蛋白质折叠与折叠病
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? 另外，两个在功能上完全无关的蛋白质， 卵类黏
蛋白的第三结构域和核糖体结构蛋白L7/L12 的C-末端部 分在AA 序列上仅有3%相同, 却具有几乎完全相同的空间 结构。
2、化学修饰
? 改变侧链性质，包括大小、极性、电荷、氢键形 成能力等的影响。
? 晶体衍射结构分析的结果表明 ：在分子内部引入 大小不同的疏水基团的结果，只不过是使某些侧 链基团在位置上有所重排，但并不影响分子的总 体结构。
多意性
? 某些相同的氨基酸序列还可以在不同条件下决定不同的空 间结构，这种情况可以称之为第二遗传密码的多意性。
? 例如，Prusiner 对天然型和感染型朊病毒(prion) 的研究。 天然型朊病毒(PrPc) 在正常动物体内存在, 不导致疾病, 而 感染型的朊病毒(PrPSC)则导致某些神经性疾病, 并导致 天然型朊病毒转变为感染型的朊病毒。初步研究表明天然 型朊病毒主要为α-螺旋结构, 而感染型的朊病毒却主要为 β -折叠结构.
蛋白质折叠研究的背景
遗传信息的传递
DNA
肽链
RNA Proteins
实质上是多肽链
有活性的蛋白 质天然构象
遗传信息的传递应该是从 核苷酸序列 到有完整结 构的功能蛋白质 的全过程。
蛋白质折叠研究的概况
? 20世纪60年代，安芬森（Anfinsen ）基于还原
变性的牛胰 RNase 的研究提出“ 自组装学说 ”
卡里顿·加德赛克
美国国立卫生研究 院病毒和神经研究 室主任，因发现神 经性传染性疾病的 新病因和传播新机 制而获得1976年诺 贝尔医学/生理学奖。
加德赛克在新几内亚岛发 现了一种奇怪的疾病 ，当地 的土著人称之为“kuru”。由 于找不到病因，被当地人称 为“终极巫术”。
Kuru在当地的含义是颤 抖，因某种未知的寒冷或恐 惧而颤抖。一旦Kuru的颤抖 开始，就不可逆转，诅咒会 越来越烈，直至死亡为止。 Kuru的诅咒非常残酷：先是 不可抑制的颤抖，然后丧失 行走能力及无法言语，接着 瘫痪。但中了巫术的人至死 心智都很清醒，不会陷入昏 睡状态，因此格外痛苦。
? 蛋白质折叠的研究 ，狭义的定义就是研究蛋 白质特定三维空间结构形成的 规律、稳定性 及与其 生物活性 的关系。
? 在概念上有 热力学的问题和动力学的问题； ? 蛋白质在体外折叠 和在细胞内折叠 的问题； ? 有理论研究和实验研究 的问题。
蛋白质折叠的研究内容
? 最根本的科学问题 就是多肽链的一级结构到底如 何决定它的空间结构？
? Anfinsen 原理： ? 自发折叠概念的转变(有帮助的肽链的自发折叠和组装) ? 三联密码的解决 ? 国外对蛋白质折叠的研究
第二遗传密码的特点
? 简并性
? 在第一遗传密码中有所谓“ 简并性”，即同一 AA 可以由不同密码子所编码，如 CGA 和AGC 都编 码为Arg ，UCC 和AGU 都编码为Ser 等。
蛋白质折叠与折叠病
? 您知道蛋白质折叠吗？ ? 您知道“蛋白质折叠病”吗？ ? 您知道蛋白质折叠有多复杂吗？
蛋白质折Βιβλιοθήκη Baidu的定义
蛋白质凭借相互作用在细胞环境(特定的 酸碱度、温度等)下自己组装自己，这种 自我组装的过程被称为蛋白质折叠
蛋白质折叠问题 是生命科学领域的前沿课题之一， 并且被列为“ 21世纪的生物物理学 ”的重要课题， 它是分子生物学 中心法则 尚未解决的一个重大生 物学问题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结 构并进一步预测其功能，是极富挑战性的工作。 研究蛋白质折叠 ，尤其是折叠早期过程，即 新生 肽段的折叠过程 是全面的最终阐明中心法则的一 个根本问题。
