第九章蛋白質(zhì)的研究歷史與方法

蛋白質(zhì)的研究歷史與方法第一節(jié)蛋白質(zhì)研究的歷史回顧

蛋白質(zhì)是一類重要的生物大分子，protein字源出自希臘文，是“最原初的”，“第一重要的”意思

19世紀(jì)30年代中期以前，認(rèn)識(shí)其化學(xué)元素組成情況及原子之間結(jié)合比例，即確定經(jīng)驗(yàn)性的分子式

蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的具有特定空間結(jié)構(gòu)的高分子含氮化合物組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S

有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘

H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，氨基酸分子呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)

1937年，A.W.k.Tiselius建立了研究蛋白質(zhì)的移動(dòng)界面電泳(electrophoresis)方法,于1948年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

1941年，A.J.P.Martin和R.L.M.Synge建立了分配層析(partitionchromatography)技術(shù)，被授予1952年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

TheNobelPrizeinChemistry1948"forhisresearchonelectrophoresisandadsorptionanalysis,especiallyforhisdiscoveriesconcerningthecomplexnatureoftheserumproteins"ArneW.K.TiseliusUppsalaUniversity

Uppsala,Sweden

1902-1971TheNobelPrizeinChemistry1952"fortheirinventionofpartitionchromatography"ArcherJ.P.MartinRichardL.M.Synge

1/2oftheprize1/2oftheprizeNationalInstituteforMedicalResearchLondon,UnitedKingdom

RowettResearchInstituteBucksburn(Scotland),UnitedKingdom1910-20021914-1994

1953年，F(xiàn).Sanger利用紙層析和紙電泳技術(shù)第一次揭示出牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)，開創(chuàng)了以后數(shù)千種蛋白質(zhì)序列分析的先聲，被授予1958年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

TheNobelPrizeinChemistry1958"forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulin"FrederickSanger

UniversityofCambridge

Cambridge,UnitedKingdom

1918–2013年11月TheNobelPrizeinChemistry1980"forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtobinant-DNA""fortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacids"PaulBerg1/2oftheprizeStanfordUniversityStanford,CA,USA1926-WalterGilbertFrederickSanger1/4oftheprize1/4oftheprize

HarvardUniversity,BiologicalLaboratoriesCambridge,MA,USAMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1932-1918-2013年11月

J.C.Kendrew(1958)及M.F.Perutz(1960)利用X射線技術(shù)解析了肌紅蛋白(myoglobin)和血紅蛋白(hemoglobin)的三維結(jié)構(gòu)，使人們第一次能夠洞察生物大分子的空間結(jié)構(gòu)，共同贏得了1962年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

TheNobelPrizeinChemistry1962"fortheirstudiesofthestructuresofglobularproteins"

MaxFerdinandPerutz1/2oftheprizeMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1914-2002JohnCowderyKendrew1/2oftheprizeMRCLaboratoryofMolecularBiologyCambridge,UnitedKingdom1917-1997

20世紀(jì)70年代中后期，GunterBlobel利用體外蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)動(dòng)物細(xì)胞中很多分泌蛋白的跨膜方式，提出“信號(hào)假說”(signalhypothesis)，獲得了1998年的諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

20世紀(jì)50年代后期，E.W.Sutherland發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)cAMP的存在，1971年被授予諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)70年代末80年代初，A.G.Gilman和M.Rodbell獨(dú)立發(fā)現(xiàn)G蛋白的存在，因此二人在1994年獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)“信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)”(signaltransduction)TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994"fortheirdiscoveryofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells"AlfredG.GilmanMartinRodbell1941-1925-1998UniversityofTexas,SouthwesternMedicalCenterDallas,TX,USANationalInstituteofEnvironmentalHealthSciencesResearchTrianglePark,NC,USA

60年代，P.Mitchell提出“化學(xué)滲透學(xué)說”，獲1978年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)70年代，P.D.Boyer提出“結(jié)合改變機(jī)制”；90年代，J.E.Walker測(cè)定ATP合酶的晶體結(jié)構(gòu)，他們共享了1997年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

揭示能量轉(zhuǎn)化機(jī)制TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1993"forcontributionstothedevelopmentsofmethodswithinDNA-basedchemistry"MichaelSmith1944-1932-2000LaJolla,CA,USAKaryB.MullisUniversityofBritishColumbiaVancouver,Canada"forhisinventionofthepolymerasechainreaction(PCR)method""forhisfundamentalcontributionstotheestablishmentofoligonucleotide-based,site-directedmutagenesisanditsdevelopmentforproteinstudies"Nature1998;391:806-811.

