蛋白质折叠
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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。
蛋白质折叠的问题
蛋白质折叠：热力学和动力学问题 在生理条件下多肽链折叠是热力学上有利
的过程 多肽链折叠是一个动力学的问题 一个在热力学上可以成立的反应由于动力
学能障在实际上未必可以完成。 蛋白质在体外折叠和在细胞内折叠的问题 理论研究和实验研究的问题
蛋白质折叠的原理
Anfinsen学说：自组装（self-assembly）
级结构单元，称为“flickering cluster” 随后二级结构靠近, 形成稳定的二级结构框架 最后二级结构框架相互拼接，渐紧缩，形成三
级结构。 这个模型认为即使是一个小分子的蛋白也可以
一部分一部分的进行折叠, 其间形成的亚结构 域是折叠中间体的重要结构。
疏水塌缩模型
（Hydrophobic Collapse Model）
蛋白质折叠
Protein folding
21世纪的生物学的重要课题
蛋白质合成的基本步骤
蛋白质折叠前后
蛋白质折叠定义
蛋白质折叠:狭义是蛋白质特定三维空间结构 形成的规律、稳定性和与其生物活性的关系。 蛋白质折叠是物理过程。多肽折叠成特定功能 的三维结构， “分子伴侣”的发现和鉴定改变了蛋白质折叠 研究的经典概念
Collision-Adhesion Model） 成核-凝聚-生长模型（Nuclear-
Condensation-Growth Model） 拼版模型（Jig-Saw Puzzle Model）
框架模型（Framework Model）
假设蛋白质局部构象依赖于局部的氨基酸序列 在多折叠的起始阶段, 先迅速形成不稳定的二
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）
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疏水簇，主要依靠局 部序列（3-4个残基）相互作用来维系。
拼版模型 （Jig-Saw Puzzle Model）
中心思想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, 最终形成天然构象
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 这些变化可能 给某条折叠途径带来影响, 但不影响另外的折 叠途径, 因而不会从总体上干扰多肽链的折叠
细胞内的蛋白质折叠
体内折叠过程往往与翻译共启始，因此，N-末 端蛋白开始折叠，而C-末端部分仍在合成。 氨基酸序列与折叠密切相关 化学修饰往往与肽链的折叠密切相关 折叠是有序的、由疏水力推动的协同过程。 最近的理论提出了蛋白质折叠氢键的贡献 伴侣分子在折叠中起着辅助性的作用 折叠在越膜转运过程中：解开折叠后才能越膜。
疏水簇以非特异性布朗运动方式扩散、碰撞、相互黏附， 导致大的结构生成并增加稳定性。
进一步碰撞形成具有疏水核心和二级结构的类熔球态中 间体。
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。
最后无活性高度有序熔球态转变为完整有活力的天然态。
成核-凝聚-生长模型
（Nuclear-Condensation-Growth Model）
蛋白质折叠的途径
蛋白质折叠的途径
独立折叠 热休克蛋白70辅助蛋白质折叠 HSP70和伴侣协助配合下折叠
蛋白质折叠的理论模型
框架模型（Framework Model） 疏水塌缩模型（Hydrophobic Collapse
Model） 扩散-碰撞-粘合机制 （Diffusion-
目前为止，对蛋白质折叠机制的认识仍是不完整的， 甚至有些方面还存在着错误的观点。
蛋白质折叠与生物信息流
在生物体内，生物信息流动可分为两个部分： 第一部分是存储于DNA序列中的遗传信息通过
转录和翻译传入蛋白质的一级序列中，这是一 维信息之间的传递，三联子密码介导了这一传 递过程 第二部分是肽链经过疏水塌缩、空间盘曲、侧 链聚集等折叠过程形成蛋白质的天然构象，同 时获得生物活性，从而将生命信息表达出来 蛋白质折叠是一维信息向三维信息的转化过程
Anfinsen's dogma
按照自组装学说,一级结构决定空间结构的密 码叫作“第二遗传密码”。
按照自组装学说,每个蛋白多肽翻译从基因序 列开始生成线性的氨基酸链，这种多肽没有三 维结构。然而链中氨基酸具有总的化学特征： 疏水的，亲水性，或带电，可被认为蛋白质折 叠机制
按照自组装学说,每一步折叠都是正确的，充 分的，必要的。实际上折叠过程是一个正确和 错误途径相互竞争过程。边合成边折叠同时进 行的协调的动态过程。
Ellis1987年提出了蛋白质“辅助性组装学说”。体内蛋 白质折叠往往需要其他辅助因子参与，并伴有ATP的 水解。因此，蛋白质折叠Fra Baidu bibliotek一个热力学过程，也受动 力学控制。
有的学者基于有些相似氨基酸序列的蛋白质具有不同 的折叠结构，而一些不同氨基酸序列的蛋白质在结构 上却相似的现象，提出了mRNA二级结构可能作为一 种遗传密码从而影响蛋白质结构的假说。
蛋白质折叠的发现
1961年Anfinsen表现核糖核酸酶 可变性后重折 叠，同时保持酶活性，从而表明蛋白折叠所有要 求的信息在其一级结构内。
在折叠时，在环境条件（温度，溶剂和组成等） 一定 ，天然结构是一个独特的、稳定的和动力 学自由能最低的。
Anfinsen原理：Anfinsen's dogma，自组装 （self-assembly）学说，“自组装热力学假说”， 是分子生物学的一个假设:顺序决定构象。 Anfinsen因此而获得1972年诺贝尔化学奖。
