蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能

蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能第三章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能本章介紹:研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)纖維狀蛋白質(zhì)---細(xì)胞組織的結(jié)構(gòu)物質(zhì)球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)寡聚體蛋白質(zhì)和四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法(一)X射線衍射法是研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的主要方法一研究蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的方法(二)核磁共振光譜法研究液態(tài)蛋白質(zhì)的構(gòu)象蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈本身通過氫鍵沿一定方向盤繞、折疊而形成的構(gòu)象。二.蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)天然蛋白質(zhì)包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)則卷曲等二級(jí)結(jié)構(gòu)。二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)肽單位和肽鏈的構(gòu)象氨基酸殘基是通過肽鍵連接形成線性的多肽鏈的，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)一個(gè)多肽鏈的骨架是由通過肽鍵連接的重復(fù)單位N-Cα-C組成的，酰胺氫和羰基氧結(jié)合在骨架上，而不同氨基酸殘基的側(cè)鏈連接在α-碳上。1.肽平面的結(jié)構(gòu)可將肽鏈的主鏈看成是由被Ca隔開的許多平面組成的。N端C端RHHOCCaNCaCRONOCNCaCRONCaHHHHCaH二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)肽單位和肽鏈的構(gòu)象雖是單鍵卻有雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)周邊六個(gè)原子在同一平面上前后兩個(gè)a-carbon在對(duì)角(trans)CHaNCOCa0.123nm0.133nm0.153nm0.145nmC--N0.145nm(正常)C~N0.133nmC=N0.125nm(正常)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)肽單位和肽鏈的構(gòu)象2.多肽鏈主鏈構(gòu)象用扭角描述

二面角

兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的Cα為定點(diǎn)而旋轉(zhuǎn)，繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ角，繞C-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ角。φ和ψ稱作二面角，亦稱構(gòu)象角。酰胺平面與α-碳原子的二面角（φ和ψ）

因此，從理論上講，蛋白質(zhì)中的所有Cα-C單鍵和Cα-N單鍵都能自由旋轉(zhuǎn)而形成無數(shù)變化的構(gòu)象。但事實(shí)上，一個(gè)天然蛋白質(zhì)多態(tài)鏈在一定條件下只有一種或很少幾種構(gòu)象，而且相當(dāng)穩(wěn)定。主要原因：二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)肽單位和肽鏈的構(gòu)象1.這是因?yàn)橹麈溕嫌?/3具有部分雙鍵性質(zhì)的C-N鍵，不能自由旋轉(zhuǎn)。2.此外主鏈上由很多R側(cè)鏈，其大小及電荷情況各異。3.它們?cè)趩捂溞D(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生空間位阻和靜電效應(yīng)，制約著大量的構(gòu)象形成。原因：二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)肽單位和肽鏈的構(gòu)象酰胺平面IICa-C和Ca-N之間是s鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)：兩個(gè)相鄰酰胺平面繞Ca的旋轉(zhuǎn)酰胺平面ICaCaCaCCHOONNRHHfy二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)肽單位和肽鏈的構(gòu)象完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主鏈構(gòu)象Φ=00，ψ=00非鍵合原子接觸半徑二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)肽單位和肽鏈的構(gòu)象3.多肽允許的構(gòu)象可用拉氏圖預(yù)測(cè)Ramachandran構(gòu)象圖二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)1.

a-螺旋(a-helix)

2.

b-折疊(b-pleatedsheet)

3.

b-轉(zhuǎn)角(b-turn)

4.無規(guī)卷曲(nonregularcoil)1）肽鏈中的酰胺平面繞Cα相繼旋轉(zhuǎn)一定角度形成α-螺旋，并盤繞前進(jìn)。每隔3.6個(gè)氨基酸殘基，螺旋上升一圈；每圈間距0.54nm，即每個(gè)氨基酸殘基沿螺旋中心軸上升0.15nm，旋轉(zhuǎn)100°。α-螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：1.α-螺旋(α-helix)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)2）螺旋體中所有氨基酸殘基側(cè)鏈都伸向外側(cè)；肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成，鏈中的全部C=O和N-H幾乎都平行于螺旋軸,氫鍵幾乎平行于中心軸;

α-螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：1.

-螺旋(

-helix)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)3）絕大多數(shù)天然蛋白質(zhì)都是右手螺旋。每個(gè)氨基酸殘基的N-H都與前面第四個(gè)殘基C=O形成氫鍵。

α-螺旋結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)：1.

