第4章 蛋白质折叠.ppt

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1、第四章蛋白质的折叠4.1、概述4.2、蛋白质的自发折叠4.3、受助的蛋白质折叠4.4、蛋白质的折叠病4.5、研究蛋白质折叠的意义蛋白质折叠的定义蛋白质凭借相互作用在细胞环境(特定的酸碱度、温度等)下自己组装自己，这种自我组装的过程被称为蛋白质折叠。4.1、概述蛋白质折叠问题是生命科学领域的前沿课题之一，并且被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题，它是分子生物学中心法则尚未解决的一个重大生物学问题。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，是极富挑战性的工作。研究蛋白质折叠，尤其是折叠早期过程，即新生肽段的折叠过程是全面的最终

2、阐明中心法则的一个根本问题。蛋白质折叠研究的背景遗传信息的传递DNARNAProteins肽链有活性的蛋白质天然构象实质上是多肽链遗传信息的传递应该是从核苷酸序列到有完整结构的功能蛋白质的全过程。？第二遗传密码多肽链的一级结构决定它的空间结构，既然前者决定后者，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？后来，有人把这设想的一级结构决定空间结构的密码叫作“第二遗传密码”。完整的提法应该是遗传密码的第二部分，即蛋白质中氨基酸序列与其空间结构的对应关系，国际上称之为第二遗传密码

3、或折叠密码。第二遗传密码的特点简并性在第一遗传密码中有所谓“简并性”，即同一AA可以由不同密码子所编码，如CGA和AGC都编码为Arg，UCC和AGU都编码为Ser等。第二密码也同样有简并性。现在已经知道有很多氨基酸序列不同的肽链可以有极为相似甚至相同的空间结构，这就是第二密码的简并性。简并性的证据不同生物体中执行相同功能的蛋白质有AA序列上的差异,但却有相同的整体空间结构。例如：线粒体Cytc的AA序列已经测定，AA残基数均在104左右,但在不同生物体的Cytc中仅有21个AA是完全相同的，但是所有Cytc的整体空间结构却是非常相似的。

4、另外，两个在功能上完全无关的蛋白质，卵类黏蛋白的第三结构域和核糖体结构蛋白L7/L12的C-末端部分在AA序列上仅有3%相同,却具有几乎完全相同的空间结构。此外，对蛋白质进行化学修饰或定点突变，对分子的总体结构没有影响。多意性某些相同的氨基酸序列还可以在不同条件下决定不同的空间结构，这种情况可以称之为第二遗传密码的多意性。例如，天然型朊病毒主要为α-螺旋结构，而感染型的朊病毒却主要为β-折叠结构，但二者一级结构相同。全局性第二密码必须把蛋白分子作为一个全局来考虑，这就从根本上决定了第二密码的复杂性，它不可能像第一密码那样有简单的一对一的关

5、系。某些蛋白C-末端少数氨基酸的去除,或侧链基团的翻译后修饰，有时都可以对整体构象和功能产生重大影响。在新生肽链合成过程中，后形成的肽段可以影响已经形成的肽段的构象从而造成对分子整体的影响。第二密码的全局性还体现在环境对分子结构的影响上，水分子对于维系蛋白质一定的空间结构有重要作用。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。蛋白质折叠的研究内容蛋白质折叠的研究，狭义的定义就是研究蛋白质特定三维空间结构形成的规律、稳定性及与其生物活性的关系。在概念上有热力学的

6、问题和动力学的问题；蛋白质在体外折叠和在细胞内折叠的问题；有理论研究和实验研究的问题。蛋白质折叠研究的概况20世纪60年代，安芬森（Anfinsen）基于还原变性的牛胰RNase的研究提出“自组装学说”Ellis于1987年提出了蛋白质折叠的“辅助性组装学说”。经典的蛋白质折叠自组装学说实验基础:Fraekel-Conral和Williams重组实验（20世纪50年代）烟草斑纹病毒外壳蛋白核糖核酸在体外生理条件下重组得到有感染活力的病毒粒子4.2、蛋白质的自发折叠SHSHSHSHSHSHSHSH110Anfinsen实验8mol/L尿素或

7、6mol/L盐酸胍及β-巯基乙醇透析去掉尿素及β-巯基乙醇，让变性酶的巯基在空气中缓慢氧化，恢复其原有的二硫键(4个)和次级键，酶的活性又逐渐恢复（95～100%）。牛胰核糖核酸酶随机重组:8个SH形成4个二硫键的概率是:1/7×1/5×1/3=1/105核糖核酸酶不仅重新折叠了,而且选择了105种可能方式中正确的一种。60年代，Anfinsen提出氨基酸序列决定了蛋白质特定三维空间结构的著名假说。self-assembly的主导学说：蛋白质的氨基酸序列已经包含了它的三维结构的全部信息（一级结构决定高级结构）细胞内新合成的多肽链，在其合成

8、终了之后，不需要别的分子的帮助，也不需要额外能量的补充，就应该能够自发地折叠而形成它的三维结构。——所谓翻译后的自发折叠过程。体外实验结论扩展到体内：蛋白质折叠机制的理论模型框架模型（Fram