Potentandspecificgeneticinterferencebydouble-strandedRNAinCaenorhabditiselegans.

WhatRogerKornberghimselfhasnowdoneistodescribehowthegeneticinformationiscopiedfromDNAintowhatiscalledmessenger-RNA

Kornberghaddescribedhowgeneticinformationistransferredfromamothercelltoitsdaughters.

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2007"fortheirdiscoveriesofprinciplesforintroducingspecificgenemodificationsinmicebytheuseofembryonicstemcells"MarioR.CapecchiSirMartinJ.EvansOliverSmithies

USAUnitedKingdomUSA

UniversityofUtah

SaltLakeCity,UT,USA;HowardHughesMedicalInstitute

b.1937

(inItaly)

CardiffUniversity

Cardiff,UnitedKingdom

b.1941UniversityofNorthCarolinaatChapelHill

ChapelHill,NC,USAb.1925

(inUnitedKingdom)

TheNobelPrizeinChemistry2008"forthediscoveryanddevelopmentofthegreenfluorescentprotein,GFP"OsamuShimomuraMartinChalfieRogerY.Tsien

1/3oftheprize

1/3oftheprize

1/3oftheprizeUSAUSAUSAMarineBiologicalLaboratory(MBL)

WoodsHole,MA,USA;BostonUniversityMedicalSchool

Massachusetts,MA,USAb.1928

(inKyoto,Japan)ColumbiaUniversity

NewYork,NY,USAb.1947UniversityofCalifornia

SanDiego,CA,USA;HowardHughesMedicalInstituteb.1952

TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine2008"forhisdiscoveryofhumanpapillomavirusescausingcervicalcancer""fortheirdiscoveryofhumanimmunodeficiencyvirus"HaraldzurHausen

Fran?oiseBarré-Sinoussi

LucMontagnier

1/2oftheprize1/4oftheprize

1/4oftheprizeGermanyFranceFranceGermanCancerResearchCentre

Heidelberg,Germanyb.1936RegulationofRetroviralInfectionsUnit,VirologyDepartment,InstitutPasteurParis,Franceb.1947WorldFoundationforAIDSResearchandPreventionParis,Franceb.1932化學(xué)獎(jiǎng)：

生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)：

Summary(1)

分離純化蛋白質(zhì)

測(cè)定蛋白質(zhì)分子質(zhì)量蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)生物學(xué)活性分析探索結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系Summary(2)

學(xué)科交叉分子生物學(xué)是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)的學(xué)科

生化方法學(xué)是在不斷發(fā)展的

蛋白質(zhì)樣品的提取目的蛋白的獲取直接從生物體內(nèi)獲取基因工程表達(dá)重組蛋白采用免疫學(xué)方法獲取相關(guān)抗體獲取蛋白質(zhì)的編碼序列(cDNA)基因組測(cè)序基因組測(cè)序進(jìn)行推導(dǎo)獲取部分肽段氨基酸序列捕獲相應(yīng)蛋白質(zhì)經(jīng)典的細(xì)胞蛋白質(zhì)分離純化流程由下述主要步驟組成：清洗組織或細(xì)胞裂解細(xì)胞離心除去膜組分等獲得可溶性蛋白質(zhì)離心、層析、電泳等進(jìn)一步純化獲取產(chǎn)物蛋白一、細(xì)胞的破碎各種組織和細(xì)胞的常用破碎方法細(xì)胞破碎方法組織種類

旋刀式勻漿大多數(shù)動(dòng)、植物組織手動(dòng)式勻漿柔軟的動(dòng)物組織高壓勻漿細(xì)菌、酵母、植物細(xì)胞研磨細(xì)菌、植物細(xì)胞高速珠磨細(xì)胞混懸液酶溶細(xì)菌、酵母去垢劑滲透組織培養(yǎng)細(xì)胞有機(jī)溶劑滲透細(xì)菌、酵母超聲破碎細(xì)胞混懸液低滲裂解紅細(xì)胞、細(xì)菌凍融裂解培養(yǎng)細(xì)胞