-螺旋(

-helix)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)*R為Gly時(shí)，由于Ca上有2個(gè)氫，使Ca-C、Ca-N的轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度很大，即剛性很小，所以使螺旋的穩(wěn)定性大大降低。*α-螺旋遇到Pro、羥脯氨酸就會(huì)被中斷而拐彎，因?yàn)楦彼崾莵啺被帷?帶相同電荷的氨基酸殘基連續(xù)出現(xiàn)在肽鏈上時(shí)，螺旋的穩(wěn)定性降低。影響a-螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素：1.

-螺旋(

-helix)aa對(duì)α-螺旋破壞側(cè)鏈對(duì)α-螺旋的影響離子間作用對(duì)α-螺旋的影響二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)2、

-折疊(

-pleatedsheet)

β-折疊是由兩條或多條伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片層結(jié)構(gòu)。

側(cè)鏈基團(tuán)與Cα間的鍵幾乎垂直于折疊平面，R基團(tuán)交替地分布于片層平面兩側(cè)。

β-折疊分平行式和反平行式，后者更為穩(wěn)定。N端在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.325nmN端不在同一端。氨基酸之間沿軸相距0.35nm二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)2、

-折疊(

-pleatedsheet)

維持β-折疊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的力——?dú)滏I由相鄰兩條肽鏈間或一條肽鏈內(nèi)的兩個(gè)肽段間的>=O和>N-H形成氫鍵來穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)。二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)2、

-折疊(

-pleatedsheet)

二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)3、

-轉(zhuǎn)角（

-turn）也稱β-回折，存在于球狀蛋白中。其特點(diǎn)是肽鏈回折180°，使得氨基酸殘基的>C=O與第四個(gè)殘基的>N-H形成氫鍵。β-reverseturn二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)3、

-轉(zhuǎn)角（

-turn）

β-轉(zhuǎn)角都在蛋白質(zhì)分子的表面。

β-轉(zhuǎn)角經(jīng)常連接反向平行β-折疊片

β-轉(zhuǎn)角富含Gly、Pro殘基

二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)4、無規(guī)則卷曲（non-regularcoil）

又稱自由卷曲，是指沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)。酶的功能部位常常處于這種構(gòu)象區(qū)域。無規(guī)卷曲常出現(xiàn)在a-螺旋與a-螺旋、a-螺旋與β-折疊、β-折疊與β-折疊之間。它是形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)所必需的。二蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)三膠原蛋白膠原蛋白（collagen）中存在的螺旋結(jié)構(gòu)不同于一般的a-螺旋，而且膠原蛋白中的多肽鏈?zhǔn)峭ㄟ^共價(jià)鍵結(jié)合在一起的，所以膠原蛋白很穩(wěn)定，是大多數(shù)動(dòng)物結(jié)締組織的最主要的蛋白質(zhì)成分，是最豐富的脊椎動(dòng)物蛋白，占哺乳動(dòng)物內(nèi)總蛋白的25％至35％.天然的膠原是一個(gè)由3條具有左手螺旋的鏈相互纏繞形成右手超螺旋的分子。膠原的超螺旋結(jié)構(gòu)是靠鏈間氫鍵以及螺旋和超螺旋的反向盤繞維持其穩(wěn)定性的。一個(gè)典型的膠原分子長(zhǎng)300nm、直徑為1.5nm。在每一條左手螺旋的膠原鏈內(nèi)，每一圈螺旋需要3個(gè)氨基酸殘基，螺距為0.94nm，即每一個(gè)氨基酸殘基軸向距離為0.31nm。膠原中含有在其他蛋白中很少出現(xiàn)的羥脯氨酸（Hyp），序列-Gly-Pro-Hyp-常出現(xiàn)在膠原分子中。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(一)三級(jí)結(jié)構(gòu)的定義與特征

三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）：指的是多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，主鏈構(gòu)象和側(cè)鏈構(gòu)象相互作用，進(jìn)一步盤曲折疊形成的球狀分子結(jié)構(gòu)。定義

具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子含有多種二級(jí)結(jié)構(gòu)單元。如具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的球狀蛋白溶菌酶中含有

