生物物理学蛋白质的折叠-02课件PPT

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旋光物质对左旋和右旋圆偏振光的吸收不同, 造成 传播速度不同, 振幅不同, 合成光矢量叠加后将不 是线偏振光而是椭圆形。
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用CD研究细胞色素C的折叠
a-helix formation is more rapid than tertiary structure rearrangements of aromatic sidechains in the folding of cytochrome c. The kinetics of these changes were determined by CD at 222 and 289 nm
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更为精化的H-P 晶格模型: Toy模型
H = ??
氨基酸基团之间的夹角是任意的
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Experimental Methods 蛋白折叠的实验方法
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CD (圆二色谱)
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CD (圆二色谱)
• 光学活性物质对左、右旋圆偏振光的吸收 率不同,其光吸收的差值ΔA (Al - Ad) 称为该 物质的圆二色性(circular dichroism ,简写作 CD)
Protein Folding
第二讲 蛋白质的折叠(2)
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Contact order (CO, 接触序)
the Cα-Cα distance cut-off is 4 Å 即产生局部有效接触的氨基酸基团的Cα 原子不超过这个距离范围
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Conclusion 01: CO模型指出，对于两态折叠蛋白, 局部有效接触(CO)越多，接触序 的值越小，折叠速率(k)越快.
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色谱 (Chromatography)
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利用色谱捕获双硫键形成的中间态
• 利用 iodoacetate (alkylating agent). • The S-carboxymethyl derivative of cysteine is stable, which be determined using chromatographic separation.
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Conclusion 04:
接触序的理论说明, 折叠成有效接触多的三维 结构, 这样的蛋白质三维结构能量稳定, 折叠 速率快。
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其他的基于有效接触序(Contact Order, CO)思想的模型
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Long-range Order (LRO, 长程有效 接触序)
Dr. M. Michael Gromiha (Japan)
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Structure of BPTI
• Bovine pancreatic typsin inhibitor (BPTI) has three disulfide bonds.
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FRET (荧光共振能量转移)
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FRET (荧光共振能量转移)
• donor-acceptor的激发光谱相重叠时, donor 诱发acceptor发出荧光， 同时donor荧光分 子自身的荧光强度衰减。 • FRET 程度与供、受体分子的空间距离紧密 相关， 一般为7～10 nm 时即可发生FRET; 随着距离延长， FRET呈显著减弱。
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A ball on a funnel always rolls directly to the bottom, no matter where it starts. Correspondingly, protein always reaches its single native state……
＜
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Conclusion 02: CO模型的提出表明蛋白质的折叠速 率主要由它的天然态结构 (native state) 所决定
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Conclusion 03:
一般来说,α螺旋蛋白要比β蛋白折叠得快， 用CO的理论解释，是因为α螺旋蛋白中含有 大量的局部有效接触，所以有较低的CO值， 较高的折叠速率。
Prof. Zhou, Yaoqi (Indiana Purdue)
TCD =CO (接触序) x LRO (长程接触序)
*在CO与LRO所取参数相当的情况下 Li,j 考虑了长、短程有效接触对折叠速率产生的共同作用
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CO
LRO
TCD
预测28个蛋白质
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H-P Lattice Model H-P 晶格模型
如果i和j在格点空间中处于最近邻位置且在序列上不相邻 则△(ri – rj)等于1,否则等于0; evivj for H-H = -2.3; for H-P = -1; for P-P = 0;
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Con叠构象，为 所有可能的构象中具有最多H和H有效接触的 那个构象。(H: 疏水氨基酸)
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FRET原理示意图
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荧光共振仪
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FRET (荧光共振能量转移)
Acceptor (受体) Donor (供体)
Probing the free-energy surface for protein folding with single-molecule fluorescence spectroscopy; Nature (2002) : 419
where i and j are two residues for which the Cα-Cα distance is 8 Å (<) Nr is the total number of residues in a protein
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Total contact distance (TCD, 总接 触距离)
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NMR (核磁共振)
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Labeling method (标记方法)
同位素交换反应
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Pulsed-labeled NMR
同位素交换反应
NMR is used to detect the exchanged NH groups.
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蛋白质折叠是21世纪的世 界性难题！ 如何预测蛋白质折叠？
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The End
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H-P 晶格模型- [疏水(hydrophobic)-极性 (polar)]
Prof. Ken Dill, UCSF lattice model (晶格点模型）
2D-lattice model
3D-lattice model
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疏水残基表示为黑色，极性残基表示为白色
晶格体系能量
H = ??
H = ??
例如，当一个疏水性氨基酸从蛋白质表面 浮现时，人类能很容易发现它。他们会重 新排列内部结构，使逃到外部的氨基酸能 重新回到内部。这种大范围重排的做法超 出了Rosetta算法的能力，因为涉及到的能 量变化非常多。
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现在Foldit宣布，一位名叫Vakobo的玩家可能创造出一种 抗流感蛋白质。研究人员计划在未来几周在实验室内测试 这种蛋白质，观察它是否能用于治疗。Nature (2010) Aug.
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Foldit, a game? 蛋白质折叠的电游
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蛋白质折叠的电游
David Baker及其同事发展了一种由多人来 玩的网络游戏, 被称为“Foldit”。
这项工作表明，即便是很复杂的科学问题 也能利用互动多人游戏有效地通过发动群 众的办法来解决。
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Dr. David Baker (Washington University) Rosetta program for protein folding