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。
蛋白质折叠的问题
蛋白质折叠：热力学和动力学问题 在生理条件下多肽链折叠是热力学上有利
的过程 多肽链折叠是一个动力学的问题 一个在热力学上可以成立的反应由于动力
学能障在实际上未必可以完成。 蛋白质在体外折叠和在细胞内折叠的问题 理论研究和实验研究的问题
蛋白质折叠的原理
Anfinsen学说：自组装（self-assembly）
级结构单元，称为“flickering cluster” 随后二级结构靠近, 形成稳定的二级结构框架 最后二级结构框架相互拼接，渐紧缩，形成三
级结构。 这个模型认为即使是一个小分子的蛋白也可以
一部分一部分的进行折叠, 其间形成的亚结构 域是折叠中间体的重要结构。
疏水塌缩模型
（Hydrophobic Collapse Model）
蛋白质折叠
Protein folding
21世纪的生物学的重要课题
蛋白质合成的基本步骤
蛋白质折叠前后
蛋白质折叠定义
蛋白质折叠:狭义是蛋白质特定三维空间结构 形成的规律、稳定性和与其生物活性的关系。 蛋白质折叠是物理过程。多肽折叠成特定功能 的三维结构， “分子伴侣”的发现和鉴定改变了蛋白质折叠 研究的经典概念
Collision-Adhesion Model） 成核-凝聚-生长模型（Nuclear-
Condensation-Growth Model） 拼版模型（Jig-Saw Puzzle Model）
框架模型（Framework Model）
假设蛋白质局部构象依赖于局部的氨基酸序列 在多折叠的起始阶段, 先迅速形成不稳定的二
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）
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疏水簇，主要依靠局 部序列（3-4个残基）相互作用来维系。
拼版模型 （Jig-Saw Puzzle Model）
中心思想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, 最终形成天然构象
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 这些变化可能 给某条折叠途径带来影响, 但不影响另外的折 叠途径, 因而不会从总体上干扰多肽链的折叠
细胞内的蛋白质折叠
体内折叠过程往往与翻译共启始，因此，N-末 端蛋白开始折叠，而C-末端部分仍在合成。 氨基酸序列与折叠密切相关 化学修饰往往与肽链的折叠密切相关 折叠是有序的、由疏水力推动的协同过程。 最近的理论提出了蛋白质折叠氢键的贡献 伴侣分子在折叠中起着辅助性的作用 折叠在越膜转运过程中：解开折叠后才能越膜。
疏水簇以非特异性布朗运动方式扩散、碰撞、相互黏附， 导致大的结构生成并增加稳定性。
进一步碰撞形成具有疏水核心和二级结构的类熔球态中 间体。
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。
最后无活性高度有序熔球态转变为完整有活力的天然态。
成核-凝聚-生长模型
（Nuclear-Condensation-Growth Model）
蛋白质折叠的途径
蛋白质折叠的途径
独立折叠 热休克蛋白70辅助蛋白质折叠 HSP70和伴侣协助配合下折叠
蛋白质折叠的理论模型
框架模型（Framework Model） 疏水塌缩模型（Hydrophobic Collapse
Model） 扩散-碰撞-粘合机制 （Diffusion-
目前为止，对蛋白质折叠机制的认识仍是不完整的， 甚至有些方面还存在着错误的观点。
蛋白质折叠与生物信息流
在生物体内，生物信息流动可分为两个部分： 第一部分是存储于DNA序列中的遗传信息通过
转录和翻译传入蛋白质的一级序列中，这是一 维信息之间的传递，三联子密码介导了这一传 递过程 第二部分是肽链经过疏水塌缩、空间盘曲、侧 链聚集等折叠过程形成蛋白质的天然构象，同 时获得生物活性，从而将生命信息表达出来 蛋白质折叠是一维信息向三维信息的转化过程
Anfinsen's dogma
按照自组装学说,一级结构决定空间结构的密 码叫作“第二遗传密码”。
按照自组装学说,每个蛋白多肽翻译从基因序 列开始生成线性的氨基酸链，这种多肽没有三 维结构。然而链中氨基酸具有总的化学特征： 疏水的，亲水性，或带电，可被认为蛋白质折 叠机制
按照自组装学说,每一步折叠都是正确的，充 分的，必要的。实际上折叠过程是一个正确和 错误途径相互竞争过程。边合成边折叠同时进 行的协调的动态过程。
Ellis1987年提出了蛋白质“辅助性组装学说”。体内蛋 白质折叠往往需要其他辅助因子参与，并伴有ATP的 水解。因此，蛋白质折叠Fra Baidu bibliotek一个热力学过程，也受动 力学控制。
有的学者基于有些相似氨基酸序列的蛋白质具有不同 的折叠结构，而一些不同氨基酸序列的蛋白质在结构 上却相似的现象，提出了mRNA二级结构可能作为一 种遗传密码从而影响蛋白质结构的假说。
蛋白质折叠的发现
1961年Anfinsen表现核糖核酸酶 可变性后重折 叠，同时保持酶活性，从而表明蛋白折叠所有要 求的信息在其一级结构内。
在折叠时，在环境条件（温度，溶剂和组成等） 一定 ，天然结构是一个独特的、稳定的和动力 学自由能最低的。
Anfinsen原理：Anfinsen's dogma，自组装 （self-assembly）学说，“自组装热力学假说”， 是分子生物学的一个假设:顺序决定构象。 Anfinsen因此而获得1972年诺贝尔化学奖。