螺旋、

-折疊、

-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲四種二級(jí)結(jié)構(gòu)卵溶菌酶（egglysozyme）的三級(jí)結(jié)構(gòu)四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(一)三級(jí)結(jié)構(gòu)的定義與特征特征肌紅蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)肌紅蛋白由—條多肽鏈和一個(gè)血紅素（heme）輔基構(gòu)成，分子量為16700，含153個(gè)氨基酸殘基。分子表面往往有一個(gè)內(nèi)陷的空隙，它常常是蛋白質(zhì)的活性中心大多數(shù)非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成疏水核；而極性側(cè)鏈在分子表面，形成親水面。

蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次,如超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(一)三級(jí)結(jié)構(gòu)的定義與特征1.定義指蛋白質(zhì)中相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單位(即單個(gè)-螺旋或-折疊或-轉(zhuǎn)角)組合在一起，形成有規(guī)則的在空間上能辯認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)超二級(jí)結(jié)構(gòu)2.類型αα是一種由兩股或三股α-螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋，如圖，是α角蛋白、肌球蛋白、纖維蛋白原中的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。β×β由兩段平行式的β-鏈（單股β-折疊）和一段連接鏈X（α螺旋或無規(guī)卷曲）組成。Βββ三條或更多反平行式β-鏈通過β轉(zhuǎn)角或其他肽段連接而成，也叫β-曲折（meander）。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)超二級(jí)結(jié)構(gòu)A．

；B

X

；C

；D

-曲折；E.回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)超二級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步卷曲折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立，近似球形的三維實(shí)體，稱為結(jié)構(gòu)域（domain）或功能域。酵母己糖激酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間有一個(gè)裂隙四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(三)結(jié)構(gòu)域-螺旋-轉(zhuǎn)角-折疊二硫鍵結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域2卵溶菌酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(domain)生物學(xué)意義（1）從功能角度看，很多多結(jié)構(gòu)域的酶其活性中心都位于結(jié)構(gòu)域之間，結(jié)構(gòu)域之間往往有一段肽鏈相連接（鉸鏈區(qū)：hingeregion），這不僅有利于構(gòu)建具有特定三維排布的活性中心，有利于結(jié)合底物和施加應(yīng)力，且有利于別構(gòu)中心結(jié)合別構(gòu)物和發(fā)生別構(gòu)效應(yīng)。（2）從結(jié)構(gòu)角度看，一條長(zhǎng)的多態(tài)鏈，先分別折疊成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，再締合成三級(jí)結(jié)構(gòu)要比整條肽鏈直接折疊成三級(jí)結(jié)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)上是更為合理的途徑。而那些小蛋白質(zhì)分子或亞基一般不形成結(jié)構(gòu)域。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(三)結(jié)構(gòu)域四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(四)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素a.鹽鍵b.氫鍵c.疏水鍵d.范得華力e.二硫鍵四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(四)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素1.鹽鍵帶有相反電荷的側(cè)鏈之間的離子相互作用稱為鹽鍵，或離子鍵，也能幫助穩(wěn)定球蛋白，雖然這種作用很弱。離子化的側(cè)鏈一般都出現(xiàn)在球蛋白的表面，所以是溶劑化的，對(duì)于整個(gè)球蛋白的穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)是最小的。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(四)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素2.范德華力范德華力包括吸引力和斥力兩種相互作用，范德華力只有當(dāng)兩個(gè)非極性殘基之間處于一定距離時(shí)才能達(dá)到最大。雖然范德華力相對(duì)來說比較弱，但由于范德華力相互作用數(shù)量大，并且具有加和性，因此范德華力對(duì)球蛋白的穩(wěn)定性也有貢獻(xiàn)。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(四)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素3.氫鍵氫鍵（D-H…A）是一種由弱酸性的供體基團(tuán)（D-H）和一個(gè)具有獨(dú)對(duì)電子的原子（A）之間形成的最顯著的靜電作用力。氫鍵的貢獻(xiàn)是協(xié)同蛋白質(zhì)的折疊和幫助穩(wěn)定球蛋白的天然構(gòu)象。（1）多肽鏈骨架的羰基和酰胺基之間，特別是在球蛋白內(nèi)部的那些基團(tuán)之間常常形成氫鍵使肽鏈形成a-螺旋和b-折疊結(jié)構(gòu)。（2）在多肽鏈骨架和水之間，（3）多肽鏈骨架和極性側(cè)鏈之間，（4）兩個(gè)極性側(cè)鏈之間，（5）極性側(cè)鏈和水之間也可以形成氫鍵。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(四)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素4.疏水作用力蛋白質(zhì)中的疏水基團(tuán)彼此靠近、聚集以避開水的現(xiàn)象稱之疏水相互作用（hydrophobic0interaction）或疏水效應(yīng)（hydrophobiceffect）。疏水相互作用在維持蛋白質(zhì)構(gòu)象中起著主要的作用，因?yàn)樗肿颖舜酥g的相互作用要比水與其它非極性分子的作用更強(qiáng)烈，非極性側(cè)鏈避開水聚集被壓迫到蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，而大多數(shù)極性側(cè)鏈在蛋白質(zhì)表面維持著與水的接觸。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(四)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素5.二硫鍵（共價(jià)作用力）二硫鍵是由兩個(gè)Cys的側(cè)鏈-SH氧化形成的穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的共價(jià)交聯(lián)作用力。？為什么細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)很少含二硫鍵四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(五)蛋白質(zhì)的變性和復(fù)性蛋白質(zhì)受到某些理化因素的影響，其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能隨之改變或喪失，但未導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的改變，這種現(xiàn)象叫變性作用（denaturation）。蛋白質(zhì)變性的因素物理因素：加熱、紫外線、超聲波、高壓等；化學(xué)因素：強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、脲、鹽酸胍、去垢劑、重金屬鹽、三氯乙酸等；蛋白的復(fù)性

