蛋白質(zhì)的折疊的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)(完整版)
【正文】 ? 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(rèn)識。所謂 “ 晶核 ”實(shí)際上是由一些特殊的氨基酸殘基形成的類似于天然態(tài)相互作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些殘基間不是以非特異的疏水作用維系的，而是由特異的相互作用使這些殘基形成了緊密堆積。 （ Hydrophobic Collapse Model） 在疏水塌縮模型中，疏水作用力被認(rèn)為是在蛋白質(zhì)折疊過程中起決定性作用的力的因素。 ? 底部表示所有的中間體都到達(dá)了天然結(jié)構(gòu)。 ? 僅僅考慮蛋白的主鏈，每個(gè)殘基在未折疊時(shí)假設(shè)只有 3個(gè)構(gòu)象，對一個(gè)有 100AA的多肽來說將有 3100 構(gòu)象。 ? ΔH溶劑對疏水側(cè)鏈?zhǔn)秦?fù)值 ,有利于折疊態(tài)。 熵不可能減小 ，即 熵總是增大的 。即，凡放熱反應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)均不能自動(dòng)進(jìn)行。 氣體的流動(dòng) ： 從高壓處自動(dòng)流向低壓處 ，直至各處壓強(qiáng)相等 。 ： 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 。 疏水作用是多肽鏈折疊的主要驅(qū)動(dòng)力，疏水作用的主要?jiǎng)恿碜杂诘鞍踪|(zhì)溶液體系的熵值的增加。 ? 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(xiàn)是不同的 ,但結(jié)果一樣 ,蛋白質(zhì)折疊結(jié)構(gòu)是生理?xiàng)l件下自由能最低的構(gòu)象。 ? 熔球體的形成的驅(qū)動(dòng)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(gòu)象熵和高的能量。 The rules governing protein folding are plex ? 熱力學(xué) ? 動(dòng)力學(xué) ? 特殊蛋白 ? ？？？ 被列為“ 21世紀(jì)的生物物理學(xué)”的重要課題 四、折疊機(jī)制的理論模型 1框架模型（ Framework Model） 框架模型假設(shè)蛋白質(zhì)的局部構(gòu)象依賴于局部的氨基酸序列。球形中間體調(diào)整為致密的、無活性的類似天然結(jié)構(gòu)的高度有序熔球態(tài)結(jié)構(gòu)。 六、蛋白質(zhì)折疊研究意義 ? 解決異源表達(dá)不能正確折疊形成包涵體這一生物工程中的瓶頸問題。 ? 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(yùn)到位 常見 “ 折疊病 ” ? 老年性癡呆癥 (Alzheimer syndrome) ? 病人腦中充滿了由錯(cuò)誤折疊蛋白形成的雜亂的蛋白質(zhì)簇。在這個(gè)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(jìn)一步穩(wěn)定的 PrPSc的核。 化學(xué)穩(wěn)定性 ? 化學(xué)穩(wěn)定性主要指由于鍵的斷裂而使結(jié)構(gòu)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 ? 二硫鍵的斷裂 ? 中性 pH值下二硫鍵的交換 ? 硫醇催化的二硫鍵的交換或者半胱氨酸殘基的氧化 ? 蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性即天然和變性狀態(tài)下自由能的差。非折疊態(tài)的熱容量要比折疊態(tài)的蛋白質(zhì)的熱容量要大。 發(fā)現(xiàn)中間體 ? 與蛋白質(zhì)折疊相關(guān)的焓有兩個(gè)： ? 通過平衡常數(shù)算得的 Van‘t Hoff 焓， DHVH ? 通過量熱法獲得的量熱焓， DHcal ? 如果 DHVH ＝ DHcal ，表明在 Tm處沒有中間體的存在 , 系統(tǒng)屬于兩態(tài)轉(zhuǎn)變 ? 對于大部分兩態(tài)轉(zhuǎn)變的蛋白來說 DHVH/Dhcal = 177。 ? 蛋白質(zhì)是非常具有個(gè)性的對象。 ? 1) pH: ? 蛋白質(zhì)在其等電點(diǎn)附近穩(wěn)定性較強(qiáng) ? 2) 配基結(jié)合 : ? 結(jié)合配基，像酶和抑制因子結(jié)合后其穩(wěn)定性增強(qiáng)。 ? 試述熱力學(xué)第二定律在蛋白質(zhì)穩(wěn)定性中的體現(xiàn)。 ? 3) 二硫鍵 : ? 胞外蛋白常含有二硫鍵，而胞內(nèi)蛋白一般沒有二硫鍵。上述機(jī)制可能適用于某種蛋白質(zhì)，但卻不能適合于所有蛋白質(zhì)。 ? 二者的三維結(jié)構(gòu)非常相似，僅僅是少數(shù)幾個(gè)氫鍵的改變。 ? 量熱實(shí)驗(yàn)：以恒定的速率加熱兩個(gè)量熱池，一個(gè)量熱池裝蛋白質(zhì)溶液，另一個(gè)量熱池裝緩沖液作對照，為了保持兩個(gè)量熱池的溫度相等分別加熱，它們熱量需求的差別就是兩個(gè)池中熱容量的差別。 K=kf/ku ? 如果一個(gè)蛋白自發(fā)折疊的速度常數(shù)是 1 s1（ kf = 1 s1 ），那么這個(gè)蛋白自發(fā)去折疊的速度常數(shù)大約為 107 s1，半衰期大約為 ? 表明去折疊的蛋白只是瞬間存在的 ? 研究去折疊態(tài)就需要用 urea, pH, etc等來打破平衡 ? 極端 pH使蛋白變性 ? 變性劑 ? 溫度變性 pH使蛋白變性 ? 高 pH或者低 pH可以使大部分蛋白變性 ? 大量離子進(jìn)入蛋白質(zhì)的內(nèi)部而出現(xiàn)斥力減弱了疏水作用進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的部分去折疊。在沒有 PrPSc存在時(shí)，
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