醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件

醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的綜合性學(xué)科研究內(nèi)容：生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，生物與生物之間及生物與環(huán)境之間相互關(guān)系。前沿領(lǐng)域：分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)。而分子生物學(xué)是生命科學(xué)的前沿。生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的綜合性學(xué)科研究內(nèi)容：生生命科學(xué)的發(fā)展過程

整體水平細(xì)胞水平分子水平從整體水平到分子水平示意圖生命科學(xué)的發(fā)展過程整體水平細(xì)胞水平分子生物學(xué):從分子水平研究生命現(xiàn)象、生命的本質(zhì)、生命活動及其規(guī)律的科學(xué)。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué):從分子水平研究人體在正常和疾病狀態(tài)下生命活動及其規(guī)律的科學(xué)。主要研究人體生物大分子和大分子體系的結(jié)構(gòu)、功能、相互作用及其同疾病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系。

分子生物學(xué):從分子水平研究生命現(xiàn)象、生命的本質(zhì)、生命活動及其主要內(nèi)容1

一、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子的折疊和定位蛋白質(zhì)的修飾與降解蛋白質(zhì)相互作用蛋白組學(xué)主要內(nèi)容1

一、蛋白質(zhì)主要內(nèi)容2

二、基因組與基因表達(dá)基因組、基因組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)基因組復(fù)制及DNA損失傷與修復(fù)基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控真核生物基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控非編碼RNA與基因表達(dá)及其調(diào)控主要內(nèi)容2

二、基因組與基因表達(dá)三、基本生命活動的分子調(diào)控細(xì)胞增殖的分子調(diào)控細(xì)胞分化的分子調(diào)控細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控代謝的分子調(diào)控主要內(nèi)容3

三、基本生命活動的分子調(diào)控主要內(nèi)容3

四、分子醫(yī)學(xué)基因和基因組異常與疾病蛋白質(zhì)分子異常與疾病代謝異常與疾病癌基因和抑癌基因異常與疾病基因工程與基因工程藥物主要內(nèi)容4

四、分子醫(yī)學(xué)主要內(nèi)容4

第一部分

蛋白質(zhì)分子的折疊和定位第一部分

蛋白質(zhì)分子的折疊醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲5）運(yùn)動與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能1）作為生物催化劑（酶）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能

蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象(conformation)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primar蛋白質(zhì)怎樣形成正確的空間構(gòu)象？如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的折疊，如何糾正？蛋白質(zhì)如何被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞的特定部位？蛋白質(zhì)怎樣形成正確的空間構(gòu)象？

蛋白質(zhì)分子的折疊和定位研究意義：揭示蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能、認(rèn)識疾病的發(fā)病機(jī)制、設(shè)計(jì)特異的蛋白質(zhì)、工業(yè)化制備功能蛋白質(zhì)等方面具有重要的學(xué)術(shù)和社會意義。蛋白質(zhì)分子的折疊和定位第一節(jié)

蛋白質(zhì)分子的折疊第一節(jié)

蛋白質(zhì)分子的折疊

概念：

從一條伸展無序的多肽鏈折疊成具有正確空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子的過程，稱為蛋白質(zhì)的折疊（proteinfolding)。

蛋白質(zhì)分子的折疊概念：

蛋白質(zhì)分子的折疊一、蛋白質(zhì)折疊的機(jī)制體現(xiàn)了

熱力學(xué)和動力學(xué)的統(tǒng)一一、蛋白質(zhì)折疊的機(jī)制體現(xiàn)了

熱力學(xué)和動力學(xué)的統(tǒng)一牛胰核糖核酸酶體外變性-復(fù)性實(shí)驗(yàn)牛胰核糖核酸酶體外變性-復(fù)性實(shí)驗(yàn)

變性 變性

復(fù)性 復(fù)性蛋白質(zhì)體外折疊機(jī)制與“自組裝”熱力學(xué)假說

天然蛋白質(zhì)多肽鏈可以在體外復(fù)性；天然蛋白質(zhì)在生物學(xué)環(huán)境中處于熱力學(xué)最穩(wěn)定的狀態(tài)；多肽鏈的氨基酸序列包含了可以形成熱力學(xué)意義上穩(wěn)定的天然構(gòu)象所必需的全部信息。

蛋白質(zhì)體外折疊機(jī)制與“自組裝”天然蛋白質(zhì)多肽鏈可以在體外Anfinsen的“自組裝”熱力學(xué)假說得到了許多體外實(shí)驗(yàn)的支持，一些小分子量蛋白質(zhì)在體外可進(jìn)行可逆的變性和復(fù)性。該假說發(fā)展成“蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)”的著名論斷，并榮獲1972年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Anfinsen的“自組裝”熱力學(xué)假說得到了許多體外實(shí)

一些蛋白折疊“自組裝”假說不能解釋的現(xiàn)象。有些蛋白變性-復(fù)性并非完全可逆；蛋白質(zhì)變性與復(fù)性是在不同條件下進(jìn)行的，不符合熱力學(xué)準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。Levinthal推斷蛋白質(zhì)折疊不可能是完全隨機(jī)和反復(fù)嘗試所有可能的構(gòu)象直到找到自由能最低構(gòu)象的過程，由此引出蛋白質(zhì)折疊動力學(xué)學(xué)說。一些蛋白折疊“自組裝”假說不能解釋的現(xiàn)象。有些蛋白變蛋白質(zhì)折疊也是一個(gè)動力學(xué)控制的過程蛋白質(zhì)折疊遵循從高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)變的的熱力學(xué)理論；蛋白質(zhì)折疊中存在著某種能級勢壘（energybarrier），阻礙蛋白質(zhì)形成最穩(wěn)定的空間構(gòu)象。從而使得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)處在某種亞穩(wěn)態(tài)，受到了動力學(xué)的控制。蛋白質(zhì)折疊也是一個(gè)動力學(xué)控制的過程蛋白質(zhì)折疊遵循從高能態(tài)向低蛋白質(zhì)折疊示意圖

J1Ji

UI1…

Ii

NA1AiU非折疊多肽鏈;

