蛋白质折叠和分子伴侣.ppt

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1、第七章蛋白质折叠和分子伴侣17.1蛋白质和新生肽链折叠的新概念DNARNA蛋白质（新生肽链）新生肽链必须经历一系列极其复杂的加工过程，包括氨基酸残基的化学修饰诸如二硫键的形成、糖基化作用、羟基化作用、磷酸化作用等。现在已知的与翻译同时进行或在翻译完成后进行的化学修饰反应已经超过100种。新生肽链必须进行折叠，才能形成一定的三维结构。每一个新合成的多肽链都必须转运到细胞内特定的场所或者被分泌到细胞外区发挥作用。这些转运往往需要经过一次甚至多次的跨膜过程。完全折叠好的蛋白质是不能跨越细胞膜的，因此如果折叠过早或过多，还要先去折叠，才能跨膜运输到特定的发挥其生物功能的场所，再最终折叠成为功能蛋白。2

2、多亚基蛋白还要进行亚基的组装。许多以前体形式合成的蛋白，如一些蛋白酶等还必须经过水解除去前体分子中的原序列和前序列才能转变成具有活性的酶分子新生肽只有折叠成特定的三维结构，才能获得特定的生物学功能，成熟为功能蛋白分子。新生肽的折叠不仅指肽链在空间的盘卷，而是包括广义的新生肽链的整个成熟过程，包括化学修饰、跨膜转运、亚基组装、水解激活等。320世纪50年代Fraekel－Conral和Williams从烟草斑纹病毒分离的外壳蛋白和核糖核酸，在体外生理条件下重组得到有感染活力的病毒粒子。60年代C.B.Anfinsen根据还原变性的牛胰核糖核酸酶在去除变性剂和还原剂后，不需要任何其他物质的帮助，能

3、够自发的形成正确的4对二硫键，重新折叠成天然的三维结构，并恢复几乎全部生物活性的实验，提出“多肽链的氨基酸序列包含了形成其热力学上稳定的天然构象所必须的全部信息”或者说“一级结构决定高级结构”的著名论断，为此Anfinsen获得1972年Nobel化学奖。这些经典的工作开辟了近代蛋白质折叠的研究，形成了蛋白质折叠自组装（self－assembly）的主导学说。4Anfinsen原理揭示了蛋白质的氨基酸序列决定蛋白质分子在热力学上稳定的三维结构的必然，但是没有阐明蛋白质折叠的全过程，还有些问题需要回答：一级结构到底如何决定高级结构？具有完整一级结构的多肽链又如何克服在动力学上可能的能障，最终达到

4、这个热力学上最稳定的状态？是否存在像三联遗传密码那样的第二套密码，即氨基酸序列决定蛋白质的三维结构的所谓的“折叠密码”？57.1.1蛋白质折叠的研究按照Anfinsen原理，在理论上应该可以根据蛋白质的氨基酸序列预测其相应的“唯一”的三维结构，进而进行蛋白质的结构预测具有重要的意义。近年来的研究表明蛋白质折叠是一个序变过程，实验的目的是通过捕捉蛋白质折叠的中间状态了解蛋白质折叠的全过程。在研究牛与人的α－乳清蛋白酸变性、热变性和在中等浓度盐酸胍溶液中变性时的各种物理性质，发现在这些条件下都能形成一种彼此类似但又不同于天然分子的结构，具有与天然蛋白不同的新的物理状态—“熔球态”熔球态是蛋白质折叠

5、过程的中间态，与天然分子比较，虽然被动性增加，不存在特定的牢固安排的侧链基团，但其结构仍是紧密的，并且具有显著的分子柔性，二级结构含量很高。6对大多数小分子量蛋白质来说，变性的蛋白质在没有外力的情况下可以通过折叠达到天然状态无序状态的瓦解(疏水坍塌，collapse）和二级结构的形成。重折叠一开始很快形成二级结构，但是处于不稳定状态。二级结构的稳定阶段多途径折叠。不同蛋白质二级结构单元的联合和装配方式不同，即通过多途径导致从变性态转变为天然态走向天然态。通过稳定二级结构的相互作用进入天然态，是折叠的最后过程，比早期过程慢。在这一阶段，侧链被包装在特定的位置，分子变得越来越紧密，成为有特定三维结

6、构和生物学功能的蛋白质分子7对于蛋白质的折叠，提出了几种模型，比较典型的有框架模型（framework），扩散－碰撞模型（diffusion－collision）和熔球态模型（moltenglobule）等等8成核/快速生长模型(Thenucleation/rapidgrowthmodel)伸展多肽链开始折叠时,多肽链上先形成许多小的“核”(nuclcus),这些小核由8-18个氨基酸残基组成,它们随机波动,很不稳定,多肽链的其它部分以“核”为模板,快速折叠“生长”,最终形成天然构象,在这个模型中,成核阶段(nucleation)是限速步骤。9拼图模型(Thejigsawpuzziemodel

7、)此模型的中心思想就是多肽链可以沿多条不同的途径进行折叠,在沿每条途径折叠的过程中都是天然结构越来越多,最终都能形成天然构象,而且沿每条途径的折叠速度都较快,与单一途径折叠方式相比,多肽链速度较快,另一方面,外界生理生化环境的微小变化或突变等因素可能会给单一折叠途径造成较大的影响,而对具有多条途径的折叠方式而言,这些变化可能给某条折叠途径带来影响,但不会影响另外的折叠途径,因而不会从总体上干扰多肽