二,蛋白质折叠.ppt

Chapter 3 Protein Folding and Localization Protein Folding Protein Assembly Protein Localization Protein Degradation §3.1 蛋白质分子的折叠 一条完全伸展的肽链基本上没有生物活性，必须折叠成具有独特三维空间结构才能展现其功能。 生物体内绝大多数蛋白分子都以寡聚体(oligomer)——即由2个或更多具有相对独立三维结构的相同或不同亚基进一步通过非共价作用组装而形成的一种结构形式。 一、新生肽链需折叠成特定的天然构象 1、有关蛋白折叠的几个问题 具有特定生物学活性的蛋白质都有特定的三维结构，即天然构象。可以通过X-光衍射或NMR测定 折叠过程的重要性：如折叠异常则不能形成活性蛋白 许多疾病与蛋白质的不正常折叠及聚集有关 蛋白质分子是如何从一条新合成的伸展肽链形成三维结构的？ CB Anfinsen 用纯化的核糖核酸酶分子在体外进行变性/复性实验证明：蛋白质肽链形成三维结构所需信息全部储存于一级结构 （1972年诺贝尔化学奖） 存在问题： 体内、体外溶液环境不同，蛋白质浓度也不一样，体外观察到的蛋白质折叠过程是否也适用于体内情况？ 多肽链上氨基酸序列与蛋白质的折叠是否存在某种“密码”？ ——生物信息学研究蛋白质构象 新生肽链的折叠何时、何地开始？ 二、蛋白质折叠的研究方法 1、热力学——微热量测定 测定蛋白质折叠过程中所产生的微小热量来估算一个蛋白质溶液在热变性中的焓变，由此推算一个蛋白质在生理条件下折叠时自由能的变化 蛋白质本身折叠后有序性增强，熵降低，但是整个溶液熵增强 熵——热力学中衡量物质有序性，整个宇宙的熵是趋向增强的 2、动力学 以光谱学方法跟踪蛋白质折叠的全动态过程（CD，NMR） 建立理论模型 三、蛋白质折叠的控制系统 1、蛋白质折叠发生时间 原核生物可能在翻译后进行，真核生物可能是伴随翻译进行 2、质量控制/保障系统 分子伴侣蛋白：结合非折叠的蛋白质，阻止未折叠好的蛋白质之间形成无活性的聚集体，从而帮助多肽链有效折叠 依赖于ATP的蛋白水解酶：降解清除遭遇不可逆损伤而无法正确折叠的蛋白质分子 内质网腔中质量控制系统：只有折叠、组装和修饰都正常的蛋白质才被分泌 Chaperone and chaperone-mediated protein folding ----’Mol Cell Bio, 5th edition’ §3.2 寡聚蛋白的组装 一、体内蛋白质绝大部分都以寡聚体或多聚体存在 结构性蛋白质——多聚体较多，如胶原蛋白，细胞骨架蛋白，病毒外壳 功能性蛋白质——寡聚体较多，如膜受体，血红蛋白 原因 热力学角度，聚合体比单体/游离亚基稳定 生物功能： （1）转录、翻译水平上更有效控制错误合成的危害 （2）在一些相对较小的表面上分布多个底物或配基结合位点------膜受体调控位点 （3）可根据环境中的关键代谢物（底物、产物、信号分子等）的含量高低对自身活性进行相应调整——更经济 （4）在多酶催化的代谢途径中更快结合底物，即多酶复合体中“底物隧道”现象。 丙酮酸脱氢酶复合体包括丙酮酸脱羧酶、二氢硫辛酸乙酰转移酶和二氢硫辛酸脱氢酶，整个丙酮酸氧化脱羧反应过程中，中间产物并不离开酶复合体 （5）对于部分蛋白质来说，寡聚化可以看作是折叠的延续。 转录因子展现活性时发生二聚化（c-Jun+fos --- AP-1)，部分膜受体二聚化(JAK-STAT) 二、组装过程——分子特异性识别 “结构域对换模型”（domain swapping model） 一个亚基的一个“结构域”被另一相同亚基的结构域置换，从而相互契合 §3.3 Protein Localization 一、定位于不同部位的蛋白分子带有不同的结构信号 基因表达——蛋白质——折叠，分泌——定位 20世纪70年代，Blobel提出信号假说，认为蛋白质具有内在的支配它们在细胞内的转运和定位的信号 Proteins synthesized on free ribosomes in the cytosol are directed after their release to specific destinations by short signal motifs （一）线粒体蛋白的定位 以放射性同位素(125I, 3H, 35S)标记示踪技术表明，线粒体中多数蛋白是在胞浆中合成后转运到线粒体中的。 蛋白以“前体蛋白”形式合成，N-端一般带有一段不完全相同但含有共同模体的基质导入序列 特征：富含带正电的氨基酸（Arg, Lys)，不含酸性氨