蛋白質(zhì)的折疊的熱力學與動力學-wenkub
2023-05-18 07:58:43 本頁面
【正文】 變化值不大，一般對蛋白質(zhì)折疊不起主要作用。 熵不可能減小 ，即 熵總是增大的 。 也即 無法解決 化學變化的方向和限度問題 。即，凡放熱反應能自動進行，而吸熱反應均不能自動進行。 ? 動力學基礎 ? 研究作用于物體的力與物體運動的關系 世界處于永恒的運動變化之中： ? 地殼： 滄海桑田 ? 人生： 生老病死 ? 植物： 花開花落 ? 氣象： 風雨雷電 萬事萬物變化的規(guī)律是什么？ 一切自然界的過程是有方向性的 如： 熱的傳遞： 總是從高溫物體自動傳向低溫物體 ， 直至平衡 （ 即溫度均一 ） 。 氣體的流動 ： 從高壓處自動流向低壓處 ，直至各處壓強相等 。 然而 ， 更多的研究發(fā)現(xiàn)：有不少吸熱反應也能自動進行 。 ： 不可能將熱從低溫物體轉(zhuǎn)到高溫物體 ， 而不引起其它的變化 。 ? 熱力學將系統(tǒng)中總的熱量稱為 焓 ，以 H表示 ? 在恒定溫度和壓力條件下總能量中可以做功的那一部分能量為 自由能 ， 以 G表示 DG = DHTDS (T為絕對溫度 ) ? 因此 ， 當熵增加時 ， 系統(tǒng)的自由能便會下降 之自由能判據(jù) 在一個反應中 ， 如果產(chǎn)物比反應物含有更少的自由能 ， 這個反應便趨向于自發(fā)地進行 ? 物理和化學過程達到平衡時， 即達到系統(tǒng)的自由能最小而熵最大 二、蛋白質(zhì)折疊的熱力學定律 ? 熵判據(jù)和蛋白質(zhì)折疊 ? 自由能判據(jù)和蛋白質(zhì)折疊 ? 蛋白質(zhì)折疊的熱力學假說 未折疊的狀態(tài)包含很多具有不同構象的分子。 疏水作用是多肽鏈折疊的主要驅(qū)動力，疏水作用的主要動力來自于蛋白質(zhì)溶液體系的熵值的增加。這是因為蛋白質(zhì)處于折疊態(tài)時 ,許多水分子之間的相互作用將代替水分子和疏水側(cè)鏈的相互作用。 ? 在不同類型的蛋白質(zhì)中 ,總熵變化和總焓變化所做的貢獻是不同的 ,但結(jié)果一樣 ,蛋白質(zhì)折疊結(jié)構是生理條件下自由能最低的構象。 ? 如果構象搜索的速度是 1012 構象 /s，需要 5 x 1035 s ( x 1028 y) ? 蛋白質(zhì)折疊不是隨機的，而是有捷徑的。 ? 熔球體的形成的驅(qū)動力：疏水側(cè)鏈的包埋 分子伴侶和折疊酶幫助越過能障 折疊能量“地貌”原理圖 ? 未折疊的蛋白具有高的構象熵和高的能量。 有人提出 ? 若某一多肽鏈具有 2種低能量狀態(tài)：一種是天然構象，一種是非天然構象，而且處于這 2種能量狀態(tài)的多肽鏈的相互轉(zhuǎn)變由于要克服較高的能壘而難以實現(xiàn)，那么在蛋白折疊過程中會有 2種途徑相互競爭，一種是正確折疊成天然構象的途徑，另一種是錯誤折疊成穩(wěn)定的非天然構象途徑。 The rules governing protein folding are plex ? 熱力學 ? 動力學 ? 特殊蛋白 ? ？？？ 被列為“ 21世紀的生物物理學”的重要課題 四、折疊機制的理論模型 1框架模型（ Framework Model） 框架模型假設蛋白質(zhì)的局部構象依賴于局部的氨基酸序列。在形成任何二級結(jié)構和三級結(jié)構之前首先發(fā)生很快的非特異性的疏水塌縮。球形中間體調(diào)整為致密的、無活性的類似天然結(jié)構的高度有序熔球態(tài)結(jié)構。晶核的形成是折疊起始階段限速步驟。 六、蛋白質(zhì)折疊研究意義 ? 解決異源表達不能正確折疊形成包涵體這一生物工程中的瓶頸問題。 ? 因無法有效的解決復 性問題，在美國每年 造成的經(jīng)濟損失就達 幾十億美元 包含體電鏡圖 生物工程應用 ? “瓶頸 ” 問題：在簡單的微生物細胞內(nèi)引入異體DNA后所合成的多肽鏈往往不能正確折疊成為有生物活性的蛋白質(zhì)而形成不溶解的包含體或被降解。 ? 由于蛋白質(zhì)折疊異常而造成分子聚集甚至沉淀或不能正常轉(zhuǎn)運到位 常見 “ 折疊病 ” ? 老年性癡呆癥 (Alzheimer syndrome) ? 病人腦中充滿了由錯誤折疊蛋白形成的雜亂的蛋白質(zhì)簇。 p53穩(wěn)定性的降低導致癌癥的發(fā)生。在這個過程中具有傳染性的物質(zhì)是 PrPSc的多聚體，限速步驟是形成作為種子進一步穩(wěn)定的 PrPSc的核。但由于我們無法了解這一多肽將折疊為何種構象，從而無法按照自己意愿設計我們需要的、具有特定功能的蛋白質(zhì)。 化學穩(wěn)定性 ? 化學穩(wěn)定性主要指由于鍵的斷裂而使結(jié)構的完整性喪失 ? 天冬酰胺和谷胺酰胺的去氨基化 ? 低 pH值下精氨酸的水解 ? 高溫下蛋氨酸的氧化
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