蛋白質(zhì)的變性作用若不過于劇烈，則是一種可逆過程。高級(jí)結(jié)構(gòu)松散了的變性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊形成原來的構(gòu)象，恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象稱為復(fù)性(renaturation)。大多蛋白質(zhì)變性后，很難復(fù)性。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(五)蛋白質(zhì)的變性和復(fù)性四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(五)蛋白質(zhì)的變性和復(fù)性四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(六)蛋白質(zhì)折疊途徑在生物體內(nèi)，生物信息的流動(dòng)可以分為兩個(gè)部分：第一部分是存儲(chǔ)于DNA序列中的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄和翻譯傳入蛋白質(zhì)的一級(jí)序列中，這是一維信息之間的傳遞，三聯(lián)子密碼介導(dǎo)了這一傳遞過程；第二部分是肽鏈經(jīng)過疏水塌縮、空間盤曲、側(cè)鏈聚集等折疊過程形成蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象，同時(shí)獲得生物活性，從而將生命信息表達(dá)出來；而蛋白質(zhì)作為生命信息的表達(dá)載體，它折疊所形成的特定空間結(jié)構(gòu)是其具有生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，也就是說，這個(gè)一維信息向三維信息的轉(zhuǎn)化過程是表現(xiàn)生命活力所必需的。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(六)蛋白質(zhì)折疊途徑1、多肽鏈折疊是有序的過程（1）隨機(jī)卷曲的多肽鏈?zhǔn)紫日郫B形成小段α螺旋和β折疊；（2）疏水側(cè)鏈避開水產(chǎn)生一種疏水折疊推動(dòng)力，形成疏水核；（3）二級(jí)結(jié)構(gòu)形成結(jié)構(gòu)亞域，趨向穩(wěn)定，三級(jí)結(jié)構(gòu)開始形成；（4）蛋白質(zhì)進(jìn)行內(nèi)在的構(gòu)象調(diào)整運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)內(nèi)部側(cè)鏈的包裝和氫鍵形成，從而形成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單域；框架模型（FrameworkModel）

框架模型（FrameworkModel）四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(六)蛋白質(zhì)折疊途徑2、多肽鏈折疊的一些假說（教學(xué)補(bǔ)充）（1）自組裝學(xué)說（Anfinsen60年代）多肽鏈的氨基酸序列包含了形成其熱力學(xué)上穩(wěn)定的天然構(gòu)象所必需的全部信息。是一個(gè)熱力學(xué)過程。（2）輔助性組裝學(xué)說（Ellis1987年）體內(nèi)蛋白質(zhì)的折疊往往需要有其他輔助因子的參與，并伴隨有ATP的水解。是一熱力學(xué)過程，受動(dòng)力學(xué)控制。（3）第二遺傳密碼學(xué)說四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(六)蛋白質(zhì)折疊途徑3、分子伴侶一類在序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，而且在組裝完畢后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時(shí)的組份。功能：識(shí)別新生肽段折疊過程中暫時(shí)暴露的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，與之結(jié)合，生成復(fù)和物，從而防止這些表面之間過早的相互作用，阻止不正確的非功能的折疊途徑，抑制不可逆聚合物產(chǎn)生，這樣必然促進(jìn)折疊向正確方向進(jìn)行。一個(gè)氨基酸殘基的二級(jí)結(jié)構(gòu)傾向性因子定義為

