第5章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

1、,第五章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),在生物學(xué)條件下一種蛋白質(zhì)占優(yōu)勢的構(gòu)象只有一種（或少數(shù)幾種），它們是熱力學(xué)上最穩(wěn)定的，并且具有生物學(xué)活性，這種構(gòu)象稱為天然蛋白質(zhì)（native protein）。,第五章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu),主要內(nèi)容,研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法穩(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)的二級結(jié)構(gòu)纖維狀蛋白質(zhì)超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu)亞基締合與四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的變性與折疊,第五章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)

2、,1、研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法,X-射線衍射——蛋白質(zhì)晶體核磁共振（NMR）——高濃度蛋白質(zhì)溶液圓二色性、拉曼光譜、掃描隧道顯微鏡,第1節(jié) 研究蛋白質(zhì)構(gòu)象的方法,第二節(jié) 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力,2、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,第二節(jié) 穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力,天然蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性是相當(dāng)脆弱的，生理?xiàng)l件下，折疊態(tài)和解折疊態(tài)之間的吉布斯自由能變化僅為65KJ/m

3、ol。疏水相互作用在穩(wěn)定蛋白質(zhì)的構(gòu)象方面起突出的作用,3、多肽主鏈折疊的空間限制3.1 肽鍵,一個(gè)多肽鏈的骨架是由通過肽鍵連接的重復(fù)單位N—Cα—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α-碳原子，形成一個(gè)肽單位,第3節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制,酰胺氮上的孤對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

4、鍵長0.149nm C=N雙鍵鍵長0.127nm 肽鍵鍵長0.132nm 2.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（amide plane）。 4.幾乎所有的肽單位處于反式構(gòu)象，只有約6%的Pro殘基處于順勢構(gòu)象。,第3節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制,3.2、多肽主鏈折疊的空間限制,一個(gè)

5、蛋白質(zhì)的構(gòu)象取決于肽單位繞N-Cα和Cα-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-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的二面角稱φ，繞Cα-C鍵旋轉(zhuǎn)的稱ψ。,第3節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制,當(dāng)φ或ψ旋轉(zhuǎn)鍵所在的酰胺平面的取向二等分H-Cα-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φ=0°或ψ=0°,第3節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制,從Cα沿鍵軸方向觀察，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的φ或ψ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

6、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障礙。,第3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)對應(yīng)于一對二面角（ φ或ψ ），代表一個(gè)Cα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 α的成對二面角都畫在圖上，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3節(jié)多肽主鏈折疊的空間限制,4、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的排列,

7、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。常見的二級結(jié)構(gòu)元件主要有?-螺旋、?-折疊、?-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲。,第4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),4.1 α-螺旋,α-螺旋是蛋白質(zhì)中最常見，最典型、含量最豐富的二級結(jié)構(gòu)元件。1950年，L.Pauling預(yù)測出能夠穩(wěn)定存在的α-螺旋結(jié)構(gòu),第4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),α-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

8、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4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(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。 ?-螺旋折疊過程中存在協(xié)同性。,第4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),Make fists of your two

9、hands with thumbs outstretched and pointing straight up. Looking at your right hand, think of a helix spiraling up your right thumb in the direction in which the other four fingers are curled as shown (counterclockwise)

10、. The resulting helix is right-handed. Your left hand will demonstrate a lefthanded helix, which rotates in the clockwise direction as it spirals up your thumb.,第4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),a simple method for determining whether a hel

11、ical structure is right-handed or left-handed.,影響α-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4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),4.2、 ?-折疊,?-折疊也稱

12、?-結(jié)構(gòu)或?-構(gòu)象，它是蛋白質(zhì)中第二種最常見的二級結(jié)構(gòu)。,第4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(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4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),4.3、 ?-轉(zhuǎn)角,肽鏈在某處回折180°所形成的結(jié)構(gòu)

13、，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4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(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φ角，因此，一定程度上迫使?-轉(zhuǎn)

14、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4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),4.4、無規(guī)卷曲,泛指那些不能被歸入明確的二級結(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4節(jié) 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),5、纖維狀蛋白質(zhì),纖維狀蛋白質(zhì)(fibrous protein)廣泛地分布于脊椎和無脊椎動物體內(nèi)，它是動物體的基本支架和外表保護(hù)成分，占脊椎動物體內(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

