蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)-2.ppt

第五章蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 主要內(nèi)容 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力多肽主鏈折疊的空間限制蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)纖維狀蛋白質(zhì)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)折疊與結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)亞基締合與四級(jí)結(jié)構(gòu) 第五章蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 1 維持三維結(jié)構(gòu)的作用力 a離子鍵b氫鍵c疏水相互作用d范德華力e二硫鍵 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 一 氫鍵 氫鍵的貢獻(xiàn)是協(xié)同蛋白質(zhì)的折疊和幫助穩(wěn)定球蛋白的天然構(gòu)象 多肽鏈骨架的羰基和酰胺基之間 常常形成氫鍵使肽鏈形成 螺旋和 折疊結(jié)構(gòu) 在多肽鏈骨架和水之間 多肽鏈骨架和極性側(cè)鏈之間 兩個(gè)極性側(cè)鏈之間以及極性側(cè)鏈和水之間也可以形成氫鍵 大多數(shù)氫鍵都是N H O類型的 二 范德華力 廣義范德華力包括定向效應(yīng) 誘導(dǎo)效應(yīng)和分散效應(yīng)等 范德華力包括吸引力和斥力兩種相互作用 范德華力只有當(dāng)兩個(gè)非鍵合原子之間處于一定距離時(shí)才能達(dá)到最大 雖然范德華力相對(duì)來(lái)說(shuō)比較弱 但由于范德華力相互作用數(shù)量大 并且具有加和性 因此范德華力是一種不可忽視的作用力 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 三 疏水作用 蛋白質(zhì)中的疏水基團(tuán)彼此靠近 聚集以避開(kāi)水的現(xiàn)象稱之疏水相互作用 hydrophobicinteraction 因?yàn)樗肿颖舜酥g的相互作用要比水與其它非極性分子的作用更強(qiáng)烈 非極性側(cè)鏈避開(kāi)水聚集被壓迫到蛋白質(zhì)分子內(nèi)部 而大多數(shù)極性側(cè)鏈在蛋白質(zhì)表面維持著與水的接觸 疏水相互作用在維持蛋白質(zhì)構(gòu)象中起著主要的作用 也是使蛋白質(zhì)多肽鏈進(jìn)行折疊的主要驅(qū)動(dòng)力 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 水分子中氧原子的4個(gè)軌道是不等性sp3雜化 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 極性化合物在水中的溶解是熵增加的過(guò)程 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 水分子在非極性化合物周圍形成籠型結(jié)構(gòu) 有序性增加 熵減少 熱力學(xué)不利 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 在疏水相互作用下 蛋白質(zhì)疏水氨基酸折疊在蛋白質(zhì)內(nèi)部 而親水氨基酸殘基暴露在外 四 離子鍵 離子鍵是帶有相反電荷的側(cè)鏈之間的離子相互作用 離子化的側(cè)鏈一般都出現(xiàn)在球蛋白的表面 與水分子形成水化層 對(duì)于整個(gè)球蛋白的穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)是最小的 荷電的側(cè)鏈也在蛋白質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn) 一般與其它基團(tuán)形成強(qiáng)氫鍵 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 五 二硫鍵 二硫鍵的形成并不決定多肽鏈的折疊 二硫鍵有助于某些球蛋白的天然構(gòu)象的穩(wěn)定 二硫鍵有時(shí)存在于由細(xì)胞分泌的蛋白質(zhì)中 當(dāng)這樣的蛋白質(zhì)離開(kāi)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境時(shí) 由于有二硫鍵的存在 可使得蛋白質(zhì)對(duì)去折疊以及降解不那么敏感 而維持蛋白質(zhì)的穩(wěn)定 第一節(jié)穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力 2 多肽主鏈折疊的空間限制2 1肽鍵 一個(gè)多肽鏈的骨架是由通過(guò)肽鍵連接的重復(fù)單位N C C組成的 參與肽鍵形成的2個(gè)原子和另外4個(gè)取代成員 羰基氧原子 酰胺氫原子以及2個(gè)相鄰的 碳原子 形成一個(gè)肽單位 第二節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制 酰胺氮上的孤對(duì)電子與相鄰羰基之間具有共振作用 形成共振雜化體 穩(wěn)定性高 肽鍵的特點(diǎn) 1 肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì) C N單鍵鍵長(zhǎng)0 149nmC N雙鍵鍵長(zhǎng)0 127nm肽鍵鍵長(zhǎng)0 132nm2 肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn) 但N C 和C C鍵都可以自由旋轉(zhuǎn) 3 組成肽鍵的四個(gè)原子和與之相連的兩個(gè) 碳原子 C 都處于同一個(gè)平面內(nèi) 此剛性結(jié)構(gòu)的平面叫肽平面或酰胺平面 amideplane 4 幾乎所有的肽單位處于反式構(gòu)象 只有約6 的Pro殘基處于順勢(shì)構(gòu)象 第二節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制 2 2 多肽主鏈折疊的空間限制 一個(gè)蛋白質(zhì)的構(gòu)象取決于肽單位繞N C 和C C鍵的旋轉(zhuǎn) 這些鍵連接著多肽鏈中的剛性的肽單位 繞N C 鍵旋轉(zhuǎn)的二面角稱 繞C C鍵旋轉(zhuǎn)的稱 第二節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制 當(dāng) 或 旋轉(zhuǎn)鍵所在的酰胺平面的取向二等分H C R平面 且該旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈處于順式構(gòu)型時(shí) 規(guī)定 0 或 0 