Ⅰ折疊中間態(tài)；A有序聚集多肽鏈(不可逆)J無序聚集多肽鏈(可逆)；

N天然構(gòu)象多肽鏈蛋白質(zhì)折疊示意圖J1蛋白質(zhì)復(fù)性不可單一解釋為熱力學(xué)或動力學(xué)過程，兩者在多肽鏈折疊反應(yīng)中的作用是統(tǒng)一的。結(jié)構(gòu)簡單小蛋白質(zhì)，折疊過程相對簡單，在熱力學(xué)控制下能進(jìn)行可逆的變性和復(fù)性。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)，總體受熱力學(xué)控制，但折疊途徑受到動力學(xué)控制。蛋白質(zhì)復(fù)性不可單一解釋為熱力學(xué)或動力學(xué)過程，兩者在多肽鏈折疊二、不同模型從不同視角描述了

蛋白質(zhì)的折疊過程二、不同模型從不同視角描述了蛋白質(zhì)體外折疊模型成核-快速生長模型（Nucleation-rapidgrowthmodel）拼圖模型（jip-sawpuzzlemodel)框架模型（frameworkmodel)快速疏水垮塌模型（rapidhydrophobiccollapsemodel)擴(kuò)散-碰撞-締合模型（diffusion-collosion-adhesionmodel)動力學(xué)模型（kineticmodel)格點(diǎn)模型（HPmodel)蛋白質(zhì)體外折疊模型成核-快速生長模型（Nucleation-成核-快速生長模型（Nucleation-rapidgrowthmodel）

多肽鏈開始折疊時(shí)先在某一區(qū)域形成許多“折疊晶核”。晶核由特定氨基酸殘基形成接近天然狀態(tài)相互作用的結(jié)構(gòu)。以晶核為核心向兩側(cè)擴(kuò)大，使得整個(gè)肽鏈迅速折疊成為天然構(gòu)象。成核-快速生長模型（Nucleation-rapidgro拼圖模型（jip-sawpuzzlemodel)

多肽鏈可沿多條不同途徑進(jìn)行折疊，最終形成天然構(gòu)象。外界環(huán)境變化或突變可能會給單一折疊造成較大的影響，對其他途徑影響不大。拼圖模型（jip-sawpuzzlemodel)

多肽鏈框架模型（frameworkmodel)

多肽鏈折疊起始先迅速形成不穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)單元；二級結(jié)構(gòu)靠近形成穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)框架；二級結(jié)構(gòu)框架相互拼接，肽鏈緊縮，形成三級結(jié)構(gòu)?？蚣苣Ｐ停╢rameworkmodel)

多肽鏈折疊起始先快速疏水垮塌模型（rapidhydrophobiccollapsemodel)

疏水側(cè)鏈基團(tuán)引導(dǎo)多肽鏈快速折疊，使蛋白質(zhì)處于既不是完全的折疊狀態(tài)，也不是完全的非折疊狀態(tài)。在形成二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之前發(fā)生很快的非特異性的疏水塌縮，再進(jìn)一步折疊成天然構(gòu)象。快速疏水垮塌模型（rapidhydrophobiccol擴(kuò)散-碰撞-締合模型（diffusion-collosion-adhesionmodel)

折疊起始于幾個(gè)位點(diǎn)，形成不穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)單元以非特異性布朗運(yùn)動方式擴(kuò)散、碰撞、相互黏附，生成較大的結(jié)構(gòu)域形成疏水核心和二級結(jié)構(gòu)的球形中間體調(diào)整為致密的、無活性的、類似天然結(jié)構(gòu)的、高度有序的熔球態(tài)結(jié)構(gòu)無活力的熔球態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粦B(tài)擴(kuò)散-碰撞-締合模型（diffusion-collosion動力學(xué)模型（kineticmodel)

起始階段與“拼圖模型”類似，多肽鏈沿多條途徑迅速形成一些具有局部結(jié)構(gòu)的中間體；中間階段與“成核-快速生長模型”的快速生長階段類似，在局部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上快速折疊，形成具有較多天然結(jié)構(gòu)的中間體；最后階段是中間體向天然構(gòu)象的轉(zhuǎn)變。動力學(xué)模型（kineticmodel)

起始階段與“拼圖模格點(diǎn)模型（HPmodel)

二維格點(diǎn)模型：在平面中產(chǎn)生正交的單位長度的網(wǎng)格。每個(gè)氨基酸分子按在序列中的先后順序依次放置到這些網(wǎng)格交叉點(diǎn)上，如果出現(xiàn)所要放置的氨基酸分子沒有位置，說明該構(gòu)型是不合理的，需要重新放置。三維格點(diǎn)模型：是在三維空間產(chǎn)生的單位長度的立體網(wǎng)格。格點(diǎn)模型（HPmodel)

三、蛋白質(zhì)體內(nèi)折疊同時(shí)受到

內(nèi)在因素和外部條件制約三、蛋白質(zhì)體內(nèi)折疊同時(shí)受到（一）氨基酸側(cè)鏈及二級結(jié)構(gòu)是影響蛋白質(zhì)折疊的內(nèi)在因素

氨基酸側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)有一定的傾向性二硫鍵的形成和脯氨酸殘基酰胺鍵的順反異構(gòu)化形成α-螺旋的起始階段是慢反應(yīng)單個(gè)結(jié)構(gòu)域作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊（一）氨基酸側(cè)鏈及二級結(jié)構(gòu)是影響蛋白質(zhì)折疊的內(nèi)在因素氨基酸1.氨基酸側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)

有一定的傾向性

氨基酸側(cè)鏈大小、極性、疏水性、親水性等影響二級結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

1.氨基酸側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)

有一定的傾向性

氨基醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件(Trp)Rgroupsarepolar:-OH,-SH,and-NH2.(Trp)Rgroupsarepolar:-OH,醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件疏水性氨基酸殘基：僅參與范德華相互作用親水性氨基酸殘基：與肽鏈主鏈，其他氨基酸殘基側(cè)鏈，極性有機(jī)分子和水分子形成氫鍵。丙氨酸、亮氨酸：容易形成α-螺旋脯氨酸：很少出現(xiàn)在α-螺旋苯丙氨酸：芳香側(cè)鏈參與弱的極性相互作用疏水性氨基酸殘基：僅參與范德華相互作用2.二硫鍵的形成和脯氨酸殘基酰胺鍵的順反異構(gòu)化與蛋白質(zhì)的折疊

