蛋白质结构预测的原理与方法（二）王佐.ppt

蛋白质结构预测的原理和方法 一、定义：生物信息学方法预测蛋白质结构：用理论计 算的方法预测蛋白质的三维结构和功能。 二、为什么要采用生物信息学方法来预测蛋白质结构？ ①　第二遗传密码阐明； 　 ②　三维结构测定的重要意义； 　 ③　传统分析蛋白质结构的方法缺陷： 四大谱(质谱、圆二色谱、核磁共振谱、色谱)耗 时费力，由于用X光晶体衍射和NMR核磁共振技术测定蛋白质的三维结构，以及用生化方法研究蛋白质的功能效率不高，无法适应蛋白质序列数量飞速增长的需要； 　④　生物信息学预测蛋白质结构可行性； 　⑤　蛋白质结构预测的关键问题：预测方法。 例：虎纹捕鸟蛛毒素Ⅱ的凝集素功能的发现 突变体功能预测 野生 1 msrvlvpchv kgsvalqvgd vrtsqgrpgv lvidvtfpsv apfeeitfkn yytaflsirv 61 rqytsahtpa kwvtclrdyc lmpdphseeg aqeyvslfkh qmlcdmaris elrlilrqps 121 plwlsftvee lqiyqqgpks psvtfpkwls hpvpceqpal lrevsphpr 突变 1 msrvlvpchv kgsvalqvgd vrtsqgrpgv lvidvtfpsv apfeeitfkn yytaflsirv 61 rqytsahtpa kwatclrdyc ltpdphseeg aqeyvslfkh qmlcdmaris elrlilrqps 121 plwlsftvee lqiyqqgpks psvtfpkwls hpvpceqpal lrevsphpr 三、预测原理 原理： 蛋白质的序列决定了它的三维结 构，也就决定了它的功能。 蛋白质的结构基础： 一级结构； 二级结构； 三级结构； 四级结构（寡聚体，oligomer：由两个或2个以上具有独立三维结构的相同亚基或不同亚基通过非共价键形成的结构） 序列比对（motif） ↓ 二级结构预测(跨膜结构) ↓ 三级结构预测（同源、非同源折叠模式识别） ↓ 蛋白质结构模建（能量优化算化） ↓ 预测结果检验（实验数据、经验） 范德华力； 偶极相互作用； 静电作用； 氢键； 熵效应 五、新生肽链折叠 1.蛋白质折叠问题 天然构象（native conformation）：具有生物学功能的蛋白质的稳定的三维结构，并在发挥功能过程中维持这种空间结构。 动态折叠 折叠的意义：功能形成的需要；异常折叠→蛋白聚集→疾病的发生（退行性神经性疾病、镰刀型红细胞贫血） 正常朊蛋白被变异朊蛋白附着后，会使正常蛋白发生 变异，变异蛋白不断增殖就会导致疯牛病和人类雅各 布氏病。 Anfisen核糖核酸酶的变性与复性/折叠与去折叠实验→蛋白质的三维结构所需要的信息完全储存于蛋白质分子的一级结构中 Anfisen的实验不足之处：体外实验，重折叠 折叠研究必须面对的问题 体外折叠与体内折叠的问题 折叠密码问题 新生链的折叠时间问题：co-translation，posttranslation 能量最低原理 蛋白质折叠实际：非共价键形成(已知)，非共价键如何形成（不知，了解很少）→蛋白质折叠过程的热力学和动力学研究很少 微量热测定技术（microcalorimetry）：研究蛋白质折叠过程热力学参数的技术，主要通过测定所产生的微小热量来估算一个蛋白质溶液在热变性过程中的焓变（enthalpy），估计蛋白质在生理条件下折叠的自由能变化 蛋白质折叠与热力学第二定律 折叠的自由能变化：不大，10-50kj/mol→大多数蛋白质的天然构象不稳定 3.蛋白质折叠的动力学 折叠动力学研究的困难：体内研究的难度，研究的复杂性、快速（毫秒）→无好的公认的物理模型→仅有蛋白质体外的重折叠模型、实验观察、理论模拟等方法 蛋白质体内折叠的高效性 体内折叠的时间性：原核翻译后进行，真核同时进行 分子伴侣（molecular chaperones）：阻止未折叠好蛋白质之间形成无活性的、不可逆聚集体，帮助多肽链在高蛋白浓度环境下的有效折叠的一类蛋白质分子。 例子：热休克蛋白 特点：与蛋白质非天然结构结合，不与天然构象的蛋白质分子结合，通过疏水作用与暴露了疏水表明的非天然蛋白结合 作用：组织新生肽链的不正常聚集，阻止胁迫条件下的蛋白质分子聚集，帮助寡聚体蛋白的组装，帮助蛋白质分子的跨膜转运，解聚聚集的蛋白质分子，维持蛋白质的稳定构象等。 缺点：体外研究结构，体内要复杂得多 2类：分子伴侣，ATP依赖性蛋白水解酶