第二節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制 從C 沿鍵軸方向觀察 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的 或 角度為正值 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的為負(fù)值 二面角所規(guī)定的構(gòu)象能否存在 主要取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非共價(jià)鍵合原子之間的接近有無(wú)障礙 第二節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制 拉氏構(gòu)象圖 拉氏構(gòu)象圖上的每一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于一對(duì)二面角 或 代表一個(gè)C 的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象 如果將一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈上所有C 的成對(duì)二面角都畫在圖上 那么蛋白質(zhì)的主鏈構(gòu)象將清楚的表現(xiàn)在圖上 圖中 陰影部分為允許區(qū) 空白部分為非允許區(qū) 第二節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制 3 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的排列 或規(guī)則的幾何走向 旋轉(zhuǎn)及折疊 它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵 常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件主要有 螺旋 折疊 轉(zhuǎn)角 無(wú)規(guī)卷曲 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 3 1 螺旋 螺旋是蛋白質(zhì)中最常見(jiàn) 最典型 含量最豐富的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件 1950年 L Pauling預(yù)測(cè)出能夠穩(wěn)定存在的 螺旋結(jié)構(gòu) 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn) 形成螺旋結(jié)構(gòu) 螺旋一周 沿軸上升的距離即螺距為0 54nm 含3 6個(gè)氨基酸殘基 每個(gè)殘基繞軸旋轉(zhuǎn)100 沿軸上升0 15nm 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 肽鏈內(nèi)形成氫鍵 氫鍵的取向幾乎與軸平行 每個(gè)氨基酸殘基的C O氧與其后第四個(gè)氨基酸殘基的N H氫形成氫鍵 由氫鍵封閉的環(huán)是13元環(huán) 因此 螺旋也稱3 613 螺旋 蛋白質(zhì)中的 螺旋幾乎都是右手螺旋 螺旋折疊過(guò)程中存在協(xié)同性 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) Makefistsofyourtwohandswiththumbsoutstretchedandpointingstraightup Lookingatyourrighthand thinkofahelixspiralingupyourrightthumbinthedirectioninwhichtheotherfourfingersarecurledasshown counterclockwise Theresultinghelixisright handed Yourlefthandwilldemonstratealefthandedhelix whichrotatesintheclockwisedirectionasitspiralsupyourthumb 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) asimplemethodfordeterminingwhetherahelicalstructureisright handedorleft handed 影響 螺旋形成的因素 螺旋的形成及其穩(wěn)定性與其氨基酸組成和順序有關(guān)PolyAla生理?xiàng)l件下自發(fā)卷曲 形成 螺旋 R小 不帶電荷 polyLys PolyIle生理?xiàng)l件下不能形成 螺旋 帶電荷 R較大 多肽鏈中只要存在Pro 螺旋即被中斷 剛性環(huán) 不能形成氫鍵 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 3 2 折疊 折疊也稱 結(jié)構(gòu)或 構(gòu)象 它是蛋白質(zhì)中第二種最常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 折疊特點(diǎn) 折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的 也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成 幾乎所有肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián) 氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近垂直 折疊有兩種類型 一種為平行式 即所有肽鏈的N 端都在同一邊 另一種為反平行式 即相鄰兩條肽鏈的方向相反 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 3 3 轉(zhuǎn)角 肽鏈在某處回折180 所形成的結(jié)構(gòu) 由四個(gè)氨基酸殘基組成 彎曲處的第一個(gè)氨基酸殘基的 C O和第四個(gè)殘基的 N H之間形成氫鍵 形成一個(gè)比較穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)角有兩種主要類型 它們之間的差別只是中央肽基旋轉(zhuǎn)了180 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)角的特定構(gòu)象取決于它的組成氨基酸 由于甘氨酸缺少側(cè)鏈 在 轉(zhuǎn)角中能夠很好的調(diào)整其它殘基的空間阻礙 因此是立體化學(xué)上最合適的氨基酸 脯氨酸具有環(huán)狀的結(jié)構(gòu)和固定的 角 因此 一定程度上迫使 轉(zhuǎn)角形成 促進(jìn)多肽鏈自身回折 這有助于反平行 折疊片的形成 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 3 4 無(wú)規(guī)卷曲 