? 既然前者决定后者，一级结构和空间结构之间肯 定存在某种确定 的关系，这是否也像核苷酸通过 “三联密码”决定氨基酸顺序那样 有一套密码 呢？
? 后来，有人把这设想的一级结构决定空间结构的 密码叫作“ 第二遗传密码 ”。
第二遗传密码
? 完整的提法应该是遗传密码的第二部分，即蛋白质中 氨 基酸序列与其空间结构的对应关系，国际上称之为 第二 遗传密码或折叠密码
? 第二密码也同样有简并性。现在已经知道有很多 氨基酸序列不同的肽链可以有极为相似甚至相同 的空间结构，这就是第二密码的简并性。
简并性的证据
? 1、不同生物体中执行相同功能的蛋白质有 AA 序 列上的差异 , 但却有相同的整体空间结构。
? 例如：线粒体Cytc 的AA 序列已经测定，AA 残基数均在 104 左右, 但仅在21个位置上的AA 在不同生物体的Cytc 是完全相同的，但是所有Cytc 的整体空间结构却是非常 相似的。
蛋白质折叠问题为什么会称为 当今生物学领域中的研究热点之一？
? 破译生命的另一半遗传密码，完善中心法则 ? 蛋白质分子设计及蛋白质工程的需要 ? 越来越多的基因工程产物需要复性复活，要
求蛋白质折叠的理论及技术作为指导
研究背景
研 究 的 源 动 力
疯牛病
disease
免病 疫毒
库鲁病 (Kuru)
全局性
? 第二密码必须把蛋白分子作为一个全局来考虑，这 就从根本上决定了第二密码的复杂性，它不可能像 第一密码那样有简单的一对一的关系。某些蛋白 C末端少数氨基酸的去除 , 或侧链基团的翻译后修饰， 有时都可以对整体构象和功能产生重大影响。
? 在新生肽链合成过程中，后形成的肽段可以影响 已经形成的肽段的构象从而造成对分子整体的影 响。以上这些情况可以称之为 第二密码的全局性 ， 全局性决定了第二密码的复杂性。
3、定点突变研究
? 定点突变技术的建立为蛋白质结构功能关系研究 提供了极大的方便。例如：金黄色葡萄球菌核酸 酶是研究得最多的蛋白之一
? 结果表明： 某些个别键的破坏并不能对结构起到 决定性的作用，所以个别残基的 单独替换 不会对 分子的总体构象产生明显的影响。甚至把 整段序 列用相同残基构成的序列所取代，生物活性都没 有明显影响。
? Ellis 于1987年提出了蛋白质折叠的 “辅助性组装 学说” 。
? mRNA 的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
? 那么，蛋白质的 氨基酸序列 究竟是如何确定其空 间构象的呢？
牛胰核糖核酸酶的一级结构
二 硫 键
牛胰核糖核酸酶的变性和复性
变性剂
复性
巯基 乙醇
蛋白质折叠的研究内容
蛋白的第三结构域和核糖体结构蛋白L7/L12 的C-末端部 分在AA 序列上仅有3%相同, 却具有几乎完全相同的空间 结构。
2、化学修饰
? 改变侧链性质，包括大小、极性、电荷、氢键形 成能力等的影响。
? 晶体衍射结构分析的结果表明 ：在分子内部引入 大小不同的疏水基团的结果，只不过是使某些侧 链基团在位置上有所重排，但并不影响分子的总 体结构。
多意性
? 某些相同的氨基酸序列还可以在不同条件下决定不同的空 间结构，这种情况可以称之为第二遗传密码的多意性。
? 例如，Prusiner 对天然型和感染型朊病毒(prion) 的研究。 天然型朊病毒(PrPc) 在正常动物体内存在, 不导致疾病, 而 感染型的朊病毒(PrPSC)则导致某些神经性疾病, 并导致 天然型朊病毒转变为感染型的朊病毒。初步研究表明天然 型朊病毒主要为α-螺旋结构, 而感染型的朊病毒却主要为 β -折叠结构.