15、規(guī)則的線型結(jié)構(gòu)，這與其多肽鏈的有規(guī)則二級結(jié)構(gòu)有關(guān)，而有規(guī)則的線型二級結(jié)構(gòu)是它們的氨基酸順序的規(guī)則性反映。,第5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)和肌動蛋白細(xì)絲(actin filament)，它們是球狀蛋白質(zhì)的長向聚集體(aggregate)。,第5節(jié) 纖維狀蛋白質(zhì),?-角蛋白,角

16、蛋白廣泛存在于動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

17、?-折疊結(jié)構(gòu)，稱為?-角蛋白。,第5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5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

18、鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象。,第5節(jié) 纖維狀蛋白質(zhì),第5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5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300nm、直徑為1.5nm。在每一條左手螺旋

19、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5節(jié) 纖維狀蛋白質(zhì),第5節(jié) 纖維狀蛋白質(zhì),6、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域,超二級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)中相鄰的二級結(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)的二級結(jié)構(gòu)組合體。超二級結(jié)構(gòu)的基本類

20、型：??、 ???、??,第6節(jié) 超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域,結(jié)構(gòu)域：多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體。,第6節(jié) 超二級結(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，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)生相對運(yùn)動。,第6節(jié) 超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域,7、球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu)

21、,蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(Tertiary Structure)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)、超二級結(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7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(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α-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)2、α,β-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)3、全β-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)4、富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì),第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),全α-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì),第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),α,β-

22、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì),第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),全β-結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì),第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),富含金屬或二硫鍵蛋白質(zhì),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7節(jié) 球狀蛋白

23、質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),抗體的抗原結(jié)合部位,第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),為什么在蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之間要加入一個(gè)“超二級結(jié)構(gòu)”的概念呢？“超二級結(jié)構(gòu)”與蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系是什么呢？,超二級結(jié)構(gòu)(super-secondary structure) = Motif = Folding unitsIn a chain-like biological molecule, such as a prote

24、in or nucleic acid, a structural motif （結(jié)構(gòu)花式） is a three-dimensional structural element within the chain。Some motifs may be regarded as a combination of secondary structures, for example, the helix-turn-helix motif. Ot

25、her motifs, especially in proteins, consist of only a small number of amino acids or functional groups and do not depend on the secondary structure.Folding units describe similar spatial arrangements of regular seconda

26、ry structures in the proteins.,第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),幾個(gè)概念：,Proteins with significant primary sequence similarity, and/or with demonstrably similar structure and function, are said to be in the same protein family. Two or more

27、families with little primary sequence similarity sometimes make use of the same major structural motif and have functional similarities; these families are grouped as superfamilies.,第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),Protein tertiary struct

28、ure is more reliably conserved than primary sequence.,第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),一個(gè)事實(shí)：,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。,蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其功能。蛋白質(zhì)家族、超家族體現(xiàn)的是蛋白質(zhì)功能的相似性。結(jié)構(gòu)花式是定義蛋白質(zhì)家族、超家族的重要依據(jù)。對于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)花式（折疊單元）的分類和比較將有助于更加清晰地發(fā)現(xiàn)新的功能關(guān)系。也有助于認(rèn)識蛋白

29、個(gè)體或生物代謝途徑等的進(jìn)化過程。為人類定向構(gòu)造出新功能蛋白質(zhì)提供線索。,第7節(jié) 球狀蛋白質(zhì)與三級結(jié)構(gòu),8、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),四級結(jié)構(gòu)是指由兩 個(gè)或兩個(gè)以上具有三級結(jié)構(gòu)的亞基按一定方式聚合而成的特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。通常亞基只有一條多肽鏈，但有的亞基由兩條或多條多肽鏈組成，這些多肽鏈間多以二硫鍵相連。亞基單獨(dú)存在時(shí)無生物學(xué)活性。 亦可以說，具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白屬于寡聚蛋白。（寡聚蛋白中亞基可以是相同的或不相同的，亞基相同時(shí)，分子具有對

30、稱性）實(shí)質(zhì)：蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)實(shí)際上研究亞基之間的相互作用、空間排布及亞基接觸部位的空間布局。,第8節(jié) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的主要作用力,在蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。即亞基之間通過次級鍵彼此締合在一起（二硫鍵？）疏水鍵是最主要的作用力。,第8節(jié) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),四級結(jié)構(gòu)對稱性,是四級結(jié)構(gòu)蛋白主要性質(zhì)之一，有旋轉(zhuǎn)對稱軸，如二聚體，四聚體。,第8節(jié) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),四