泛指那些不能被歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu)如折疊片或螺旋的多肽片段 酶的功能部位常包含此構(gòu)象 第三節(jié)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 4 纖維狀蛋白質(zhì) 纖維狀蛋白質(zhì) fibrousprotein 廣泛地分布于脊椎和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi) 它是動(dòng)物體的基本支架和外表保護(hù)成分 占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的一半或一半以上 這類蛋白質(zhì)外形呈纖維狀或細(xì)棒狀 分子是有規(guī)則的線型結(jié)構(gòu) 這與其多肽鏈的有規(guī)則二級(jí)結(jié)構(gòu)有關(guān) 而有規(guī)則的線型二級(jí)結(jié)構(gòu)是它們的氨基酸順序的規(guī)則性反映 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 纖維狀蛋白質(zhì)的類型 纖維狀蛋白質(zhì)可分為不溶性 硬蛋白 和可溶性兩類 前者有角蛋白 膠原蛋白和彈性蛋白等 后者有肌球蛋白和纖維蛋白原等 但不包括微管 microtubule 和肌動(dòng)蛋白細(xì)絲 actinfilament 它們是球狀蛋白質(zhì)的長(zhǎng)向聚集體 aggregate 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 角蛋白 角蛋白廣泛存在于動(dòng)物的皮膚及皮膚的衍生物 如毛發(fā) 甲 角 鱗和羽等 屬于結(jié)構(gòu)蛋白 角蛋白中主要的是 角蛋白 角蛋白主要由 螺旋構(gòu)象的多肽鏈組成 一般是由三條右手 螺旋肽鏈形成一個(gè)原纖維 向左纏繞 原纖維的肽鏈之間有二硫鍵交聯(lián)以維持其穩(wěn)定性例如毛的纖維是由多個(gè)原纖維平行排列 并由氫鍵和二硫鍵作為交聯(lián)鍵將它們聚集成不溶性的蛋白質(zhì) 角蛋白的伸縮性能很好 當(dāng) 角蛋白被過(guò)度拉伸時(shí) 則氫鍵被破壞而不能復(fù)原 此時(shí) 角蛋白轉(zhuǎn)變成 折疊結(jié)構(gòu) 稱為 角蛋白 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 毛發(fā)的結(jié)構(gòu) 一根毛發(fā)周圍是一層鱗狀細(xì)胞 中間為皮層細(xì)胞 皮層細(xì)胞橫截面直徑約為20 m 在這些細(xì)胞中 大纖維沿軸向排列 所以一根毛發(fā)具有高度有序的結(jié)構(gòu) 毛發(fā)性能就決定于 螺旋結(jié)構(gòu)以及這樣的組織方式 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 角蛋白 絲心蛋白 fibroin 這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì) 絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高 質(zhì)地柔軟的特性 但不能拉伸 絲心蛋白是典型的反平行式 折疊片 多肽鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 絲蛋白是由伸展的肽鏈沿纖維軸平行排列成反向 折疊結(jié)構(gòu) 絲蛋白的肽鏈通常是由小側(cè)鏈的Gly Ser Ala組成 每隔一個(gè)殘基就是Gly 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 膠原蛋白 天然的膠原是一個(gè)由3條具有左手螺旋的鏈相互纏繞形成右手超螺旋的分子 膠原的超螺旋結(jié)構(gòu)是靠鏈間氫鍵以及螺旋和超螺旋的反向盤繞維持其穩(wěn)定性的 一個(gè)典型的膠原分子長(zhǎng)300nm 直徑為1 5nm 在每一條左手螺旋的膠原鏈內(nèi) 每一圈螺旋需要3個(gè)氨基酸殘基 螺距為0 94nm 即每一個(gè)氨基酸殘基軸向距離為0 31nm 膠原中含有在其他蛋白中很少出現(xiàn)的羥脯氨酸 Hyp 序列 Gly Pro Hyp 常出現(xiàn)在膠原分子中 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 第四節(jié)纖維狀蛋白質(zhì) 5 超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 超二級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)中相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單位 螺旋或 折疊或 轉(zhuǎn)角 組合在一起 彼此相互作用 形成有規(guī)則的 在空間上能夠辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體 超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型 第五節(jié)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域 多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū) 它是獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體 第五節(jié)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域有時(shí)也稱功能域 一般說(shuō) 功能域是蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單位 功能域可以是一個(gè)結(jié)構(gòu)域 也可以是兩個(gè)或以上結(jié)構(gòu)域組成 結(jié)構(gòu)域之間通常只有一段柔性的肽鏈連接 形成所謂鉸鏈區(qū) 使結(jié)構(gòu)域容易發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng) 第五節(jié)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 6 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) TertiaryStructure 是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu) 超二級(jí)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上 進(jìn)一步盤繞 折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu) 