蛋白質高級結構形成

關于蛋白質高級結構形成第1頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六蛋白質分子中的結構層次

一級結構→二級結構→超二級結構→結構域→三級結構→亞基→四級結構第2頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六定義：蛋白質的一級結構指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質的一級(共價)結構主要的化學鍵：肽鍵，有些蛋白質還包括二硫鍵。

第3頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六二、蛋白質的二級結構定義：蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象。蛋白質多肽鏈本身的折疊盤繞方式。

主要的化學鍵：氫鍵、鹽鍵、疏水鍵、范德華力

第4頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六

（二）蛋白質二級結構的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

第5頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六2、結構域

多肽鏈在超二級結構基礎上進一步繞曲折疊成較為緊密的近似球狀或纖維狀、具有部分生物功能的結構，稱為結構域(domain)大分子蛋白質的三級結構常可分割成一個或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結構域(domain)。第6頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六1、超二級結構（Supersecondarystructure）在蛋白質分子中，由若干相鄰的二級結構單元組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級結構組合體。

幾種類型的超二級結構：ααβββαβ（三）二、三級過渡態(tài)——

蛋白質的超二級結構和結構域第7頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六三、蛋白質的三級結構（二）主要的化學鍵非共價鍵：疏水鍵:多肽鏈上疏水性較強的氨基酸的非極性側鏈避開水相自相粘附聚集在一起，形成空穴。離子鍵（鹽健）:由蛋白質中正、負電荷的側鏈基團相互接近，通過靜電吸引而形成的基團之間的作用力。氫鍵：

范德華力等（一）定義：整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。由一個或多個結構域組裝而成的結構。第8頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六亞基之間的結合力主要是氫鍵和離子鍵。四、蛋白質的四級結構蛋白質分子中各亞基的空間排布、亞基間通過非共價鍵聚合而成的特定構象，稱為蛋白質的四級結構。由多條多肽鏈組成的蛋白質，肽鏈間相互以非共價鍵聯(lián)結成一個活性單位，這種肽鏈就稱為該蛋白質的亞基。第9頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六蛋白質折疊的原理Anfinsen學說：自組裝（self-assembly）Ellis1987年提出了蛋白質“輔助性組裝學說”。體內蛋白質折疊往往需要其他輔助因子參與，并伴有ATP的水解。因此，蛋白質折疊是一個熱力學過程，也受動力學控制。有的學者基于有些相似氨基酸序列的蛋白質具有不同的折疊結構，而一些不同氨基酸序列的蛋白質在結構上卻相似的現(xiàn)象，提出了mRNA二級結構可能作為一種遺傳密碼從而影響蛋白質結構的假說。目前為止，對蛋白質折疊機制的認識仍是不完整的，甚至有些方面還存在著錯誤的觀點。第10頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六細胞內的蛋白質折疊

體內折疊過程往往與翻譯共啟始，因此，N-末端蛋白開始折疊，而C-末端部分仍在合成。氨基酸序列與折疊密切相關化學修飾往往與肽鏈的折疊密切相關折疊是有序的、由疏水力推動的協(xié)同過程。最近的理論提出了蛋白質折疊氫鍵的貢獻伴侶分子在折疊中起著輔助性的作用折疊在越膜轉運過程中：解開折疊后才能越膜。第11頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六蛋白質折疊的途徑獨立折疊熱休克蛋白70輔助蛋白質折疊HSP70和伴侶協(xié)助配合下折疊第12頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六蛋白質折疊的理論模型框架模型（FrameworkModel）疏水塌縮模型（HydrophobicCollapseModel）擴散-碰撞-粘合機制（Diffusion-Collision-AdhesionModel）成核-凝聚-生長模型（Nuclear-Condensation-GrowthModel）拼版模型（Jig-SawPuzzleModel）第13頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六

分子伴侶（chaperon）概念：伴隨蛋白質構象正確形成的一類蛋白質。類別：分子伴侶蛋白折疊酶DNA分子伴侶功能：①結合疏水基團②校正③指導二硫鍵正確配對等第14頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六分子伴侶提出1987，Lasky首先將細胞核內能與組蛋白結合并能介導核小體有序組裝的核質素（nucleoplasmin）稱為分子伴侶。1987Ellis的定義，一類在序列上沒有相關性但有共同功能的蛋白質，在細胞內幫助其他多肽完成正確組裝，而在組裝完后與之分離1987年，Ikemura發(fā)現(xiàn)枯草桿菌素的折疊需要前肽（propeptide）的幫助。Shinde和Inouye將這類前肽稱為分子內伴侶（intramolecularchaperones）。第15頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六分子伴侶的特征分子伴侶對靶蛋白沒有高度專一性，同一分子伴侶可以促進多種氨基酸序列完全不同的多肽鏈折疊成為空間結構。蛋白質性質和功能都不相關。催化效率很低。需要水解ATP，構象改變，釋放底物，進行再循環(huán)。它是阻止錯誤折疊，而不是促進正確折疊。多能性（脅迫保護，防止交聯(lián)聚沉，轉運，調節(jié)轉錄和復制，組裝細胞骨架）進化保守性第16頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六分子伴侶的作用機制分子伴侶的功能是識別新生肽段折疊過程中暫時暴露的錯誤結構并與之結合生成復和物，從而防止這些表面間過早的相互作用，阻止不正確的非功能折疊途徑，抑制不可逆聚合物產生，促進折疊向正確方向進行。分子伴侶的作用機制實際上就是它如何與靶蛋白識別，結合，又解離的機制。第17頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六DNA

chaperones，DNA分子伴侶，是與DNA結合并幫助DNA折疊的蛋白質。DNA分子伴侶中DNA分子包圍在蛋白質分子的表面，既高度有序，又一定程度上的結構改變。這種相互作用對DNA的轉錄，復制及重組十分重要。如在核小體中NA的包裝。DNA分子伴侶的作用就是幫助DNA進行折疊和扭曲，從而把DNA穩(wěn)定在一個適合于和蛋白結構的特定構型中。這種結合是協(xié)同的，可逆的。分子伴侶與最終闡明中心法則--當前主要問題有密切關系。DNA分子伴侶第18頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六分子伴侶的作用過程分子伴侶作用的第一步是識別。一般的分子伴侶識別特異性不高，識別非天然構象，而不是天然的構象。有的分子伴侶-“私有分子伴侶”

具高度專一性。分子伴侶識別所謂熔球體結構（moltenglobule），熔球體可能是有疏水表面。分子伴侶作用的第二步是與靶蛋白形成復合物。分子伴侶常以多聚體形式形成中心空洞的結構，電子顯微鏡已觀察到由二圈圓面包圈形組成的十四體groel分子和一個一層圓面包圈的七體groes分子作用形成中空的非對稱籠狀結構（cage

model），推測靶蛋白可以在與周圍環(huán)境隔離的中間空腔內不受干擾的進一步折疊。第19頁，共22頁，2022年，5月20日，4點51分，星期六幫助蛋白質折疊的酶幫助蛋白質折疊的酶目前只有兩個：蛋白質二硫鍵異構酶(protein

disulfid