二、去污劑處理溶解膜蛋白

去污劑為雙極性(amphipathic)脂類分子，可在水中溶解。通常由線性或帶有分枝的碳?xì)浠衔镂膊亢徒Y(jié)構(gòu)各不相同的親水性頭部組成SDSTritonX-100NP-40Tween-20三、蛋白質(zhì)分子的穩(wěn)定

在蛋白質(zhì)提取過程中，需要加入蛋白酶抑制劑以防止蛋白水解PMSF(35ug/ml)EDTA(0.3mg/ml)Pepstatin(0.7ug/ml)Leupeptin(0.5ug/ml)Aprotinin(500unit/ml)

目的：保證蛋白質(zhì)的生物活性細(xì)胞內(nèi)有許多種還原成分，一旦細(xì)胞破碎由于和氧的接觸以及稀釋作用而使抗氧化成分減少，導(dǎo)致許多蛋白質(zhì)被氧化而失去活性，如巰基蛋白常用的還原劑

抗壞血酸巰基乙醇(mercaptoethanol)二硫蘇糖醇(dithiothreitol,DTT)

蛋白質(zhì)的環(huán)境因素

表面效應(yīng)溫度儲(chǔ)存四、離心去除細(xì)胞碎片五、目標(biāo)蛋白的純化

1.鹽析(saltingout)2.離子交換層析3.凝膠過濾層析4.親和層析蛋白質(zhì)的檢測(cè)和鑒定光譜學(xué)特性190～200nm230～300nm電泳檢測(cè)SDSIEF分子量測(cè)定凝膠過濾層析沉降平衡超速離心動(dòng)態(tài)彈性光散射孔徑梯度電泳質(zhì)譜氨基酸序列測(cè)定用抗體檢測(cè)蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)免疫印跡免疫共沉淀一類是測(cè)定溶液中蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)

如核磁共振(NMR)、圓二色譜法、激光拉曼光譜法、熒光光譜法、紫外差光譜法以及氫同位素交換法

另一類是測(cè)定晶體蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

如X射線衍射分析法、小角中子衍射法

蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)分析蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)功能研究基因敲除技術(shù)細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)酵母雙雜交系統(tǒng)蛋白質(zhì)研究的發(fā)展趨勢(shì)一、單個(gè)蛋白質(zhì)到所有蛋白質(zhì)全方位生物學(xué)，高通量研究1.蛋白質(zhì)組學(xué)一種細(xì)胞或一種組織在某種狀態(tài)條件下所有蛋白質(zhì)的定性和定量分析的研究思路。2.蛋白質(zhì)芯片技術(shù)二、從統(tǒng)計(jì)行為到單個(gè)分子行為三、從體外活性到體內(nèi)功能每一種蛋白質(zhì)至少都有一種構(gòu)象在生理?xiàng)l件下是穩(wěn)定的，并具有生物活性，這種構(gòu)象稱為蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象。蛋白質(zhì)的天然折疊決定于3個(gè)因素1.蛋白質(zhì)的氨基酸序列2.與溶劑分子(一般是水)的相互作用3.溶劑的pH和離子組成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象二、穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力a離子鍵b氫鍵c疏水鍵d范德華引力

三、多肽主鏈的空間限制

(一)酰胺平面與α-碳原子的二面角(φ和ψ)

(二)可允許的φ和ψ值：拉氏構(gòu)象圖二面角

(φ和ψ)所規(guī)定的構(gòu)象能否存在取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非共價(jià)鍵合原子之間的接近有無阻礙。（四）二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式二級(jí)結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈借助主鏈基團(tuán)（C＝OH－N）形成氫鍵排列成有規(guī)則的構(gòu)象。α螺旋、β折疊片層、β轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式

(一)α-螺旋1950年美國(guó)Pauling等人在研究纖維狀蛋白質(zhì)時(shí)，提出了α-螺旋，后來發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)分子中也存在α-螺旋。

