蛋白质的折叠教程.ppt

图 不同条件下蛋白折叠和去折叠过程中自由能变化的概貌。其中，U是在极端去折叠条件下的非折叠态，D是一般去折叠条件下的变性态（大部分去折叠，仍有一小部分处于有结构的凝缩状态），I是主要的折叠中间体（如熔球体等），?是折叠过程中自由能的最高点（即过渡态TS）， N是天然状态。（A）是从去折叠态到天然态的过程，因为天然态N的自由能显著地低于去折叠态U和中间态I，故可以观察到D和I两种中间体。 （B）和（C）呈现两态折叠，观察不到中间体，因为，中间体的自由能高于或接近于天然态N。 （D）是去折叠过程，部分去折叠的状态N*可能会被作为中间体观察到。 虽然蛋白的两态折叠与多态折叠图景，都已在实验上被观察到，也被计算机模拟所证实，但是蛋白折叠类型的决定因素尚不十分清楚。 图 描述蛋白折叠的一个典型的能量漏斗 通过二硫键捕捉中间体 含有二硫键的一些蛋白质需要二硫键来稳定其折叠构象。在这种情况下，即使不存在变性剂，被还原的蛋白质也是去折叠的，而且蛋白折叠和二硫键形成相耦联。去折叠和再折叠过程中可以捕捉和分离到积聚了不同数量二硫键的蛋白质，并对其二硫键加以鉴定。对二硫键相互作用的动力学和热力学的控制能力能了解到中间体的动力学作用。分子间二硫键形成速度反映了蛋白质构象变化，这仅适用于去折叠蛋白二硫键被破坏的情况。 在捕捉到二硫键的同时，也可以有效地捕捉到指导二硫键形成的构象信息。蛋白质二硫键和构象的稳定性是相互联系的。一个特定的二硫键无论对那种构象的稳定程度都是相同的，是热稳定的需要。如果构象不受捕捉过程影响，那么可以从捕捉中间体的构象中获得蛋白质构象折叠的基本证据。 大蛋白质的折叠 大蛋白质分子是由多结构域、多亚基或二者联合组成。蛋白质经水解可以切下每一个结构域，或通过蛋白工程方法获得相应的片段。在许多情况下分离的结构域和完整蛋白一样具有相同的稳定性，而且每个结构域在完整蛋白质上是独立的结构单位。独立的结构域象单结构域蛋白质一样去折叠和再折叠，在不同条件下，蛋白质折叠时会产生复杂的去折叠曲线。 在多结构域和多亚基蛋白质的整个折叠过程中，随着限速步骤之前结构域和亚基的预先折叠，配体能够影响多结构域和多亚基蛋白质的再折叠速度。由于质量作用的原因，配体特异的结合到蛋白质上总是可以稳定其构象。如果在折叠过程中配体连接到中间体的一个折叠结构域或者一个亚基时，中间体会更加稳定，因而这种稳定可改变蛋白质再折叠的速度。 复习题 1.蛋白质的去折叠及其变性作用 2.蛋白质的熔球中间态及其特征 3.蛋白质折叠的机制（模型） 4.蛋白质折叠研究的意义和前景。 5.举例由蛋白质错误折叠引起的疾病 6.两态折叠和多态折叠 7.分子伴侣概念及其在蛋白折叠中的意义。 疏水塌缩模型（Hydrophobic Collapse Model）在疏水塌缩模型中，疏水作用力被认为是在蛋白质折叠过程中起决定性作用的力的因素。在形成任何二级结构和三级结构之前首先发生很快的非特异性的疏水塌缩。 扩散-碰撞-粘合机制 （Diffusion-Collision-Adhesion Model）该模型认为蛋白质的折叠起始于伸展肽链上的几个位点，在这些位点上生成不稳定的二级结构单元或者疏水簇，主要依靠局部序列的近程或中程（3-4个残基）相互作用来维系。它们以非特异性布朗运动的方式扩散、碰撞、相互黏附，导致大的结构生成并因此而增加了稳定性。进一步的碰撞形成具有疏水核心和二级结构的类熔球态中间体的球状结构。球形中间体调整为致密的、无活性的类似天然结构的高度有序熔球态结构。最后无活性的高度有序熔球态转变为完整的有活力的天然态。 成核-凝聚-生长模型（Nuclear-Condensation-Growth Model）根据这种模型，肽链中的某一区域可以形成“折叠晶核”，以它们为核心，整个肽链继续折叠进而获得天然构象。所谓“晶核”实际上是由一些特殊的氨基酸残基形成的类似于天然态相互作用的网络结构，这些残基间不是以非特异的疏水作用维系的，而是由特异的相互作用使这些残基形成了紧密堆积。晶核的形成是折叠起始阶段限速步骤。 拼版模型（Jig-Saw Puzzle Model）此模型的中心思想就是多肽链可以沿多条不同的途径进行折叠, 在沿每条途径折叠的过程中都是天然结构越来越多, 最终都能形成天然构象, 而且沿每条途径的折叠速度都较快, 与单一途径折叠方式相比, 多肽链速度较快, 另一方面, 外界生理生化环境的微小变化或突变等因素可能会给单一折叠途径造成较大的影响，而对具有多条途径的折叠方式而言, 这些变化可能给某条折叠途径带来影响, 但不会影响另外的折叠途径, 因而不会从总体上干扰多肽链的折叠, 除非这些因素造成的变化太大以致于从根本上影响多肽链的折叠。 分子伴侣 1978