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 球狀蛋白質(zhì) 球狀蛋白質(zhì)可根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)域類型分為4大類 1 全 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)2 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)3 全 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)4 富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì) 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 全 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì) 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì) 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 全 結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì) 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì) 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) Motifs是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分類的基礎(chǔ) 雖然發(fā)現(xiàn)的新蛋白質(zhì)的數(shù)目逐年遞增 但發(fā)現(xiàn)的新的folds的量卻在顯著減少 Proteintertiarystructureismorereliablyconservedthanprimarysequence Proteinswithsignificantprimarysequencesimilarity and orwithdemonstrablysimilarstructureandfunction aresaidtobeinthesameproteinfamily Twoormorefamilieswithlittleprimarysequencesimilaritysometimesmakeuseofthesamemajorstructuralmotifandhavefunctionalsimilarities thesefamiliesaregroupedassuperfamilies 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) Structuralmotifsbecomeespeciallyimportantindefiningproteinfamiliesandsuperfamilies Improvedclassificationandcomparisonsystemsforproteinsleadinevitablytotheelucidationofnewfunctionalrelationships Giventhecentralroleofproteinsinlivingsystems thesestructuralcomparisonscanhelpilluminateeveryaspectofbiochemistry fromtheevolutionofindividualproteinstotheevolutionaryhistoryofcompletemetabolicpathways 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征 1 球狀蛋白質(zhì)分子含有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件 2 球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次 3 球狀蛋白質(zhì)是緊密的球狀或橢球狀實(shí)體 4 球狀蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部 親水側(cè)鏈暴露在分子表面 5 球狀蛋白質(zhì)分子表面有空穴 這種空穴常是結(jié)合底物 效應(yīng)物等配體并行使生物功能的活性部位 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 抗體的抗原結(jié)合部位 第六節(jié)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 7 蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 蛋白質(zhì)精致的三維結(jié)構(gòu)是怎樣獲得的 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)與一維的氨基酸序列信息之間是何關(guān)系 二十世紀(jì)五十年代 ChristianAnfinsen關(guān)于核糖核酸酶變性和復(fù)性的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)揭示了氨基酸序列與蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 7 1蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 天然蛋白質(zhì)分子受到某些物理因素如熱 紫外線照射 高壓和表面張力等或化學(xué)因素如有機(jī)溶劑 脲 胍 酸 堿等的影響時(shí) 生物活性喪失 溶解度降低 不對(duì)稱性增高以及其他的物理化學(xué)常數(shù)發(fā)生改變 這種過(guò)程稱為蛋白質(zhì)變性 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 蛋白質(zhì)變性的實(shí)質(zhì)是蛋白質(zhì)分子中的次級(jí)鍵被破壞 引起天然構(gòu)象解體 變性不涉及共價(jià)鍵 肽鍵 的破裂 一級(jí)結(jié)構(gòu)仍保持完好 變性因素除去后 變性蛋白又可重新恢復(fù)到天然構(gòu)象 這一現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的復(fù)性 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 7 2核糖核酸酶的變性和復(fù)性試驗(yàn) 變性 加8mol L尿素或6mol L鹽酸胍和巰基乙醇 還原二硫鍵 酶變性 緊密結(jié)構(gòu)伸展成松散的無(wú)規(guī)卷曲構(gòu)象 復(fù)性 將尿素等變性劑和巰基乙醇用透析法除去 酶活性又可恢復(fù) 