α-螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：①蛋白質(zhì)多肽鏈像螺旋一樣盤曲上升，每3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度為0.54nm，每個(gè)殘基沿軸向高度0.15nm，螺旋上升時(shí)，每個(gè)殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100o。②在同一肽鏈內(nèi)相鄰的螺圈之間形成氫鏈。③α-螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白質(zhì)絕大部分是右手螺旋，到目前為止僅在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。α-螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式影響α-螺旋形成的因素一些側(cè)鏈基團(tuán)雖然不參與螺旋，但可影響α-螺旋的穩(wěn)定性。在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸，α-螺旋就不穩(wěn)定。（Lys、Glu）在多肽鏈中只要出現(xiàn)pro，α-螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個(gè)彎曲（bend）或結(jié)節(jié)（kink）。Gly的R基太小，難以形成α-螺旋所需的兩面角，所以和Pro一樣也是螺旋的最大破壞者。肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如Ile，由于空間位阻，也難以形成α-螺旋。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊片的規(guī)則方式(二)β-折疊片也是pauling等人提出來的，它是與α-螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。①β-折疊主鏈骨架以一定的折疊形式形成一個(gè)折疊的片層。②α碳原子位于折疊線上，在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鏈。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式(二)β-折疊片③β-折疊有平行和反平行的兩種形式:平行的β-折疊疏水側(cè)鏈位于平面的兩側(cè)，反平行時(shí)疏水側(cè)鏈位于平面的同一側(cè)。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式(三)β-轉(zhuǎn)角(β-turn)β-轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)的分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180o的回折，在回折角上的結(jié)構(gòu)就稱β-轉(zhuǎn)角，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱U形轉(zhuǎn)折。由第一個(gè)氨基酸殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N—H之間形成氫鍵。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式(四)無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲是指沒有規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)，但許多蛋白質(zhì)的功能部位常常埋伏在這里。四、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈折疊的規(guī)則方式

Ω環(huán)存在于球狀蛋白質(zhì)中的一種新的二級(jí)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的形狀象希臘字Ω，所以稱Ω環(huán)。Ω環(huán)特征：1、由不超過16個(gè)殘基(最常見的是由6—8個(gè)殘基)組成的肽段；2、這個(gè)肽段改變了蛋白質(zhì)肽鏈的走向，構(gòu)成Ω環(huán)的首尾兩個(gè)殘基間的距離小于1nm。五、纖維狀蛋白質(zhì)

分布在動(dòng)物(脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物)體內(nèi)存在大量纖維狀蛋白質(zhì)。功能為結(jié)構(gòu)蛋白，纖維狀蛋白質(zhì)是動(dòng)物體的基本支架和外保護(hù)成分。含量占脊椎動(dòng)物體內(nèi)蛋白質(zhì)總量的一半以上。形狀外形呈纖維狀或細(xì)棒狀。分類不溶性(硬蛋白)和可溶性兩類不溶性纖維狀蛋白角蛋白、膠原蛋白和彈性蛋白可溶性纖維狀蛋白肌球蛋白和血纖蛋白原五、纖維狀蛋白質(zhì)角蛋白(keratin)來源于外胚層細(xì)胞，是外胚層細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。角蛋白包括皮膚以及皮膚的衍生物：發(fā)、毛、鱗、羽、翮(hé鳥翎的莖)、甲、蹄、角、爪、啄等。角蛋白可分為α-角蛋白和β-角蛋白兩類。(一)α-角蛋白五、纖維狀蛋白質(zhì)絲心蛋白(fibroin)