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶催化二硫鍵的形成是蛋白質(zhì)折疊的限速酶。脯氨酸（環(huán)狀氨基酸）缺少酰胺質(zhì)子（-NH），脯氨酸順反異構(gòu)化抑制蛋白質(zhì)的折疊。2.二硫鍵的形成和脯氨酸殘基酰胺鍵的順反異構(gòu)化與蛋白質(zhì)的折疊3.形成α-螺旋的起始階段與蛋白質(zhì)折疊

在α-螺旋形成初始階段，新生肽鏈處在一個(gè)無序的狀態(tài)下，在間隔3個(gè)氨基酸的兩個(gè)殘基之間形成氫鍵是一個(gè)慢反應(yīng)。一旦α-螺旋形成，將從這個(gè)有序的α-螺旋區(qū)域迅速擴(kuò)張。

形成α-螺旋的起始階段是個(gè)慢過程。3.形成α-螺旋的起始階段與蛋白質(zhì)折疊

在α-螺4.單個(gè)結(jié)構(gòu)域作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊

較大的蛋白質(zhì)有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單位，可作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊。4.單個(gè)結(jié)構(gòu)域作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊

較大的蛋白質(zhì)有（二）細(xì)胞內(nèi)特殊環(huán)境影響蛋白質(zhì)折疊細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多肽鏈的折疊溫度和pH影響多肽鏈的折疊金屬離子配位效應(yīng)影響蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象（二）細(xì)胞內(nèi)特殊環(huán)境影響蛋白質(zhì)折疊細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多1.細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多肽鏈折疊

大分子擁擠效應(yīng)產(chǎn)生的原因：細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)總濃度高達(dá)200-300g/L；胞質(zhì)中蛋白質(zhì)濃度隨著細(xì)胞周期變化出現(xiàn)上調(diào)和下調(diào)；大分子不可穿透性使實(shí)際可用空間減小；生物大分子占據(jù)了細(xì)胞的大部分體積，產(chǎn)生“大分子擁擠效應(yīng)”，影響新生肽鏈的折疊過程。1.細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多肽鏈折疊

大分子擁擠效應(yīng)產(chǎn)生的2.溫度和pH影響多肽鏈的折疊

細(xì)胞溫度37℃左右，pH在中性范圍，影響蛋白質(zhì)體內(nèi)的折疊。3.金屬離子配位效應(yīng)影響蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象

金屬離子通過與氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)配位，穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。2.溫度和pH影響多肽鏈的折疊

細(xì)胞溫度37℃左右，p四、蛋白質(zhì)的折疊需要其他

輔助分子參與分子伴侶：幫助肽鏈正確折疊成中間折疊體，阻止和糾正不正確折疊。折疊酶：催化與折疊直接有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。分子內(nèi)分子伴侶：一些蛋白質(zhì)在體內(nèi)以前導(dǎo)肽的形式合成，具有類似分子伴侶的功能。四、蛋白質(zhì)的折疊需要其他

輔助分子參與分子伴侶：幫助肽鏈（一）分子伴侶是蛋白質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行正確折疊最主要的輔助因子

1978年LaskeyR在體外研究組蛋白與DNA時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有在細(xì)胞核內(nèi)一種酸性蛋白存在的條件下，二者才能組裝成核小體，否則就會發(fā)生沉淀。該蛋白被稱為分子伴侶（chaperone).（一）分子伴侶是蛋白質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行正確折疊最主要的輔助因子

分子伴侶（chaperone)概念：是一類序列和結(jié)構(gòu)上沒有相關(guān)性，但有共同功能的保守蛋白質(zhì)。其功能是幫助其他蛋白質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行非共價(jià)鍵的組裝和卸裝；但是它們不是這些蛋白質(zhì)發(fā)揮正常生物學(xué)功能時(shí)應(yīng)有的永久性組成成分。分子伴侶（chaperone)概念：是一類序列和結(jié)構(gòu)上沒有相分子伴侶（chaperone)分子伴侶本身不包括控制正確折疊所需的構(gòu)象信息，但能阻止非天然態(tài)多肽鏈的錯(cuò)誤折疊或凝集，為多肽鏈提供更多正確折疊的機(jī)會。分子伴侶家族包括熱激蛋白（HSP100、HSP90、HSP70、HSP60)，crystallins、prefoldin、核質(zhì)素、TCP-1ringcomplex(TRiC)、觸發(fā)因子等。分子伴侶（chaperone)分子伴侶本身不包括控制正確折疊分子伴侶的作用方式1.HSP70和HSP40以ATP依賴方式參與蛋白質(zhì)折疊過程2.伴侶素HSP60和HSP10形成圓桶狀復(fù)合物輔助多肽鏈的正確折疊3.觸發(fā)因子是可以與核糖體結(jié)合的分子伴侶分子伴侶的作用方式1.HSP70和HSP40以ATPHSP40結(jié)合待折疊多肽片段HSP70-ATP復(fù)合物HSP40-HSP70-ADP-多肽復(fù)合物ATP水解GrpEATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊HSP40結(jié)合待折疊多肽片段HSP70-ATP復(fù)合物HS伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程（二）折疊酶輔助共價(jià)鍵的形成

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶參與二硫鍵的形成肽基脯氨酰順反異構(gòu)酶催化反式肽基脯氨酰鍵轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖綐?gòu)型（二）折疊酶輔助共價(jià)鍵的形成

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶參與二硫鍵的（三）分子內(nèi)分子伴侶是具有前導(dǎo)肽的

蛋白質(zhì)的前體

有前導(dǎo)肽（Pro肽）的前體形式蛋白質(zhì)分子，必須要有Pro肽的參與才能完成折疊。Pro肽具備了分子伴侶的作用。Pro肽可以看作是一種折疊酶，特異性催化蛋白質(zhì)的折疊過程。（三）分子內(nèi)分子伴侶是具有前導(dǎo)肽的

