蛋白質(zhì)的折疊ppt課件(已修改)
2025-01-19 19:15 本頁(yè)面
【正文】 蛋白質(zhì)的折疊 Alois Alzheimer Emil Kraepelin 蛋白質(zhì)分子受到各種物理或化學(xué)因素影響后，會(huì)發(fā)生一些性質(zhì)上的變化，如生物活性的喪失，一些內(nèi)埋的側(cè)鏈基團(tuán)的暴露，溶解度、粘度、擴(kuò)散系數(shù)以及其他的一些物理化學(xué)性質(zhì)的改變，分子結(jié)構(gòu)松散，易于被蛋白酶水解，稱為蛋白質(zhì)的變性作用。其實(shí)質(zhì)就是蛋白質(zhì)分子的次級(jí)鍵被破壞，引起天然構(gòu)象的解體。變性作用并不涉及共價(jià)鍵的破裂，一級(jí)結(jié)構(gòu)保持完好。 球狀蛋白質(zhì)折疊的步驟 ? 由完整的伸展態(tài)快速、可逆地形成局部二級(jí)結(jié)構(gòu)，此為成核過(guò)程； ? 通過(guò)折疊核的協(xié)同聚集形成初始的結(jié)構(gòu)域 ? 由這些結(jié)構(gòu)域裝配成熔球態(tài) ? 對(duì)結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象進(jìn)行調(diào)整 ? 形成完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)單體或天然蛋白質(zhì) 體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和分子伴侶的參加 ? 異構(gòu)酶有兩種： –二硫鍵異構(gòu)酶：能快速催化二硫鍵的重組，導(dǎo)致快速形成正確的二硫鍵； –肽基脯氨酸異構(gòu)酶：催化脯氨酸的氨基參與形成的肽鍵的異構(gòu)化； –分子伴侶：是通過(guò)抑制新生肽鏈的不恰當(dāng)聚集并排除與其他蛋白質(zhì)不合理的結(jié)合，協(xié)助蛋白質(zhì)正確折疊的蛋白質(zhì)。 小分子蛋白質(zhì)去折疊轉(zhuǎn)變的可逆性 在周圍環(huán)境誘導(dǎo)下，單結(jié)構(gòu)域的小分子蛋白質(zhì)發(fā)生去折疊。在開(kāi)始階段構(gòu)象變化很小，可能只是柔性的增強(qiáng)及局部的構(gòu)象改變，但蛋白質(zhì)的平均結(jié)構(gòu)并不改變。隨后蛋白質(zhì)在一個(gè)很小的環(huán)境條件下，就可以發(fā)生完全的去折疊。 對(duì)去折疊過(guò)程監(jiān)測(cè)的方法很多，但去折疊所引起的最明顯改觀還是多肽鏈尺寸的增大，可通過(guò)脲梯度電泳的方法很容易地觀察去折疊現(xiàn)象。去折疊的蛋白質(zhì)因其流體體積大，所以遷移速度比緊密的折疊的蛋白質(zhì)要小。 蛋白質(zhì)去折疊態(tài)的性質(zhì) 在強(qiáng)變性劑存在下或在極端的 pH環(huán)境中，許多去折疊的蛋白質(zhì)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)軌卷曲的多肽鏈，具有其流體力學(xué)、物理學(xué)及熱力學(xué)特性。 具有二硫鍵或其它交聯(lián)作用的去折疊的蛋白伸展性較差。任何一種交聯(lián)作用均可降低去折疊多肽鏈構(gòu)象上的柔性，并可降低它的自由能。這也是二硫鍵有助于增加折疊態(tài)的穩(wěn)定性的一種方法。 在一定的條件下，許多蛋白質(zhì)處于既不是完全地折疊狀態(tài)，也不是完全地去折疊狀態(tài)，它們的這種狀態(tài)被稱為熔球中間態(tài) (molten globule state), 熔球中間態(tài)的最普遍特征為： （ 1）多肽鏈的尺寸比無(wú)規(guī)卷曲小得多，略大于完全折疊態(tài)； （ 2）由遠(yuǎn)紫外 CD測(cè)得的二級(jí)結(jié)構(gòu)的平均組成同折疊態(tài)相似； （ 3）由近紫外 CD與 NMR可測(cè)得其側(cè)鏈處于均一的環(huán)境中，與之相反的是，完全折疊態(tài)內(nèi)部側(cè)鏈處于不同的、非對(duì)稱的環(huán)境中； （ 4）許多酰胺基團(tuán)與溶劑交換氫原子的速度比折疊態(tài)要快，比去折疊態(tài)要慢； （ 5）熔球中間態(tài)的焓十分接近于完全去折疊態(tài)，與折疊態(tài)差別大； （ 6）熔球中間態(tài)同完全去折疊態(tài)之間的互變是迅速而非協(xié)同的，它同完全折疊態(tài)之間的互變是緩慢而協(xié)同的。 