蛋白质折叠与细胞内的蛋白质折叠

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1、第三章:蛋白质折叠第四章:细胞内的蛋白质折叠第三章:蛋白质折叠一、蛋白质复杂的三级结构信息贮存于氨基酸序列中关于氨基酸序列与蛋白质空间结构的关系研究，最早的工作是由C.Anfinsen(1960)关于核糖核酸酶的研究工作他研究了核糖核酸酶的去折叠和重折叠过程。该酶是由124个氨基酸组成的蛋白质有四对二硫键，其组合有105{[(24)!/244!]=105}种的可能方式。当用还原剂如b-巯基乙醇(HOCH2-CH2-SH)作用时二硫键被部分还原，继续加大b-巯基乙醇的量，二硫键可全部被还原。用8M的脲加b-巯基乙醇处理，

2、多肽链分子内四对二硫键可全部被还原，肽链伸展为无规卷曲，酶活性完全丧失。但如果将脲和b-巯基乙醇透析掉并在空气中进行氧化，多肽链可又重新折叠为一个具有特定的三维结构和催化活性的酶，它与未经处理的酶具有相同的溶解度并可结晶并获得相同的X-射线衍射图，其吸收光谱也相同。这是一个很好的蛋白质一级结构序列决定其三维结构的例子即顺序决定构象二、关于蛋白质折叠的理论模型各种实验及理论计算均证明蛋白质的天然构象在热力学上是最稳定的1、框架模型(Frameworkmodel):P.S.Kim和R.L.Baldwin于1982年提出了蛋

3、白质折叠的框架模型。该模型认为，在蛋白质折叠的过程中大约有15个氨基酸残基的多肽链首先折叠为瞬态的a螺旋或b片层结构的二级结构单元，然后这种瞬态的结构通过扩散彼此接近形成aaab或bb的复合结构而获得稳定这种复合结构，又称为折叠单元，折叠单元作为一个核心，吸引和稳定其它摆动着的二级结构单元形成折叠框架其它的侧链将适应这个框架。2疏水折叠模型(HydrophobicCollapseModel)和熔融球态模型(MoltenGlobuleModel):该模型提出折叠是由疏水折叠开始的。即四体石蜡的疏水片段首先聚集在一起，然后

4、进一步聚集长大，形成一种称为熔融球蛋白中间体，此种结构是一种具有二级结构，但很少有三级相互作用的结构。疏水残基有很大一部分暴露在溶剂中。三、蛋白质的去折叠(unfolding)和重折叠(refolding)蛋白质的去折叠和重折叠，亦即蛋白质的变性和复性。蛋白质的折叠状态只有在最适条件下才可存在。环境的改变诸如温度、pH、变性剂、压力等作用都可使蛋白质的结构被破坏变性的物理基础是：pH的改变可使盐键断裂，使埋藏在蛋白质结构内部的非解离基团得到裂解，而暴露出来蛋白质去折叠以减少静电相互作用。变性剂如脲素和盐酸胍等可使蛋白质

5、结构中的氢键发生断裂，这增加了非极性分子包括氨基酸侧链的溶解度，减少了疏水相互作用。脲素还可以深入到蛋白质分子的内部，影响蛋白质分子的密堆积。此外，去污剂、有机溶剂、重金属、热机械力、冷冻超声、高压辐射等均可引起蛋白质的变性这些变性均不会破坏蛋白质的共价键，而是只涉及到氢键、盐键、疏水相互作用、范得华相互作用等次级键的破坏。有些变性的蛋白质，当变性因素被除去后又可自动地恢复到天然状态，这种现象称为蛋白质的复性(renaturation)，这种复性即蛋白质折叠研究中的重折叠(refolding)加热,酸或碱　盐,破坏不牢

6、固的次级键，使蛋白质功能丧失不可逆变性蛋白质的变性失活核糖核酸酶可逆的变性:恢复到正确的折叠结构　恢复生物学的活性变性因素物理因素：加热、加压、超声波、紫外线化学因素：胍、脲、有机溶剂、强酸强碱、SDS-巯基乙醇、重金属离子生物碱试剂蛋白质变性后：溶解度↓生物活性丧失及易被蛋白酶水解粘度↑结晶能力消失复性蛋白质的变性程度较轻，去除变性因素后，又恢复了原有的空间构象和生物活性,即可逆变性.四、蛋白质折叠的热力学五、蛋白质折叠的识别将一个新的顺序与一个已知的特征化的,三维结构花样的叠合识别在大多数情况下是比较成功的，在某

7、些情况下是相当可靠的。尤其是当两个蛋白具有相同的重要氨基酸顺序时，它们总是在那些区域具有相同的三维结构。六、蛋白质折叠识别的方式折叠识别的方式之一,是通过比较从进化分叉机理上紧密相关蛋白的家族,列出一个直接了当的取代/插入/缺失(sub-in-del)的表,然后进行对齐比较,这种对齐直接表示了在一致性顺序(consensussequence)中每个位置的功能容忍性与由进化所产生的顺序变化之间的关系这种预测方法的最显著的特点是利用了可由同源蛋白家族序列所推断的大量的结构信息。虽然对于二级结构的预测似乎有较高的准确性，但往

8、往有可能发生的严重错误，即把a螺旋预测为b折叠或反之。利用了同源蛋白家族序列就使得这种发生严重错误的可能性大大降低，此外由于环区域常常具有一个或多个插入/缺失因而可更好地进行预测另一种折叠的识别方式即所谓的Threading。此方式主要是通过分析已知蛋白的由实验所测得的三维结构，来估计可允许的sub-in-del而非进行未知结构与