蛋白質(zhì)的前體

有前導(dǎo)肽（（四）分子伴侶輔助其他生物

大分子的折疊

分子伴侶并不局限于蛋白質(zhì)，也可以是脂分子伴侶，如磷脂乙醇胺是乳糖透性酶折疊所必需的。分子伴侶所輔助的分子也不局限于蛋白質(zhì)，如DNA分子伴侶，RNA分子伴侶。

（四）分子伴侶輔助其他生物

大分子的折疊

分子伴侶并不局限于五、膜蛋白的折疊研究具有

較大的挑戰(zhàn)性膜蛋白質(zhì)在磷脂膜中的二級結(jié)構(gòu)可以全部是α-螺旋結(jié)構(gòu)，也可以全部是β-片層結(jié)構(gòu)，如通道蛋白。五、膜蛋白的折疊研究具有

較大的挑戰(zhàn)性膜蛋白質(zhì)在磷脂膜蛋白具有重要功能

細(xì)胞信號的接受和轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞間識別病毒和細(xì)菌感染腫瘤發(fā)生細(xì)菌耐藥膜蛋白具有重要功能

細(xì)胞信號的接受和轉(zhuǎn)導(dǎo)為什么膜蛋白折疊所知甚少？

細(xì)胞膜蛋白分離或表達(dá)膜蛋白有一定困難膜蛋白體外變性-復(fù)性要在疏水環(huán)境進(jìn)行，研究難度大。到目前為止，只有幾種膜蛋白成功進(jìn)行了變性-復(fù)性實(shí)驗(yàn)。為什么膜蛋白折疊所知甚少？

細(xì)胞膜蛋白分離或表達(dá)膜蛋白有一定α-螺旋跨膜蛋白折疊的“兩步模型”

1.形成約25個(gè)氨基酸的疏水α-螺旋，插入膜中。2.在膜內(nèi)疏水條件下，內(nèi)部α-螺旋相互作用，引導(dǎo)蛋白質(zhì)趨向天然結(jié)構(gòu)。

α-螺旋跨膜蛋白折疊的“兩步模型”

1.形成約25個(gè)氨基酸的膜內(nèi)疏水環(huán)境使得肽鏈主鏈上的極性基團(tuán)N-H和C=O只能相互形成氫鍵，有利于α-螺旋的形成和穩(wěn)定。對于只是部分插入到膜中的外周蛋白的折疊，一般認(rèn)為在插入之前，蛋白質(zhì)要進(jìn)行部分折疊。膜內(nèi)疏水環(huán)境使得肽鏈主鏈上的極性基團(tuán)N-H和C=O只能相互形通道蛋白（porin）由多個(gè)β-片層在外膜形成β-桶狀結(jié)構(gòu)的通道，能夠輔助較小極性分子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。β-桶狀結(jié)構(gòu)的疏水殘基側(cè)鏈位于與脂質(zhì)雙分子層直接接觸的區(qū)域，極性殘基的側(cè)鏈遠(yuǎn)離疏水的脂質(zhì)雙分子層，與空腔的水形成氫鍵。通道蛋白（porin）由多個(gè)β-片層在外膜形成β-桶狀結(jié)構(gòu)的通道蛋白可由信號肽引導(dǎo)，以成熟的蛋白質(zhì)形式分泌到細(xì)胞質(zhì)中，然后插入到膜。該過程包括了部分的折疊和與其他鏈的相互作用。體外實(shí)驗(yàn)也證明通道蛋白可以在脂質(zhì)雙分子層中完全重折疊。通道蛋白可由信號肽引導(dǎo)，以成熟的蛋白質(zhì)形式分泌到細(xì)胞質(zhì)中，然第二節(jié)

蛋白質(zhì)的定位第二節(jié)

蛋白質(zhì)的定位醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件蛋白質(zhì)的定位概念：蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到發(fā)揮作用的靶區(qū)域的過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting)。蛋白質(zhì)的靶向輸送是由蛋白質(zhì)上所攜帶的定位信號決定的。蛋白質(zhì)的定位概念：蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到發(fā)揮作用一、蛋白質(zhì)分子上攜帶不同的定位信號

20世紀(jì)70年代，BlobelG提出“信號肽假說”即所有靶向輸送的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中都存在定位信號，引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)募?xì)胞靶部位。1999年獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。一、蛋白質(zhì)分子上攜帶不同的定位信號

20世紀(jì)70年定位信號：定位信號是決定蛋白質(zhì)靶向輸送的關(guān)鍵因素，引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)募?xì)胞靶部位。信號肽序列：是肽鏈N-末端長度為13-36個(gè)氨基酸的序列。定位信號：定位信號是決定蛋白質(zhì)靶向輸送的關(guān)鍵因素，引導(dǎo)蛋白質(zhì)靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，二、不同的定位信號引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到

不同的細(xì)胞部位

線粒體中蛋白質(zhì)由胞質(zhì)游離核糖體合成并靶向輸送到線粒體中細(xì)胞核蛋白的入核和出核由核定位信號和核輸出信號決定成熟的、完全折疊的蛋白質(zhì)才能被轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧化物酶中分泌型蛋白質(zhì)的靶向輸送起始于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜蛋白的插入具有方向性二、不同的定位信號引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到

不同的細(xì)胞部位

線粒體中（一）線粒體中的蛋白質(zhì)由胞質(zhì)游離核糖體合成并靶向輸送到線粒體中

1.線粒體蛋白質(zhì)的N-末端帶有定位信號2.蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體需要TOM和TIM復(fù)合體3.線粒體蛋白質(zhì)的輸送模型具有保守型（一）線粒體中的蛋白質(zhì)由胞質(zhì)游離核糖體合成并靶向輸送到線粒體線粒體蛋白的靶向輸送