是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲心蛋白的性能絲心蛋白具有抗張強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟的特性。具有0.7nm的周期。絲心蛋白的構(gòu)象絲心蛋白是典型的反平行β折疊片，多肽鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象。側(cè)鏈交替地分布在折疊片的兩側(cè)。反平行β折疊片以平行的方式堆積成多層結(jié)構(gòu)。鏈間主要?dú)滏I連接，層間主要靠范德華力維系。(二)絲心蛋白和其他β-角蛋白：β-折疊片蛋白質(zhì)五、纖維狀蛋白質(zhì)(三)膠原蛋白：一種三股螺旋五、纖維狀蛋白質(zhì)(四)彈性蛋白彈性蛋白(elastin)是結(jié)締組織中的另一種蛋白質(zhì)。它的最重要性質(zhì)就是彈性，因此得名。彈性蛋白使肺、血管特別是大動(dòng)脈管以及韌帶等具有伸展性。彈性蛋白與膠原蛋白的不同點(diǎn)彈性蛋白只有一個(gè)基因，膠原蛋白每種亞基都有自己的基因；彈性蛋白富含Gly、Ala、Val和Pro。彈性蛋白是由可溶性單體合成的，它是彈性蛋白纖維的基本單位，稱原彈性蛋白。Lys的賴氨酰氧化酶的催化氧化脫氨成醛基，3個(gè)這樣Lys和未被修飾的Lys形成類吡啶啉鎖鏈素和異鎖鏈素交聯(lián)體。使原彈性蛋白交聯(lián)成網(wǎng)。五、纖維狀蛋白質(zhì)(四)彈性蛋白六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(一)超二級(jí)結(jié)構(gòu)由若干個(gè)相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件組合在一起，彼此相互作用，形成種類不多的、有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合或二級(jí)結(jié)構(gòu)串，在多種蛋白質(zhì)中充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(二)結(jié)構(gòu)域（Structuraldomain,domain）多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體稱為結(jié)構(gòu)域。鐵氧還蛋白（一個(gè)結(jié)構(gòu)域）功能域（酵母已糖激酶2個(gè)結(jié)構(gòu)域）六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(二)結(jié)構(gòu)域（Structuraldomain,domain）(2)多肽鏈折疊中的手性效應(yīng)發(fā)夾右手左手右手左手六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(二)結(jié)構(gòu)域（Structuraldomain,domain）(2)多肽鏈折疊中的手性效應(yīng)馬鞍形扭曲片平行β桶六、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域(二)結(jié)構(gòu)域（Structuraldomain,domain）(3)結(jié)構(gòu)域類型反平行α螺旋結(jié)構(gòu)域(全α結(jié)構(gòu))平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域(α,β結(jié)構(gòu))反平行β折疊片結(jié)構(gòu)域(全β結(jié)構(gòu))富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)(一)球狀蛋白質(zhì)的分類1.全α結(jié)構(gòu)(反平行α螺旋)蛋白質(zhì)2.α,β結(jié)構(gòu)(平行或混合型β折疊片)蛋白質(zhì)3.全β結(jié)構(gòu)(反平行β折疊片)蛋白質(zhì)4.富含金屬或二硫鍵（小的不規(guī)則）蛋白質(zhì)七、球狀蛋白質(zhì)與三級(jí)結(jié)構(gòu)(二)球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征

1.蛋白質(zhì)分子含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件

2.三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次

3.分子是緊密的球狀或橢球狀實(shí)體

4.疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面

5.球狀蛋白質(zhì)分子的表面有一個(gè)空穴八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)膜蛋白是膜的功能分子膜蛋白質(zhì)與纖維狀蛋白質(zhì)及球狀蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同膜蛋白質(zhì)可分為膜周邊蛋白質(zhì)和膜內(nèi)在蛋白質(zhì)膜周邊蛋白質(zhì)(peripheralprotein)實(shí)際上屬于可溶性球狀蛋白質(zhì)，它們分布在膜雙脂層的表面，主要通過與膜內(nèi)在蛋白質(zhì)的靜電相互作用和氫鍵鍵合相互作用與膜結(jié)合。膜內(nèi)在蛋白質(zhì)(integralprotein）是與脂雙層強(qiáng)締合的膜蛋白。它們有的一部分或大部分埋入脂雙層，有的橫跨脂雙層。脂錨定蛋白質(zhì)（lipidanchoredprotin）這些蛋白質(zhì)與膜的締合是通過各種共價(jià)連接的脂錨鉤實(shí)現(xiàn)的。八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（一）膜內(nèi)在蛋白質(zhì)1.具有單個(gè)跨膜肽段的膜蛋白人血型糖蛋白人白細(xì)胞結(jié)合蛋白八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（一）膜內(nèi)在蛋白質(zhì)2.具有7個(gè)跨膜肽段的膜蛋白（G蛋白偶聯(lián)受體）細(xì)菌的紫膜質(zhì)八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（一）膜內(nèi)在蛋白質(zhì)3.β桶型膜蛋白－膜孔蛋白麥芽糖膜孔蛋白八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（二）脂錨定膜蛋白1.酰胺連接的豆蔻酰錨鉤2.硫酯連接的脂肪酰錨鉤：3.硫醚連接的異戊二烯錨鉤：4.糖基磷脂酰肌醇錨鉤八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（二）脂錨定膜蛋白1.酰胺連接的豆蔻酰錨鉤：cAMP依賴性蛋白激酶催化亞基，HIV－1的gag蛋白等八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（二）脂錨定膜蛋白2.硫酯連接的脂肪酰錨鉤：轉(zhuǎn)鐵蛋白受體、某些病毒的表面糖蛋白受體等八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（二）脂錨定膜蛋白3.硫醚連接的異戊二烯錨鉤：酵母交配因子，核纖蛋白等八、膜蛋白的結(jié)構(gòu)（二）脂錨定膜蛋白4.糖基磷脂酰肌醇錨鉤：真核生物細(xì)胞表面抗原。粘著分子和細(xì)胞表面水解酶，原核中未見。九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)(一)蛋白質(zhì)的變性物理因素：熱紫外線照射、高壓、微波和表面張力等?；瘜W(xué)因素：有機(jī)溶劑、脲、胍、酸和堿等生物活性的喪失；內(nèi)部的側(cè)鏈暴露；物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變；生物化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，易被酶水解等。變性劑：脲素和鹽酸胍；十二烷基磺酸鈉（SDS）。九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)(二)氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)1.核糖核酸酶的變性與復(fù)性實(shí)驗(yàn)2.二硫橋在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中的作用九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)(三)蛋白質(zhì)折疊1.蛋白質(zhì)折疊不是通過隨機(jī)搜索找到自由能最低的構(gòu)象2.用于研究折疊中間體的一些方法3.蛋白質(zhì)折疊經(jīng)過熔球態(tài)的中間體階段4.體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)參加