最后達(dá)原活性的95 100 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 結(jié)論 氨基酸序列決定三級(jí)結(jié)構(gòu) 問(wèn)題 二硫鍵的形成是否決定三級(jí)結(jié)構(gòu) 實(shí)驗(yàn) 酶變性后 首先透析除去巰基乙醇 Cys氧化后 除去尿素 酶活性只恢復(fù)到原活性的1 結(jié)論 二硫鍵只能在多肽鏈折疊成正確的結(jié)構(gòu)之后形成 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 蛋白質(zhì)的變性和復(fù)性是一個(gè)協(xié)調(diào)過(guò)程 在所加變性劑很窄的濃度范圍內(nèi) 或很窄的pH或溫度區(qū)間內(nèi)突然發(fā)生 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 7 3 蛋白質(zhì)的折疊可能是通過(guò)中間體的累進(jìn)穩(wěn)定性 Progressivestabilizationofintermediates 而非隨機(jī)組合 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) Considerasmallproteinwith100residues Ifeachresiduecanassumethreedifferentconformations thetotalnumberofstructureswouldbe3100 whichisequalto5 1047 Ifittakes10 13stoconvertonestructureintoanother thetotalsearchtimewouldbe5 1047 10 13s whichisequalto5 1034s or1 6 1027years 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 1040ofkeystrokestoabout2800 thepowerofcumulativeselection 7 4 分子伴侶 Chaperone 伸展或部分折疊的蛋白質(zhì)在高濃度時(shí)傾向于聚集 在體內(nèi)蛋白質(zhì)能在很稠的介質(zhì)中高效發(fā)生的原因是因?yàn)榉肿影閭H的參與 分子伴侶包括大量不同的蛋白質(zhì)家族 這些蛋白質(zhì)的功能包括幫助蛋白質(zhì)的折疊和裝配 穩(wěn)定去折疊的蛋白質(zhì) 對(duì)蛋白質(zhì)去折疊以便轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)膜或進(jìn)入蛋白降解途徑等 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 分子伴侶的特性 分子伴侶通常與去折疊的或部分折疊的蛋白質(zhì)相互作用 他們可以促進(jìn)蛋白質(zhì)正確折疊或穩(wěn)定非天然蛋白構(gòu)象 它們不與天然蛋白相互作用 也不會(huì)成為折疊后蛋白結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分 分子伴侶對(duì)底物的特異性不同 分子伴侶協(xié)助蛋白質(zhì)折疊的過(guò)程中需要與ATP的水解偶聯(lián) 在細(xì)胞脅迫 cellstress 的情況下 分子伴侶的表達(dá)通常會(huì)增加 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) FamiliesOfMolecularChaperones 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) Smallheatshockproteins hsp25 holders protectagainstcellularstresspreventaggregationinthelens cataract Hsp60system cpn60 GroEL ATPase un folders proteinfoldingHsp70system DnaK BiP ATPase un folders stabilizationofextendedchainsmembranetranslocationregulationoftheheatshockresponse 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) Hsp90 holder bindingandstabilization regulationofsteroidreceptors proteinkinasesBufferforgeneticvariation Hsp100 Clp ATPase unfolder thermotolerance proteolysis resolubilizationofaggregatesCalnexin calreticulinglycoproteinmaturationintheERqualitycontrolFoldingcatalysts PDI PPI folders Prosequences alpha lyticprotease subtilisin intramolecularchaperones folders 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 根據(jù)分子生物學(xué)一個(gè)中心原理 順序規(guī)定構(gòu)象 活性依靠結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是可預(yù)測(cè)的 全新蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)和蛋白質(zhì)工程更需要蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) 氨基酸殘基在二級(jí)結(jié)構(gòu)中的相對(duì)出現(xiàn)頻率 第七節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè) The helixcanberegardedasthedefaultconformation Branchingatthe carbonatom asinvaline threonine andisoleucine tendstodestabilize helicesbecauseofstericclashes Theseresiduesarereadilyaccommodatedin strands inwhichtheirsidechainsprojectoutoftheplanecontainingthemainchain Serine aspartate andasparaginetendtodisrupt helicesbecausetheirsidechainscontainhydrogen bonddonorsoracceptorsi