線粒體蛋白的靶向輸送（二）細(xì)胞核蛋白的入核和出核是由核定位信號和核輸出信號所決定

蛋白質(zhì)的核定位信號（nuclearlocalizationsignal,NLS）決定了蛋白質(zhì)在細(xì)胞核內(nèi)外的轉(zhuǎn)運(yùn)。NLS由4-8個(gè)氨基酸殘基組成，富含帶正電荷的賴氨酸，精氨酸及脯氨酸?？晌挥陔逆湶煌课?，完成定位后不被切除。（二）細(xì)胞核蛋白的入核和出核是由核定位信號和核輸出信號所決定核輸出信號（nuclearexportsignal,NES）負(fù)責(zé)把蛋白質(zhì)從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)。NES含有一段10個(gè)氨基酸殘基序列，含有一組保守亮氨酸組合。蛋白質(zhì)可同時(shí)含有NLS和NES。核輸出信號（nuclearexportsignal,NE2.蛋白質(zhì)的出核和入核需要G蛋白提供能量蛋白質(zhì)穿過核孔過程中，Ran為核蛋白轉(zhuǎn)

運(yùn)提供能量。Ran是G蛋白單體，具有GTP酶活性。

在Ran-GTP中，Ran催化GTP水解產(chǎn)生Ran-GDP。2.蛋白質(zhì)的出核和入核需要G蛋白提供能量細(xì)胞核蛋白的靶向輸送細(xì)胞核蛋白的靶向輸送（三）成熟的、完全折疊的蛋白質(zhì)才能被轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧化物酶中

過氧化物酶基質(zhì)中的蛋白質(zhì)以及膜蛋白都是在細(xì)胞質(zhì)游離核糖體上合成的。進(jìn)入過氧化物酶體的蛋白質(zhì)都是在折疊好之后再進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)的。（三）成熟的、完全折疊的蛋白質(zhì)才能被轉(zhuǎn)運(yùn)到過氧化物酶中

過氧（四）分泌型蛋白質(zhì)的靶向輸送

起始于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體合成多肽鏈先由信號肽引導(dǎo)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，經(jīng)修飾并被折疊具有一定構(gòu)象，在高爾基復(fù)合體被包裝成分泌小泡而分泌出細(xì)胞。

信號肽(signalpeptide)各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。（四）分泌型蛋白質(zhì)的靶向輸送核糖體合成多肽鏈先由信號肽引導(dǎo)進(jìn)信號肽的一級結(jié)構(gòu)N端側(cè)堿性區(qū)疏水核心區(qū)C端加工區(qū)信號肽的一級結(jié)構(gòu)N端側(cè)堿性區(qū)疏水核心區(qū)C端加工區(qū)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（五）膜蛋白的插入具有方向性

1.膜蛋白都是從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到膜上

2.膜蛋白的方向性是在蛋白質(zhì)插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的過程中決定的（五）膜蛋白的插入具有方向性

1.膜蛋白都是從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)在脂膜兩側(cè)都有結(jié)構(gòu)域存在的蛋白質(zhì)稱為跨膜蛋白（transmembraneprotein),真核生物細(xì)胞質(zhì)膜、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基復(fù)合體膜、溶酶體膜的膜蛋白都是從粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到膜上的。Ⅰ型蛋白的N-末端朝向胞外（普遍），Ⅱ型蛋白的N-端朝向胞質(zhì)。在脂膜兩側(cè)都有結(jié)構(gòu)域存在的蛋白質(zhì)稱為跨膜蛋白（transme膜蛋白的方向性是在蛋白質(zhì)插入

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的過程中決定的利用重組DNA技術(shù)分析表明，所有膜蛋白的拓?fù)涠ㄎ恢饕纱嬖谟谄涠嚯逆溕系耐負(fù)湫蛄袥Q定。一些蛋白通過共價(jià)鍵的糖基磷脂酰肌醇（GPI）錨定在細(xì)胞膜上。膜蛋白的方向性是在蛋白質(zhì)插入

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的過程中決定的利用重組醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的綜合性學(xué)科研究內(nèi)容：生命物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能，生物與生物之間及生物與環(huán)境之間相互關(guān)系。前沿領(lǐng)域：分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、發(fā)育生物學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)。而分子生物學(xué)是生命科學(xué)的前沿。生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律的綜合性學(xué)科研究內(nèi)容：生生命科學(xué)的發(fā)展過程

整體水平細(xì)胞水平分子水平從整體水平到分子水平示意圖生命科學(xué)的發(fā)展過程整體水平細(xì)胞水平分子生物學(xué):從分子水平研究生命現(xiàn)象、生命的本質(zhì)、生命活動及其規(guī)律的科學(xué)。醫(yī)學(xué)分子生物學(xué):從分子水平研究人體在正常和疾病狀態(tài)下生命活動及其規(guī)律的科學(xué)。主要研究人體生物大分子和大分子體系的結(jié)構(gòu)、功能、相互作用及其同疾病發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系。

分子生物學(xué):從分子水平研究生命現(xiàn)象、生命的本質(zhì)、生命活動及其主要內(nèi)容1

一、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子的折疊和定位蛋白質(zhì)的修飾與降解蛋白質(zhì)相互作用蛋白組學(xué)主要內(nèi)容1

一、蛋白質(zhì)主要內(nèi)容2

二、基因組與基因表達(dá)基因組、基因組學(xué)與轉(zhuǎn)錄組學(xué)基因組復(fù)制及DNA損失傷與修復(fù)基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控真核生物基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控非編碼RNA與基因表達(dá)及其調(diào)控主要內(nèi)容2

二、基因組與基因表達(dá)三、基本生命活動的分子調(diào)控細(xì)胞增殖的分子調(diào)控細(xì)胞分化的分子調(diào)控細(xì)胞凋亡的分子調(diào)控代謝的分子調(diào)控主要內(nèi)容3

三、基本生命活動的分子調(diào)控主要內(nèi)容3

四、分子醫(yī)學(xué)基因和基因組異常與疾病蛋白質(zhì)分子異常與疾病代謝異常與疾病癌基因和抑癌基因異常與疾病基因工程與基因工程藥物主要內(nèi)容4

四、分子醫(yī)學(xué)主要內(nèi)容4

第一部分

蛋白質(zhì)分子的折疊和定位第一部分

蛋白質(zhì)分子的折疊醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲5）運(yùn)動與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能1）作為生物催化劑（酶）蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能

蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象(conformation)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primar蛋白質(zhì)怎樣形成正確的空間構(gòu)象？如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的折疊，如何糾正？蛋白質(zhì)如何被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞的特定部位？蛋白質(zhì)怎樣形成正確的空間構(gòu)象？