31、級締合在結(jié)構(gòu)和功能上具有優(yōu)越性,可增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;提高遺傳經(jīng)濟(jì)性和效率，使編碼所需DNA減少;可使催化基團(tuán)匯集在一起；具有協(xié)同性和別構(gòu)效應(yīng)。,第8節(jié) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),別構(gòu)效應(yīng)：多亞基蛋白質(zhì)一般具有多個(gè)結(jié)合部位，結(jié)合在蛋白質(zhì)分子的特定部位上的配體對該分子和其他部位所產(chǎn)生的影響（如改變親和力或催化能力）稱為別構(gòu)效應(yīng)。具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)為別構(gòu)蛋白質(zhì)，酶稱為別構(gòu)酶，具有調(diào)節(jié)代謝的功能。,第8節(jié) 蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu),9、蛋白質(zhì)的變性與折

32、疊,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，Christian Anfinsen 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9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,9.1 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，不對稱性增高以及其

33、他的物理化學(xué)常數(shù)發(fā)生改變，這種過程稱為蛋白質(zhì)變性。,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,蛋白質(zhì)變性的實(shí)質(zhì)是蛋白質(zhì)分子中的次級鍵被破壞，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9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,9.2 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

34、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9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,結(jié)論：氨基酸序列決定三級結(jié)構(gòu)。問題：二硫鍵的形成是否決定三級結(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9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,蛋白質(zhì)的變性和復(fù)性是一個(gè)協(xié)調(diào)過程，在所加變性劑很窄的濃度范圍內(nèi)，

35、或很窄的pH或溫度區(qū)間內(nèi)突然發(fā)生。,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,9.3、蛋白質(zhì)的折疊可能是通過中間體的累進(jìn)穩(wěn)定性（Progressive stabilization of intermediates）而非隨機(jī)組合,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,Consider a small protein with 100 residues. If each residue can assume three different conformation

36、s, the total number of structures would be 3100, which is equal to 5 × 1047. If it takes 10-13 s to convert one structure into another, the total search time would be 5 × 1047 × 10-13 s, which is equal to

37、5 × 1034 s, or 1.6 × 1027 years.,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,1040 of keystrokes to about 2800,the power of cumulative selection,9.4、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

38、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)，對蛋白質(zhì)去折疊以便轉(zhuǎn)運(yùn)過膜或進(jìn)入蛋白降解途徑等。,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,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，也不會成為折疊后蛋白結(jié)構(gòu)的一個(gè)組成部分。分子伴侶對底物的特異性不同。分子伴侶協(xié)助蛋白質(zhì)折疊的過程中需要與ATP的水解偶聯(lián)。在細(xì)胞脅迫（cell stress

39、）的情況下，分子伴侶的表達(dá)通常會增加。,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,Families Of Molecular Chaperones,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,Small heat shock proteins (hsp25) [holders]protect against cellular stressprevent aggregation in the lens (cataract)Hsp60 system (cpn60,

40、 GroEL) ATPase [(un)folders]protein foldingHsp70 system (DnaK, BiP) ATPase [(un)folders]stabilization of extended chainsmembrane translocationregulation of the heat shock response,第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,Hsp90 [holder]bindin

41、g and stabilization/regulation of steroid receptors, protein kinasesBuffer for genetic variation?Hsp100 (Clp) ATPase [unfolder]thermotolerance, proteolysis, resolubilization of aggregatesCalnexin, calreticulinglycop

42、rotein maturation in the ERquality controlFolding catalysts: PDI, PPI [folders]Prosequences: alpha-lytic protease, subtilisin (intramolecular chaperones) [folders],第9節(jié) 蛋白質(zhì)的變性與折疊,本章涉及到的基本概念有哪些?真核細(xì)胞中HSP70蛋白的作用有哪些？,問題,,

43、一個(gè)學(xué)生根據(jù)試驗(yàn)得出的下面數(shù)據(jù)而提出一種說法：即很多含有-S-S-鍵的蛋白質(zhì)在空間結(jié)構(gòu)形成的過程中，-S-S-鍵的形成是非隨機(jī)的。它將一系列含有二硫鍵的蛋白質(zhì)在8 mol／L尿素(作為變性劑)存在下，用β-巰基乙醇處理以還原-S-S-鍵。這些試劑用適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ饾u除去，以便使蛋白因二硫鍵的再形成而重新折疊。所得3種蛋白質(zhì)經(jīng)變性和再折疊后生物學(xué)活性的恢復(fù)數(shù)據(jù)如下：,(1)對于含4個(gè)-S-S-鍵的蛋白質(zhì)，如果發(fā)生-S-S-的隨機(jī)再形成，生物學(xué)