就是mRNA空间结构中蕴含的空间密码子呢？是否还有别的“第二遗传密码”呢？这还有待于生物学实验的直接证明。蛋白质折叠问题被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结构并进一步预测其功能，是极