二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）分子伴侶（MolecularChaperone）

Hsp70蛋白－ATP酶結(jié)構(gòu)域和肽結(jié)合結(jié)構(gòu)域九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)圖5-46(一)蛋白質(zhì)的變性(二)氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)1.核糖核酸酶的變性與復(fù)性實(shí)驗(yàn)2.二硫橋在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中的作用(三)蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)(四)蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)1.蛋白質(zhì)折疊不是通過隨機(jī)搜索找到自由能最低的構(gòu)象2.用于研究折疊中間體的一些方法3.蛋白質(zhì)折疊經(jīng)過熔球態(tài)的中間體階段4.體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)參加(五)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)1.二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)

Glu、Met、Ala、Leu在α螺旋中出現(xiàn)頻率高。Gly、Pro、Ser、Thr、Asn、Ile不利于α螺旋的形成；Gly、Pro在β轉(zhuǎn)角中很高。Val、Ile及芳香族氨基酸在β折疊片中頻率高。而Asp、Glu、和Pro則很低。Chou和Fasman二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則：（殘基傾向性因子）Pi=Ai/Ti

(1)α螺旋預(yù)測(cè)：4/6→4,Pα≥1.03,Pα>

P

β(2)β折疊預(yù)測(cè)：3/5→4(3)β轉(zhuǎn)角預(yù)測(cè)：Pt≥1.0,>Pα和

P

β其他預(yù)測(cè)法：GOR算法，多序列列線預(yù)測(cè)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的序列預(yù)測(cè)，混合方法等。2.三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)—折疊的計(jì)算機(jī)模擬九、蛋白質(zhì)折疊和結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)十、亞基締合和四級(jí)結(jié)構(gòu)圖5-46(一)蛋白質(zhì)的變性(二)氨基酸序列規(guī)定蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)1.核糖核酸酶的變性與復(fù)性實(shí)驗(yàn)2.二硫橋在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中的作用(三)蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)(四)蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)1.蛋白質(zhì)折疊不是通過隨機(jī)搜索找到自由能最低的構(gòu)象2.用于研究折疊中間體的一些方法3.蛋白質(zhì)折疊經(jīng)過熔球態(tài)的中間體階段4.體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和伴侶蛋白質(zhì)參加(一)有關(guān)四級(jí)結(jié)構(gòu)的一些概念蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)球狀蛋白質(zhì)通過非共價(jià)鍵彼此締合在一起，形成的聚集體，就是蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。亞基或單體四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中每個(gè)球狀蛋白質(zhì)稱為亞基，有時(shí)也稱單體(monomer)。亞基一般是一條多肽鏈。寡聚蛋白質(zhì)

由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為寡聚蛋白質(zhì)。很