蛋白質(zhì)分子的折疊和定位研究意義：揭示蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能、認(rèn)識疾病的發(fā)病機(jī)制、設(shè)計(jì)特異的蛋白質(zhì)、工業(yè)化制備功能蛋白質(zhì)等方面具有重要的學(xué)術(shù)和社會意義。蛋白質(zhì)分子的折疊和定位第一節(jié)

蛋白質(zhì)分子的折疊第一節(jié)

蛋白質(zhì)分子的折疊

概念：

從一條伸展無序的多肽鏈折疊成具有正確空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子的過程，稱為蛋白質(zhì)的折疊（proteinfolding)。

蛋白質(zhì)分子的折疊概念：

蛋白質(zhì)分子的折疊一、蛋白質(zhì)折疊的機(jī)制體現(xiàn)了

熱力學(xué)和動力學(xué)的統(tǒng)一一、蛋白質(zhì)折疊的機(jī)制體現(xiàn)了

熱力學(xué)和動力學(xué)的統(tǒng)一牛胰核糖核酸酶體外變性-復(fù)性實(shí)驗(yàn)牛胰核糖核酸酶體外變性-復(fù)性實(shí)驗(yàn)

變性 變性

復(fù)性 復(fù)性蛋白質(zhì)體外折疊機(jī)制與“自組裝”熱力學(xué)假說

天然蛋白質(zhì)多肽鏈可以在體外復(fù)性；天然蛋白質(zhì)在生物學(xué)環(huán)境中處于熱力學(xué)最穩(wěn)定的狀態(tài)；多肽鏈的氨基酸序列包含了可以形成熱力學(xué)意義上穩(wěn)定的天然構(gòu)象所必需的全部信息。

蛋白質(zhì)體外折疊機(jī)制與“自組裝”天然蛋白質(zhì)多肽鏈可以在體外Anfinsen的“自組裝”熱力學(xué)假說得到了許多體外實(shí)驗(yàn)的支持，一些小分子量蛋白質(zhì)在體外可進(jìn)行可逆的變性和復(fù)性。該假說發(fā)展成“蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)”的著名論斷，并榮獲1972年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。Anfinsen的“自組裝”熱力學(xué)假說得到了許多體外實(shí)

一些蛋白折疊“自組裝”假說不能解釋的現(xiàn)象。有些蛋白變性-復(fù)性并非完全可逆；蛋白質(zhì)變性與復(fù)性是在不同條件下進(jìn)行的，不符合熱力學(xué)準(zhǔn)靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。Levinthal推斷蛋白質(zhì)折疊不可能是完全隨機(jī)和反復(fù)嘗試所有可能的構(gòu)象直到找到自由能最低構(gòu)象的過程，由此引出蛋白質(zhì)折疊動力學(xué)學(xué)說。一些蛋白折疊“自組裝”假說不能解釋的現(xiàn)象。有些蛋白變蛋白質(zhì)折疊也是一個(gè)動力學(xué)控制的過程蛋白質(zhì)折疊遵循從高能態(tài)向低能態(tài)轉(zhuǎn)變的的熱力學(xué)理論；蛋白質(zhì)折疊中存在著某種能級勢壘（energybarrier），阻礙蛋白質(zhì)形成最穩(wěn)定的空間構(gòu)象。從而使得蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)處在某種亞穩(wěn)態(tài)，受到了動力學(xué)的控制。蛋白質(zhì)折疊也是一個(gè)動力學(xué)控制的過程蛋白質(zhì)折疊遵循從高能態(tài)向低蛋白質(zhì)折疊示意圖

J1Ji

UI1…

Ii

NA1AiU非折疊多肽鏈;

Ⅰ折疊中間態(tài)；A有序聚集多肽鏈(不可逆)J無序聚集多肽鏈(可逆)；

N天然構(gòu)象多肽鏈蛋白質(zhì)折疊示意圖J1蛋白質(zhì)復(fù)性不可單一解釋為熱力學(xué)或動力學(xué)過程，兩者在多肽鏈折疊反應(yīng)中的作用是統(tǒng)一的。結(jié)構(gòu)簡單小蛋白質(zhì)，折疊過程相對簡單，在熱力學(xué)控制下能進(jìn)行可逆的變性和復(fù)性。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的蛋白質(zhì)，總體受熱力學(xué)控制，但折疊途徑受到動力學(xué)控制。蛋白質(zhì)復(fù)性不可單一解釋為熱力學(xué)或動力學(xué)過程，兩者在多肽鏈折疊二、不同模型從不同視角描述了

蛋白質(zhì)的折疊過程二、不同模型從不同視角描述了蛋白質(zhì)體外折疊模型成核-快速生長模型（Nucleation-rapidgrowthmodel）拼圖模型（jip-sawpuzzlemodel)框架模型（frameworkmodel)快速疏水垮塌模型（rapidhydrophobiccollapsemodel)擴(kuò)散-碰撞-締合模型（diffusion-collosion-adhesionmodel)動力學(xué)模型（kineticmodel)格點(diǎn)模型（HPmodel)蛋白質(zhì)體外折疊模型成核-快速生長模型（Nucleation-成核-快速生長模型（Nucleation-rapidgrowthmodel）

多肽鏈開始折疊時(shí)先在某一區(qū)域形成許多“折疊晶核”。晶核由特定氨基酸殘基形成接近天然狀態(tài)相互作用的結(jié)構(gòu)。以晶核為核心向兩側(cè)擴(kuò)大，使得整個(gè)肽鏈迅速折疊成為天然構(gòu)象。成核-快速生長模型（Nucleation-rapidgro拼圖模型（jip-sawpuzzlemodel)

多肽鏈可沿多條不同途徑進(jìn)行折疊，最終形成天然構(gòu)象。外界環(huán)境變化或突變可能會給單一折疊造成較大的影響，對其他途徑影響不大。拼圖模型（jip-sawpuzzlemodel)

多肽鏈框架模型（frameworkmodel)

多肽鏈折疊起始先迅速形成不穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)單元；二級結(jié)構(gòu)靠近形成穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)框架；二級結(jié)構(gòu)框架相互拼接，肽鏈緊縮，形成三級結(jié)構(gòu)?？蚣苣Ｐ停╢rameworkmodel)

