20091 蛋白质折迭与折迭病.ppt

蛋白质折叠与折叠病 您知道蛋白质折叠吗？ 您知道“蛋白质折叠病”吗？ 您知道蛋白质折叠有多复杂吗？ 蛋白质折叠的定义 蛋白质凭借相互作用在细胞环境(特定的酸碱度、温度等)下自己组装自己，这种自我组装的过程被称为蛋白质折叠 蛋白质折叠问题是生命科学领域的前沿课题之一，并且被列为“21世纪的生物物理学”的重要课题，它是分子生物学中心法则尚未解决的一个重大生物学问题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结构并进一步预测其功能，是极富挑战性的工作。研究蛋白质折叠，尤其是折叠早期过程，即新生肽段的折叠过程是全面的最终阐明中心法则的一个根本问题。 蛋白质折叠问题为什么会称为当今生物学领域中的研究热点之一？ 破译生命的另一半遗传密码，完善中心法则 蛋白质分子设计及蛋白质工程的需要 越来越多的基因工程产物需要复性复活，要求蛋白质折叠的理论及技术作为指导 研究的源动力 卡里顿·加德赛克 美国国立卫生研究院病毒和神经研究室主任，因发现神经性传染性疾病的新病因和传播新机制而获得1976年诺贝尔医学/生理学奖。 加德赛克在新几内亚岛发现了一种奇怪的疾病 ，当地的土著人称之为“kuru”。由于找不到病因，被当地人称为“终极巫术”。 Kuru在当地的含义是颤抖，因某种未知的寒冷或恐惧而颤抖。一旦Kuru的颤抖开始，就不可逆转，诅咒会越来越烈，直至死亡为止。Kuru的诅咒非常残酷：先是不可抑制的颤抖，然后丧失行走能力及无法言语，接着瘫痪。但中了巫术的人至死心智都很清醒，不会陷入昏睡状态，因此格外痛苦。 蛋白质折叠研究的背景 遗传信息的传递 蛋白质折叠研究的概况 20世纪60年代，安芬森（Anfinsen）基于还原变性的牛胰RNase的研究提出“自组装学说” Ellis 于1987年提出了蛋白质折叠的“辅助性组装学说”。 mRNA的二级结构可能作为一种遗传密码从而影响蛋白质结构的假说 那么，蛋白质的氨基酸序列究竟是如何确定其空间构象的呢？ 蛋白质折叠的研究内容 蛋白质折叠的研究，狭义的定义就是研究蛋白质特定三维空间结构形成的规律、稳定性及与其生物活性的关系。 在概念上有热力学的问题和动力学的问题； 蛋白质在体外折叠和在细胞内折叠的问题； 有理论研究和实验研究的问题。 蛋白质折叠的研究内容 最根本的科学问题就是多肽链的一级结构到底如何决定它的空间结构？ 既然前者决定后者，一级结构和空间结构之间肯定存在某种确定的关系，这是否也像核苷酸通过“三联密码”决定氨基酸顺序那样有一套密码呢？ 后来，有人把这设想的一级结构决定空间结构的密码叫作“第二遗传密码”。 第二遗传密码 完整的提法应该是遗传密码的第二部分，即蛋白质中氨基酸序列与其空间结构的对应关系，国际上称之为第二遗传密码或折叠密码 Anfinsen原理： 自发折叠概念的转变(有帮助的肽链的自发折叠和组装) 三联密码的解决 国外对蛋白质折叠的研究 第二遗传密码的特点 简并性 在第一遗传密码中有所谓“简并性”，即同一AA可以由不同密码子所编码，如CGA 和AGC 都编码为Arg，UCC 和AGU都编码为Ser等。 第二密码也同样有简并性。现在已经知道有很多氨基酸序列不同的肽链可以有极为相似甚至相同的空间结构，这就是第二密码的简并性。 简并性的证据 1、不同生物体中执行相同功能的蛋白质有AA序列上的差异, 但却有相同的整体空间结构。 例如：线粒体Cytc的AA序列已经测定，AA残基数均在104 左右, 但仅在21个位置上的AA在不同生物体的Cytc 是完全相同的，但是所有Cytc 的整体空间结构却是非常相似的。 另外，两个在功能上完全无关的蛋白质，卵类黏蛋白的第三结构域和核糖体结构蛋白L7/L12 的C-末端部分在AA序列上仅有3%相同, 却具有几乎完全相同的空间结构。 2、化学修饰 改变侧链性质，包括大小、极性、电荷、氢键形成能力等的影响。 晶体衍射结构分析的结果表明：在分子内部引入大小不同的疏水基团的结果，只不过是使某些侧链基团在位置上有所重排，但并不影响分子的总体结构。 3、定点突变研究 定点突变技术的建立为蛋白质结构功能关系研究提供了极大的方便。例如：金黄色葡萄球菌核酸酶是研究得最多的蛋白之一 结果表明：某些个别键的破坏并不能对结构起到决定性的作用，所以个别残基的单独替换不会对分子的总体构象产生明显的影响。甚至把整段序列用相同残基构成的序列所取代，生物活性都没有明显影响。 多意性 某些相同的氨基酸序列还可以在不同条件下决定不同的空间结构，这种情况可以称之为第二遗传密码的多意性。 例如，Prusiner对天然型和感染型朊病毒(prion)的研究。天然型朊病毒(PrPc)在正常动物体内存在, 不导致疾病, 而感染型的朊病毒(Pr