《蛋白質(zhì)的折疊》ppt課件(文件)
【正文】 一些細胞內(nèi)的重要蛋白發(fā)生突變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚沉或錯誤折疊而造成的。而結(jié)構(gòu)預(yù)測的方法雖然速度較快，但可靠性并不高，只有當我們對于維持蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動蛋白質(zhì)折疊的理化因素更為了解，這一方法才可能有根本的改進。 大家都知道的瘋牛病，它是由一種稱為 Prion的蛋白質(zhì)的感染引起的，這種蛋白質(zhì)也可以感染人而引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病。 ? 從來認為蛋白結(jié)構(gòu)的變化來自于序列的變化，而序列的變化來自于基因的變化，生命信息從核酸傳遞到蛋白。隨著蛋白質(zhì)折疊研究的深入，人們會發(fā)現(xiàn)更多疾病的真正病因和更針對性的治療方法，設(shè)計更有效的藥物。基因工程和蛋白工程已經(jīng)逐漸發(fā)展成為產(chǎn)值以數(shù)十億美元計的大產(chǎn)業(yè)，本世紀后期還將會有更大的發(fā)展。絕大多數(shù)的蛋白質(zhì)的再折疊是一個自組裝過程，在這一過程中所需的信息貯存于蛋白質(zhì)的氨基酸序列中，而且再折疊在適宜的條件下會自發(fā)地發(fā)生。 蛋白質(zhì)的折疊不是隨機嘗試所有可能的構(gòu)象直到遇到某個自由能最低的構(gòu)象。攜帶有基因信息的 mRNA，在tRNA的幫助下，用 20種主要氨基酸為原料，合成多肽鏈。 ? 分子伴侶可以依據(jù)其大小，分成兩類：小分子伴侶， 如熱休克蛋白 40 和熱休克蛋白70等，小于 200 kDa，功能是以單體形式與在核糖體上延伸中的新生肽鏈上的疏水氨基酸短序列相結(jié)合，防止新生肽鏈未完成合成之前的錯誤折疊，而大分子伴侶大于 800 kDa，功能是防止較長的多肽鏈在后續(xù)的折疊過程中發(fā)生聚集。從 U到 N的過程被稱為折疊過程，而從N到 U的過程是去折疊過程。 Anfinsen在 1961年對 RNase A的先驅(qū)性的研究工作，開創(chuàng)了蛋白體外折疊的研究范式。在這一過程中，肽鍵并不斷裂，從而保持了殘基之間的連接順序，即氨基酸序列。例如建議了如下的一些實驗條件：溫度 25176。高精度實驗設(shè)備的應(yīng)用，為揭示蛋白質(zhì)分子的折疊規(guī)律，特別是對小蛋白的兩態(tài)折疊現(xiàn)象的觀測做出了重要貢獻。這一結(jié)論來自于對某些小型蛋白的深入研究。 ? 有些蛋白則采用多態(tài)折疊過程，即在蛋白的變性態(tài)與其天然構(gòu)象之間存在一個亞穩(wěn)態(tài)的折疊中間體。 ? 圖 不同條件下蛋白折疊和去折疊過程中自由能變化的概貌。 （ D）是去折疊過程，部分去折疊的狀態(tài) N*可能會被作為中間體觀察到。去折疊和再折疊過程中可以捕捉和分離到積聚了不同數(shù)量二硫鍵的蛋白質(zhì)，并對其二硫鍵加以鑒定。蛋白質(zhì)二硫鍵和構(gòu)象的穩(wěn)定性是相互聯(lián)系的。蛋白質(zhì)經(jīng)水解可以切下每一個結(jié)構(gòu)域，或通過蛋白工程方法獲得相應(yīng)的片段。由于質(zhì)量作用的原因，配體特異的結(jié)合到蛋白質(zhì)上總是可以穩(wěn)定其構(gòu)象。 。 復(fù)習題 （模型） 。獨立的結(jié)構(gòu)域象單結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)一樣去折疊和再折疊，在不同條件下，蛋白質(zhì)折疊時會產(chǎn)生復(fù)雜的去折疊曲線。如果構(gòu)象不受捕捉過程影響，那么可以從捕捉中間體的構(gòu)象中獲得蛋白質(zhì)構(gòu)象折疊的基本證據(jù)。分子間二硫鍵形成速度反映了蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，這僅適用于去折疊蛋白二硫鍵被破壞的情況。 圖 描述蛋白折疊的一個典型的能量漏斗 通過二硫鍵捕捉中間體 含有二硫鍵的一些蛋白質(zhì)需要二硫鍵來穩(wěn)定其折疊構(gòu)象。（ A）是從去折疊態(tài)到天然態(tài)的過程，因為天然態(tài) N的自由能顯著地低于去折疊態(tài) U和中間態(tài) I，故可以觀察到 D和 I兩種中間體。折疊中間體既可能在重折疊（ Refolding）的過程中被觀測到，也可能在去折疊過程中被觀測到。而對于某些大型的蛋白分子來說，因為它們是邊合成邊折疊的，且在折疊過程中，分子伴侶體系發(fā)揮了重要的作用，因此，它們的體內(nèi)折疊與體外折疊的行為有所不同，但折疊機理仍可能和小蛋白是一致的。Fersht在 2022年 Cell的一篇綜述里回答了這一問題。 ? 圖 體外折疊實驗常用的兩種蛋白變性劑：尿素和胍鹽 ? 此外，動力學(xué)觀測的一個很重要的方面就是時間精度。以往蛋白質(zhì)折疊動力學(xué)的研究，各實驗室之間沒有一個統(tǒng)一的標準，各自為是，為實驗數(shù)據(jù)的積累和比較帶來不便。蛋白質(zhì)體外折疊研究采用先變性后復(fù)性的手段。例如，剛合成的處于未折疊態(tài)的多肽鏈可能在還沒有完成折疊之前就被降解掉；而一些折疊過程中的中間狀態(tài)，可能會聚集成無規(guī)則的狀態(tài)或淀粉樣沉淀；折疊而成的天然狀態(tài) N可以聚集成球狀蛋白，也可以聚集成絲狀蛋白。 ? 多肽鏈合成后所可能達到的狀態(tài)的示意圖?，F(xiàn)已知道，多肽鏈在生物體內(nèi)是邊合成邊折疊的。存在于一個穩(wěn)定的折疊態(tài)蛋白質(zhì)的潛能不足以保證產(chǎn)生一個趨向于這一折疊態(tài)的途徑。然而某些蛋白質(zhì)在體內(nèi)的折疊確實需要生物因子，主要是防止蛋白質(zhì)的聚沉。這一“瓶頸”問題的徹底解決有待于對新生肽鏈折疊更多的認識。這種小分子被稱為“藥物分子伴侶”，有希望成為治療“折疊病”的新藥。 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)運到位所引起的疾病還有老年性癡呆癥、囊性纖維病變、家族性高膽固醇癥、家族性淀粉樣蛋白癥、某些腫瘤、 白內(nèi)障 等等。這一疾病的研究涉及到許多生物學(xué)的基本問題。 蛋白質(zhì)折疊與“折疊病” 蛋白質(zhì)折疊與“折疊病” 人們對由于基因突變造成蛋白質(zhì)分子中僅僅一個氨基酸殘基的變化就引起疾病的情況已有所了解，即所謂“分子病”，如地中海鐮刀狀紅血球貧血癥就是因為血紅蛋白分子中第六位的谷氨酸
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