多肽鏈折疊起始先快速疏水垮塌模型（rapidhydrophobiccollapsemodel)

疏水側(cè)鏈基團(tuán)引導(dǎo)多肽鏈快速折疊，使蛋白質(zhì)處于既不是完全的折疊狀態(tài)，也不是完全的非折疊狀態(tài)。在形成二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)之前發(fā)生很快的非特異性的疏水塌縮，再進(jìn)一步折疊成天然構(gòu)象?？焖偈杷逅Ｐ停╮apidhydrophobiccol擴(kuò)散-碰撞-締合模型（diffusion-collosion-adhesionmodel)

折疊起始于幾個(gè)位點(diǎn)，形成不穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)單元以非特異性布朗運(yùn)動方式擴(kuò)散、碰撞、相互黏附，生成較大的結(jié)構(gòu)域形成疏水核心和二級結(jié)構(gòu)的球形中間體調(diào)整為致密的、無活性的、類似天然結(jié)構(gòu)的、高度有序的熔球態(tài)結(jié)構(gòu)無活力的熔球態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粦B(tài)擴(kuò)散-碰撞-締合模型（diffusion-collosion動力學(xué)模型（kineticmodel)

起始階段與“拼圖模型”類似，多肽鏈沿多條途徑迅速形成一些具有局部結(jié)構(gòu)的中間體；中間階段與“成核-快速生長模型”的快速生長階段類似，在局部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上快速折疊，形成具有較多天然結(jié)構(gòu)的中間體；最后階段是中間體向天然構(gòu)象的轉(zhuǎn)變。動力學(xué)模型（kineticmodel)

起始階段與“拼圖模格點(diǎn)模型（HPmodel)

二維格點(diǎn)模型：在平面中產(chǎn)生正交的單位長度的網(wǎng)格。每個(gè)氨基酸分子按在序列中的先后順序依次放置到這些網(wǎng)格交叉點(diǎn)上，如果出現(xiàn)所要放置的氨基酸分子沒有位置，說明該構(gòu)型是不合理的，需要重新放置。三維格點(diǎn)模型：是在三維空間產(chǎn)生的單位長度的立體網(wǎng)格。格點(diǎn)模型（HPmodel)

三、蛋白質(zhì)體內(nèi)折疊同時(shí)受到

內(nèi)在因素和外部條件制約三、蛋白質(zhì)體內(nèi)折疊同時(shí)受到（一）氨基酸側(cè)鏈及二級結(jié)構(gòu)是影響蛋白質(zhì)折疊的內(nèi)在因素

氨基酸側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)有一定的傾向性二硫鍵的形成和脯氨酸殘基酰胺鍵的順反異構(gòu)化形成α-螺旋的起始階段是慢反應(yīng)單個(gè)結(jié)構(gòu)域作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊（一）氨基酸側(cè)鏈及二級結(jié)構(gòu)是影響蛋白質(zhì)折疊的內(nèi)在因素氨基酸1.氨基酸側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)

有一定的傾向性

氨基酸側(cè)鏈大小、極性、疏水性、親水性等影響二級結(jié)構(gòu)的形成，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

1.氨基酸側(cè)鏈影響二級結(jié)構(gòu)

有一定的傾向性

氨基醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件(Trp)Rgroupsarepolar:-OH,-SH,and-NH2.(Trp)Rgroupsarepolar:-OH,醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件疏水性氨基酸殘基：僅參與范德華相互作用親水性氨基酸殘基：與肽鏈主鏈，其他氨基酸殘基側(cè)鏈，極性有機(jī)分子和水分子形成氫鍵。丙氨酸、亮氨酸：容易形成α-螺旋脯氨酸：很少出現(xiàn)在α-螺旋苯丙氨酸：芳香側(cè)鏈參與弱的極性相互作用疏水性氨基酸殘基：僅參與范德華相互作用2.二硫鍵的形成和脯氨酸殘基酰胺鍵的順反異構(gòu)化與蛋白質(zhì)的折疊

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶催化二硫鍵的形成是蛋白質(zhì)折疊的限速酶。脯氨酸（環(huán)狀氨基酸）缺少酰胺質(zhì)子（-NH），脯氨酸順反異構(gòu)化抑制蛋白質(zhì)的折疊。2.二硫鍵的形成和脯氨酸殘基酰胺鍵的順反異構(gòu)化與蛋白質(zhì)的折疊3.形成α-螺旋的起始階段與蛋白質(zhì)折疊

在α-螺旋形成初始階段，新生肽鏈處在一個(gè)無序的狀態(tài)下，在間隔3個(gè)氨基酸的兩個(gè)殘基之間形成氫鍵是一個(gè)慢反應(yīng)。一旦α-螺旋形成，將從這個(gè)有序的α-螺旋區(qū)域迅速擴(kuò)張。

形成α-螺旋的起始階段是個(gè)慢過程。3.形成α-螺旋的起始階段與蛋白質(zhì)折疊

在α-螺4.單個(gè)結(jié)構(gòu)域作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊

較大的蛋白質(zhì)有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，每個(gè)結(jié)構(gòu)域是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單位，可作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊。4.單個(gè)結(jié)構(gòu)域作為獨(dú)立單位進(jìn)行折疊

較大的蛋白質(zhì)有（二）細(xì)胞內(nèi)特殊環(huán)境影響蛋白質(zhì)折疊細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多肽鏈的折疊溫度和pH影響多肽鏈的折疊金屬離子配位效應(yīng)影響蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象（二）細(xì)胞內(nèi)特殊環(huán)境影響蛋白質(zhì)折疊細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多1.細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多肽鏈折疊

大分子擁擠效應(yīng)產(chǎn)生的原因：細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)總濃度高達(dá)200-300g/L；胞質(zhì)中蛋白質(zhì)濃度隨著細(xì)胞周期變化出現(xiàn)上調(diào)和下調(diào)；大分子不可穿透性使實(shí)際可用空間減小；生物大分子占據(jù)了細(xì)胞的大部分體積，產(chǎn)生“大分子擁擠效應(yīng)”，影響新生肽鏈的折疊過程。1.細(xì)胞內(nèi)大分子擁擠效應(yīng)影響多肽鏈折疊