式中下標(biāo)i表示二級(jí)結(jié)構(gòu)態(tài)，如

螺旋、β折疊、轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲等；Ti是所有被統(tǒng)計(jì)殘基處于二級(jí)結(jié)構(gòu)態(tài)i的比例；Ai是第A種殘基處于結(jié)構(gòu)態(tài)i的比例；Pi大于1.0表示該殘基傾向于形成二級(jí)結(jié)構(gòu)i，小于1.0則表示傾向于形成其它二級(jí)結(jié)構(gòu).四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(七)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)法Chou-Fasman方法是一種基于單個(gè)氨基酸殘基統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)方法，由Chou和Fasman在20世紀(jì)70年代提出來。通過統(tǒng)計(jì)分析，獲得每個(gè)殘基出現(xiàn)于特定二級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象的傾向性因子，進(jìn)而利用這些傾向性因子預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。P

、P

和Pt，分別表示相應(yīng)的殘基形成α螺旋、β折疊和轉(zhuǎn)角的傾向性。另外，每個(gè)氨基酸殘基同時(shí)也有四個(gè)轉(zhuǎn)角參數(shù)，f(i)、f(i+1)、f(i+2)和f(i+3)。這四個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)于每種殘基出現(xiàn)在轉(zhuǎn)角第一、第二、第三和第四位的頻率。參數(shù)值P

、P

和Pt是分別在原有相應(yīng)傾向性因子的基礎(chǔ)上乘以100。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(七)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的一般規(guī)則：沿著蛋白質(zhì)序列尋找α螺旋核，相鄰的6個(gè)殘基中如果有至少4個(gè)殘基傾向于形成α螺旋，即有4個(gè)殘基對(duì)應(yīng)的P

〉100，則認(rèn)為是螺旋核。然后從螺旋核向兩端延伸，直至四肽片段P

的平均值小于100為止。按上述方式找到的片段長(zhǎng)度大于5，并且P

的平均值大于P

的平均值，那么這個(gè)片段的二級(jí)結(jié)構(gòu)就被預(yù)測(cè)為α螺旋。此外，不容許Pro在螺旋內(nèi)部出現(xiàn)，但可出現(xiàn)在C末端以及N端的前三位，這也用于終止螺旋的延伸。α螺旋規(guī)則成核區(qū)域+終止位點(diǎn)四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(七)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)β折疊規(guī)則如果相鄰6個(gè)殘基中若有4個(gè)傾向于形成β折疊，即有4個(gè)殘基對(duì)應(yīng)的P

〉100，則認(rèn)為是折疊核。折疊核向兩端延伸直至4個(gè)殘基P

的平均值小于100為止。若延伸后片段的P

的平均值大于105，并且P

的平均值大于P

的平均值，則該片段被預(yù)測(cè)為β折疊。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(七)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)角規(guī)則轉(zhuǎn)角的模型為四肽組合模型，要考慮每個(gè)位置上殘基的組合概率，即特定殘基在四肽模型中各個(gè)位置的概率。在計(jì)算過程中，對(duì)于從第i個(gè)殘基開始的連續(xù)4個(gè)殘基的片段，將上述概率相乘，根據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷是否是轉(zhuǎn)角。如果f(i)×f(i+1)×f(i+2)×f(i+3)大于7.5×10-5，四肽片段Pt的平均值大于100，并且Pt的均值同時(shí)大于P

的均值以及P

的均值，則可以預(yù)測(cè)這樣連續(xù)的4個(gè)殘基形成轉(zhuǎn)角。四球狀蛋白質(zhì)和三級(jí)結(jié)構(gòu)(七)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)重疊規(guī)則假如預(yù)測(cè)出的螺旋區(qū)域和折疊區(qū)域存在重疊，則按照重疊區(qū)域P