蛋白質(zhì)表面的側(cè)鏈常能象小分子和去折疊的蛋白質(zhì)一樣的運(yùn)動(dòng)，而蛋白質(zhì)內(nèi)部緊密堆積的原子需要相鄰原子的相互協(xié)調(diào)才能運(yùn)動(dòng)。構(gòu)象變化的速率僅僅是蛋白質(zhì)柔性的一個(gè)方面。另一方面是各種構(gòu)象的能量學(xué)。 正常條件下一個(gè)已經(jīng)折疊好的蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化受到很大的限制。 與可溶性蛋白一樣，整合的膜蛋白也具有不同程度的內(nèi)部柔性。但與可溶性蛋白相比，其伸入膜內(nèi)的氨基酸側(cè)鏈的運(yùn)動(dòng)受到很大限制。 蛋白質(zhì)折疊 ? 結(jié)構(gòu)決定功能，僅僅知道基因組序列并不能充分了解 蛋白質(zhì) 的功能，更無(wú)法知道蛋白質(zhì)是如何工作的。蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細(xì)胞環(huán)境(特定的酸堿度、溫度等 )下自己組裝自己，這種自我組裝的過(guò)程被稱為蛋白質(zhì)折疊。 ? 蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題被列為“ 21世紀(jì)的生物物理學(xué)”的重要課題，它是分子生物學(xué)中心法則尚未解決的一個(gè)重大生物學(xué)問(wèn)題。從一級(jí)序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步預(yù)測(cè)其功能，是極富挑戰(zhàn)性的工作。研究蛋白質(zhì)折疊，尤其是折疊早期過(guò)程，即新生肽段的折疊過(guò)程是全面的最終闡明中心法則的一個(gè)根本問(wèn)題，在這一領(lǐng)域中，近年來(lái)的新發(fā)現(xiàn)對(duì)新生肽段能夠自發(fā)進(jìn)行折疊的傳統(tǒng)概念做了根本的修正。這其中， X射線晶體衍射和各種波譜技術(shù)以及電子顯微鏡技術(shù)等發(fā)揮了極其重要的作用。第十三屆國(guó)際生物物理大會(huì)上， Nobel獎(jiǎng)獲得者 Ernst在報(bào)告中強(qiáng)調(diào)指出， NMR用于研究蛋白質(zhì)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于它能極為詳細(xì)的研究蛋白質(zhì)分子的動(dòng)力學(xué)，即動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與蛋白質(zhì)分子功能的關(guān)系。 ? 目前的 NMR技術(shù)已經(jīng)能夠在秒到皮秒的時(shí)間域上觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其中包括主鏈和側(cè)鏈的運(yùn)動(dòng)，以及在各種不同的溫度和壓力下蛋白質(zhì)的折疊和去折疊過(guò)程。蛋白質(zhì)大分子的結(jié)構(gòu)分析也不僅僅只是解出某個(gè)具體的結(jié)構(gòu)，而是更加關(guān)注結(jié)構(gòu)的漲落和運(yùn)動(dòng)。例如，運(yùn)輸小分子的酶和蛋白質(zhì)通常存在著兩種構(gòu)象，結(jié)合配體的和未結(jié)合配體的。一種構(gòu)象內(nèi)的結(jié)構(gòu)漲落是構(gòu)象轉(zhuǎn)變所必需的前奏，因此需要把光譜學(xué)，波譜學(xué)和 X 射線結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來(lái)研究結(jié)構(gòu)漲落的平衡，構(gòu)象改變和改變過(guò)程中形成的多種中間態(tài) .又如，為了了解蛋白質(zhì)是如何折疊的，就必須知道折疊時(shí)幾個(gè)基本過(guò)程的時(shí)間尺度和機(jī)制，包括二級(jí)結(jié)構(gòu)（螺旋和折疊）的形成，卷曲，長(zhǎng)程相互作用以及未折疊肽段的全面崩潰
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