讲稿3-蛋白质的折叠

第三章蛋白质的折叠

进行正确的折叠和组装未折叠、错误折叠和部分折叠或组装从内质网运输到高尔基体选择性地留在内质网

最终运输到细胞表面或其他部位。或者从高尔基体运回内质网。

运回细胞质

在蛋白体（ptoteasome）中降解。

第一节概论

Anfinsen的实验：变性使蛋白质丧失其活力，

这是它的三维结构受到破坏的结果。

原有的4个二硫键还原成8个疏基

酶的活力由于复性而恢复

结论：aa排列顺序决定特定的空间结构；

天然三维结构得到重新建立，它是多肽链自发折叠的结果。

折叠形成正确的三维空间结构才可能具有正常的生物学功能。

如果折叠在体内发生故障, 形成错误的空间结构；

不但将丧失其生物学功能, 甚至会引起疾病。

异常的三维空间结构引发折叠病：疯牛病、老年性痴呆症、囊性纤维病变、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等等。

那么，【问题】aa顺序能否代表着功能 ? ? ?

多肽链的aa顺序并不能直接表现出功能，功能只是多肽链折叠成特定的三维结构后才出现的,但多肽链的aa包含了它折叠全部信息。

蛋白质折叠的研究（图）的应用价值

未折叠状态 U

中间状态I

天然构象N

狭义的定义研究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。

“aa顺序决定蛋白空间结构”原则

核糖体上释放的多肽链，按照一级结构中aa侧链的性质，自主卷曲，形成一定的空间结构。

过去观点

蛋白质空间结构的形成靠其一级结构决定，不需要另外的信息。

近来发现

细胞内蛋白质正确装配都需“分了伴娘”蛋白帮助才能完成。

贡献：对新生肽段能够自发进行折叠的新发现从根本上修正了传统的概念。

归功于X射线、晶体衍射和各种波谱技术以及电子显微镜技术等。

尤其是NMR(核磁共振)用于研究蛋白质，能极为详细的研究蛋白质分子的动力学，即动态的结构或结构的运动与蛋白质分子功能的关系。

NMR技术已经能够在秒到皮秒的时间域上观察蛋白质结构的运动过程：包括：主链和侧链的运动；

在各种不同的温度和压力下蛋白质的折叠和去折叠过程。

蛋白质大分子的结构分析：

●解出某个具体的结构，

●更关注结构的涨落和运动。

【例1】运输小分子的酶和蛋白质通常存在着两种构象：

结合配体的构象；未结合配体的构象。

一种构象内的结构涨落是构象转变所必需的前奏，

需要把光谱学，波谱学和X-射线结构分析结合起来

研究结构涨落的平衡，构象改变和改变过程中形成的多种中间态。

【例2】了解蛋白质是如何折叠的，

就必须知道折叠时几个基本过程的时间尺度和机制，包括：二级结构（螺旋和折叠）的形成、卷曲、长程相互作用以及未折叠肽段的全面崩溃。

应用多种技术如快速核磁共振，快速光谱技术(荧光，远紫外和近紫外圆二色)。

第二节新生肽段折叠研究中的新观点

蛋白质折叠的传统主导学说：自组装（self-assembly），

研究新生肽段的折叠时，

★把在体外蛋白质折叠研究中得到的规律推广到体内，

★用变性蛋白的复性作为新生肽段折叠的模型，

★认为细胞中新合成的多肽链：

●不需要别的分子的帮助，

●不需要额外能量的补充，

●就应该能够自发的折叠而形成它的功能状态。

然而，

体外，变性的蛋白质→→→自发地进行折叠，

需要几个小时才能完成。

体内（在内质网腔中），

分泌性蛋白质→→→折叠仅需几分钟。

邹承鲁(1988)提出新生肽段的折叠新观点：

新生肽段的折叠在合成早期业已开始，而不是合成完后才开始进行，随着肽段的延伸同时折叠，又不断进行构象的调整，先形成的结构会作用于后合成的肽段的折叠，而后合成的结构又会影响前面已形成的结构的调整。因此，在肽段延伸过程中形成的结构往往不一定是最终功能蛋白中的结构。这样，三维结构的形成是一个同时进行着的，协调的动态过程。

九十年代发现一类具有新的生物功能的蛋白：

分子伴侣（Molecular chaperone），

帮助蛋白质折叠的辅助蛋白(Accessory protein) ，

需要帮助。

第三节蛋白质分子的折叠和分子伴侣的作用

蛋白质分子的三维结构→→→有共价的肽键和二硫键，

还靠大量极其复杂的弱次级键共同作用。

因此，新生肽段在一边合成一边折叠过程中有可能暂时形成在最终成熟蛋

作用而形成的非功能的分子，甚至造成分子的聚集和沉淀。

传统自组装学说认为：

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途径和错误途径相互竞争的过程；

Why？

为了提高蛋白质生物合成的效率，机体进化产生了帮助正确途径的竞争机制，如分子伴侣。

其功能是：识别新生肽段折叠过程中暂时暴露的错误结构，

并与之结合，生成复和物，

从而防止这些表面之间过早的相互作用，

阻止不正确的非功能的折叠途径，

抑制不可逆聚合物产生，

如此保证促进折叠向正确方向进行。

哲学的观点说认为：

自组装学说违背了矛盾的普遍性原理，

★如果蛋白质的每一步折叠均是正确的，充分的，必要的，岂不是在无任何矛盾的前提下，完成了复杂的最稳定构象的形成，即完成了由量变到质变的飞跃，从无活性的肽链变成有活性的功能蛋白，违背哲学基本原理。

★另一角，生物进化的过程本来就充满着不定向的变异，这些变异中有适应环境的，也有不适应环境的，“物竞天择”，自然的选择淘汰了那些不适应的，保留了那些适应的。蛋白质分子的折叠也与此类似：

蛋白质的一级结构只是肽链折叠并形成功能蛋白的特定三维结构的内因，

实际上，多肽链在形成活性蛋白的每一步，都潜在着可能形成“不正确”的折叠，如果没有象分子伴侣或其它帮助蛋白等外部因素的作用，

多肽链也永远不能折叠成为活性蛋百。

1．分子伴侣概念＆分类

概念帮助和加速蛋白质的新生肽链在细胞内折叠。

通过提供一个保护环境，加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。

◆高度专一性的分子伴侣具，

如一些分子内分子伴侣，

例，细菌Pseudomonas cepacia的酯酶，有它自己的“私有分子伴侣”

[由基因limA编码的，与酯酶的基因LipA只隔3个碱基，

可能是进化过程中发生的基因分裂造成的。]

◆一般的分子伴侣，识别特异性不高，

“分子伴娘”分类