均值和P

均值的相對(duì)大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，若P

的均值大于P

的均值，則預(yù)測(cè)為螺旋；反之，預(yù)測(cè)為折疊。五寡聚體蛋白質(zhì)和四級(jí)結(jié)構(gòu)五寡聚蛋白質(zhì)和四級(jí)結(jié)構(gòu)（一）寡聚蛋白質(zhì)及存在意義(自學(xué))生物體內(nèi)的許多蛋白質(zhì)都含有兩個(gè)或多個(gè)折疊多肽鏈，它們彼此聚集，構(gòu)成一個(gè)完整的、有功能的實(shí)體，這種蛋白質(zhì)為寡聚蛋白質(zhì)（oligomeric～）提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性遺傳上的經(jīng)濟(jì)性和有效性亞基匯聚形成酶的活性部位協(xié)同性五寡聚蛋白質(zhì)和四級(jí)結(jié)構(gòu)（二）四級(jí)結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容亞基的數(shù)目亞基間的相互作用六蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系六蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能（一）血紅蛋白和肌紅蛋白結(jié)構(gòu)肌紅蛋白六蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能（一）血紅蛋白和肌紅蛋白結(jié)構(gòu)六蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能（二）血紅蛋白和肌紅蛋白氧合曲線Y(O2)=p(O2)/(P50+p(O2))Y(O2)=[p(O2)]n/(P50n

+p(O2)

n)S型曲線表明當(dāng)?shù)谝粋€(gè)分子氧結(jié)合血紅蛋白時(shí)并不有利，可是一旦發(fā)生結(jié)合，就使得其它氧分子更容易與余下的3個(gè)血紅素結(jié)合。結(jié)合每一氧分子都會(huì)使血紅蛋白對(duì)氧親和性增加，這種互相作用的結(jié)合現(xiàn)象稱之結(jié)合的正協(xié)同性（positivecooperativity）。同樣當(dāng)從飽和的氧合血紅蛋白失去一個(gè)氧分子后，也會(huì)使其余的血紅素對(duì)氧的親和性降低。六蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能（三）血紅蛋白是個(gè)別構(gòu)蛋白除了正協(xié)同結(jié)合外，別構(gòu)相互作用（allostericinteractions）在調(diào)節(jié)血紅蛋白結(jié)合和釋放氧的過程中也是非常重要的。血紅蛋白雖然是個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)，但很象某些調(diào)節(jié)酶。當(dāng)一個(gè)特殊的小分子（稱之別構(gòu)效應(yīng)劑或調(diào)節(jié)劑）結(jié)合到一個(gè)蛋白質(zhì)（通常是個(gè)酶）并調(diào)節(jié)它的活性時(shí)就會(huì)發(fā)生別構(gòu)相互作用。別構(gòu)效應(yīng)劑可逆地結(jié)合在蛋白質(zhì)功能部位以外的另一個(gè)部位（是一個(gè)結(jié)合部位或裂隙，而不是酶的活性部位）。一個(gè)效應(yīng)劑的結(jié)合可以將有關(guān)效應(yīng)劑濃度的信息傳遞給蛋白質(zhì)的功能部位?；钚允艿絼e構(gòu)效應(yīng)劑調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)稱之別構(gòu)蛋白。效應(yīng)劑可以是別構(gòu)激活劑或是一個(gè)別構(gòu)抑制劑，這取決于它對(duì)別構(gòu)蛋白的效應(yīng)。T態(tài):脫氧血紅蛋白的構(gòu)象R態(tài):氧合血紅蛋白的構(gòu)象在血紅素中，四個(gè)吡咯環(huán)形成一個(gè)平面，在未與氧結(jié)合時(shí)Fe++的位置高于平面0.7?，一旦O2進(jìn)入某一個(gè)α亞基的疏水“口袋”時(shí)，與Fe++的結(jié)合會(huì)使Fe++嵌入四吡咯平面中，也即向該平面內(nèi)移動(dòng)約0.75?，鐵的位置的這一微小移動(dòng)，牽動(dòng)F8組氨酸殘基連同F(xiàn)螺旋段的位移，再波及附近肽段構(gòu)象，造成兩個(gè)α亞基間鹽鍵斷裂，使亞基間結(jié)合變松，并促進(jìn)第二亞基的變構(gòu)并氧合，后者又促進(jìn)第三亞基的氧合,使Hb分子中第四亞基的氧合速度為第一亞基開始氧合時(shí)速度的數(shù)百倍。此種一個(gè)亞基的別構(gòu)作用，促進(jìn)另一亞基變構(gòu)的現(xiàn)象，稱為亞基間的協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)，所以在不同氧分壓下，Hb氧飽和曲線呈“S”型。六蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能氧合血紅蛋白的另外調(diào)節(jié)作用涉及到二氧化碳和質(zhì)