蛋白质折叠研究的背景
遗传信息的传递
DNA
肽链
RNA Proteins
实质上是多肽链
有活性的蛋白 质天然构象
遗传信息的传递应该是从 核苷酸序列 到有完整结 构的功能蛋白质 的全过程。
蛋白质折叠研究的概况
? 20世纪60年代，安芬森（Anfinsen ）基于还原
变性的牛胰 RNase 的研究提出“ 自组装学说 ”
卡里顿·加德赛克
美国国立卫生研究 院病毒和神经研究 室主任，因发现神 经性传染性疾病的 新病因和传播新机 制而获得1976年诺 贝尔医学/生理学奖。
加德赛克在新几内亚岛发 现了一种奇怪的疾病 ，当地 的土著人称之为“kuru”。由 于找不到病因，被当地人称 为“终极巫术”。
Kuru在当地的含义是颤 抖，因某种未知的寒冷或恐 惧而颤抖。一旦Kuru的颤抖 开始，就不可逆转，诅咒会 越来越烈，直至死亡为止。 Kuru的诅咒非常残酷：先是 不可抑制的颤抖，然后丧失 行走能力及无法言语，接着 瘫痪。但中了巫术的人至死 心智都很清醒，不会陷入昏 睡状态，因此格外痛苦。
? 蛋白质折叠的研究 ，狭义的定义就是研究蛋 白质特定三维空间结构形成的 规律、稳定性 及与其 生物活性 的关系。
? 在概念上有 热力学的问题和动力学的问题； ? 蛋白质在体外折叠 和在细胞内折叠 的问题； ? 有理论研究和实验研究 的问题。
蛋白质折叠的研究内容
? 最根本的科学问题 就是多肽链的一级结构到底如 何决定它的空间结构？
? Anfinsen 原理： ? 自发折叠概念的转变(有帮助的肽链的自发折叠和组装) ? 三联密码的解决 ? 国外对蛋白质折叠的研究
第二遗传密码的特点
? 简并性
? 在第一遗传密码中有所谓“ 简并性”，即同一 AA 可以由不同密码子所编码，如 CGA 和AGC 都编 码为Arg ，UCC 和AGU 都编码为Ser 等。
蛋白质折叠与折叠病
? 您知道蛋白质折叠吗？ ? 您知道“蛋白质折叠病”吗？ ? 您知道蛋白质折叠有多复杂吗？
蛋白质折Βιβλιοθήκη Baidu的定义
蛋白质凭借相互作用在细胞环境(特定的 酸碱度、温度等)下自己组装自己，这种 自我组装的过程被称为蛋白质折叠
蛋白质折叠问题 是生命科学领域的前沿课题之一， 并且被列为“ 21世纪的生物物理学 ”的重要课题， 它是分子生物学 中心法则 尚未解决的一个重大生 物学问题。从一级序列预测蛋白质分子的三级结 构并进一步预测其功能，是极富挑战性的工作。 研究蛋白质折叠 ，尤其是折叠早期过程，即 新生 肽段的折叠过程 是全面的最终阐明中心法则的一 个根本问题。
? 既然前者决定后者，一级结构和空间结构之间肯 定存在某种确定 的关系，这是否也像核苷酸通过 “三联密码”决定氨基酸顺序那样 有一套密码 呢？
? 后来，有人把这设想的一级结构决定空间结构的 密码叫作“ 第二遗传密码 ”。
第二遗传密码
? 完整的提法应该是遗传密码的第二部分，即蛋白质中 氨 基酸序列与其空间结构的对应关系，国际上称之为 第二 遗传密码或折叠密码
? 第二密码也同样有简并性。现在已经知道有很多 氨基酸序列不同的肽链可以有极为相似甚至相同 的空间结构，这就是第二密码的简并性。
简并性的证据
? 1、不同生物体中执行相同功能的蛋白质有 AA 序 列上的差异 , 但却有相同的整体空间结构。
? 例如：线粒体Cytc 的AA 序列已经测定，AA 残基数均在 104 左右, 但仅在21个位置上的AA 在不同生物体的Cytc 是完全相同的，但是所有Cytc 的整体空间结构却是非常 相似的。
蛋白质折叠问题为什么会称为 当今生物学领域中的研究热点之一？
? 破译生命的另一半遗传密码，完善中心法则 ? 蛋白质分子设计及蛋白质工程的需要 ? 越来越多的基因工程产物需要复性复活，要
求蛋白质折叠的理论及技术作为指导
研究背景
研 究 的 源 动 力
疯牛病
disease
免病 疫毒
库鲁病 (Kuru)
全局性
? 第二密码必须把蛋白分子作为一个全局来考虑，这 就从根本上决定了第二密码的复杂性，它不可能像 第一密码那样有简单的一对一的关系。某些蛋白 C末端少数氨基酸的去除 , 或侧链基团的翻译后修饰， 有时都可以对整体构象和功能产生重大影响。
? 在新生肽链合成过程中，后形成的肽段可以影响 已经形成的肽段的构象从而造成对分子整体的影 响。以上这些情况可以称之为 第二密码的全局性 ， 全局性决定了第二密码的复杂性。
3、定点突变研究
? 定点突变技术的建立为蛋白质结构功能关系研究 提供了极大的方便。例如：金黄色葡萄球菌核酸 酶是研究得最多的蛋白之一
? 结果表明： 某些个别键的破坏并不能对结构起到 决定性的作用，所以个别残基的 单独替换 不会对 分子的总体构象产生明显的影响。甚至把 整段序 列用相同残基构成的序列所取代，生物活性都没 有明显影响。
? Ellis 于1987年提出了蛋白质折叠的 “辅助性组装 学说” 。
? mRNA 的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
? 那么，蛋白质的 氨基酸序列 究竟是如何确定其空 间构象的呢？
牛胰核糖核酸酶的一级结构
二 硫 键
牛胰核糖核酸酶的变性和复性
变性剂
复性
巯基 乙醇
蛋白质折叠的研究内容