约束蛋白质折叠路径的成核机制教材分析.ppt

约束蛋白质折叠路径的成核机制 历史回顾 结构生物学是上个世纪八十年代末形成的新兴学科。早期测定生物大分子原子结构（包括蛋白质、DNA和RNA）的手段主要是X光晶体学。从事这方面研究的科学家大多是物理或化学背景。 用于显示生物大分子三维结构的计算机图形硬件和学术软件也刚刚开发出来。 (Evans Sutherland) 其他领域的科学与技术的迅猛发展给结构生物学带来了强大的生命力，使它渗透到生命科学研究的各个领域以及生物医药的研发产业。 因为实验测定生物大分子结构需要投入大量的人力和物力，人们很早就开始思考如何从已有的实验结构中总结出一些普遍规律。 蛋白质氨基酸序列是如何决定它的三维结构的？这些三维结构是否可以分类？有没有类似于基因编码的密码？结构与功能的关系有哪些规律？蛋白质功能是否可以通过设计新的分子结构来改变？等等。 生物信息学概论 内容提要 Levinthal’s Paradox 蛋白质二级结构预测的现状 近邻法＋基于序列－结构局域团簇的可靠度 成核部分的可预测性(80%)高于其他部分 表面可及度分析证明成核部分相对稳定 三维结构的启示 理论与实验的比较 成核机制在折叠模型中的作用－－约束折叠路径的构象系综 Our finding is consistent with both the diffusion-collision and nucleation-condensation mechanisms Residues with higher reliability scores correspond to more stable and more native-like secondary structures. Because the accessible surface areas are calculated using the native folded structures, the stability is most realized when the tertiary structure has been formed. Comparison between experiment and theory Diffusion-collision vs. nucleation-condensation Three-state folders have higher match rate than two-state folders, excluding outliers and inaccurate predictions : 53.3 vs. 49.8 All-beta proteins: 40.1 for 5 proteins, 50.7 if excluding src SH3 and a-spectrin SH3 Beta strand conformation can form rapidly in unfolded state than helix. Intermediate of strands folding into sheet is hard to detect because they are not stable, owing to exposed hydrophobic core, until tertiary structure is formed. (e.g. TNfn3:1ten, TI I27:1tit). So even though they are two-state folders, they may use a mixed mechanism. * 随着人类基因组测序的工作顺利完成，我们进入了后基因组时代，其中一个重要部分是结构基因组学研究。这项研究的目的与传统结构生物学相似，但它的特点是投入前所未有的大量资金进行更大规模的结构测定。国际上的初步目标是确定上万个不同结构。大规模的投入为结构生物学提出了新的目的，可以归纳为以下三点： 确定与人类重大疾病相关的蛋白质结构。 测定尽可能多的序列不同源、折叠不同类的蛋白质结构，由此测绘蛋白质序列与结构的宇宙空间。为生物信息研究提供最佳的蛋白质结构数据库。 测定一个或几个典型细胞中的所有蛋白质结构，以研究它们是如何在细胞中工作的。从而在分子水平上理解细胞的生命过程。 测定蛋白质结构的方法主要有两个：X光晶体学和核磁共振。实验仪器都比较昂贵，需要专业人员操作。X光晶体学还可利用现代同步辐射光源获得更好的数据。实验过程都包括样品制备、数据收集、和数据分析（即结构解析）。 具体地讲，以X光晶体学为例，首先要生产足够量的高纯度的蛋白质，然后要生长出漂亮的可衍射到高分辨