大分子擁擠效應(yīng)產(chǎn)生的2.溫度和pH影響多肽鏈的折疊

細(xì)胞溫度37℃左右，pH在中性范圍，影響蛋白質(zhì)體內(nèi)的折疊。3.金屬離子配位效應(yīng)影響蛋白質(zhì)的天然構(gòu)象

金屬離子通過與氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)配位，穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。2.溫度和pH影響多肽鏈的折疊

細(xì)胞溫度37℃左右，p四、蛋白質(zhì)的折疊需要其他

輔助分子參與分子伴侶：幫助肽鏈正確折疊成中間折疊體，阻止和糾正不正確折疊。折疊酶：催化與折疊直接有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。分子內(nèi)分子伴侶：一些蛋白質(zhì)在體內(nèi)以前導(dǎo)肽的形式合成，具有類似分子伴侶的功能。四、蛋白質(zhì)的折疊需要其他

輔助分子參與分子伴侶：幫助肽鏈（一）分子伴侶是蛋白質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行正確折疊最主要的輔助因子

1978年LaskeyR在體外研究組蛋白與DNA時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有在細(xì)胞核內(nèi)一種酸性蛋白存在的條件下，二者才能組裝成核小體，否則就會發(fā)生沉淀。該蛋白被稱為分子伴侶（chaperone).（一）分子伴侶是蛋白質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行正確折疊最主要的輔助因子

分子伴侶（chaperone)概念：是一類序列和結(jié)構(gòu)上沒有相關(guān)性，但有共同功能的保守蛋白質(zhì)。其功能是幫助其他蛋白質(zhì)在體內(nèi)進(jìn)行非共價(jià)鍵的組裝和卸裝；但是它們不是這些蛋白質(zhì)發(fā)揮正常生物學(xué)功能時(shí)應(yīng)有的永久性組成成分。分子伴侶（chaperone)概念：是一類序列和結(jié)構(gòu)上沒有相分子伴侶（chaperone)分子伴侶本身不包括控制正確折疊所需的構(gòu)象信息，但能阻止非天然態(tài)多肽鏈的錯(cuò)誤折疊或凝集，為多肽鏈提供更多正確折疊的機(jī)會。分子伴侶家族包括熱激蛋白（HSP100、HSP90、HSP70、HSP60)，crystallins、prefoldin、核質(zhì)素、TCP-1ringcomplex(TRiC)、觸發(fā)因子等。分子伴侶（chaperone)分子伴侶本身不包括控制正確折疊分子伴侶的作用方式1.HSP70和HSP40以ATP依賴方式參與蛋白質(zhì)折疊過程2.伴侶素HSP60和HSP10形成圓桶狀復(fù)合物輔助多肽鏈的正確折疊3.觸發(fā)因子是可以與核糖體結(jié)合的分子伴侶分子伴侶的作用方式1.HSP70和HSP40以ATPHSP40結(jié)合待折疊多肽片段HSP70-ATP復(fù)合物HSP40-HSP70-ADP-多肽復(fù)合物ATP水解GrpEATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊HSP40結(jié)合待折疊多肽片段HSP70-ATP復(fù)合物HS伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程（二）折疊酶輔助共價(jià)鍵的形成

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶參與二硫鍵的形成肽基脯氨酰順反異構(gòu)酶催化反式肽基脯氨酰鍵轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖綐?gòu)型（二）折疊酶輔助共價(jià)鍵的形成

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶參與二硫鍵的（三）分子內(nèi)分子伴侶是具有前導(dǎo)肽的

蛋白質(zhì)的前體

有前導(dǎo)肽（Pro肽）的前體形式蛋白質(zhì)分子，必須要有Pro肽的參與才能完成折疊。Pro肽具備了分子伴侶的作用。Pro肽可以看作是一種折疊酶，特異性催化蛋白質(zhì)的折疊過程。（三）分子內(nèi)分子伴侶是具有前導(dǎo)肽的

蛋白質(zhì)的前體

有前導(dǎo)肽（（四）分子伴侶輔助其他生物

大分子的折疊

分子伴侶并不局限于蛋白質(zhì)，也可以是脂分子伴侶，如磷脂乙醇胺是乳糖透性酶折疊所必需的。分子伴侶所輔助的分子也不局限于蛋白質(zhì)，如DNA分子伴侶，RNA分子伴侶。

（四）分子伴侶輔助其他生物

大分子的折疊

分子伴侶并不局限于五、膜蛋白的折疊研究具有

較大的挑戰(zhàn)性膜蛋白質(zhì)在磷脂膜中的二級結(jié)構(gòu)可以全部是α-螺旋結(jié)構(gòu)，也可以全部是β-片層結(jié)構(gòu)，如通道蛋白。五、膜蛋白的折疊研究具有

較大的挑戰(zhàn)性膜蛋白質(zhì)在磷脂膜蛋白具有重要功能

細(xì)胞信號的接受和轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞間識別病毒和細(xì)菌感染腫瘤發(fā)生細(xì)菌耐藥膜蛋白具有重要功能

細(xì)胞信號的接受和轉(zhuǎn)導(dǎo)為什么膜蛋白折疊所知甚少？

細(xì)胞膜蛋白分離或表達(dá)膜蛋白有一定困難膜蛋白體外變性-復(fù)性要在疏水環(huán)境進(jìn)行，研究難度大。到目前為止，只有幾種膜蛋白成功進(jìn)行了變性-復(fù)性實(shí)驗(yàn)。為什么膜蛋白折疊所知甚少？

細(xì)胞膜蛋白分離或表達(dá)膜蛋白有一定α-螺旋跨膜蛋白折疊的“兩步模型”

1.形成約25個(gè)氨基酸的疏水α-螺旋，插入膜中。2.在膜內(nèi)疏水條件下，內(nèi)部α-螺旋相互作用，引導(dǎo)蛋白質(zhì)趨向天然結(jié)構(gòu)。

α-螺旋跨膜蛋白折疊的“兩步模型”

1.形成約25個(gè)氨基酸的膜內(nèi)疏水環(huán)境使得肽鏈主鏈上的極性基團(tuán)N-H和C=O只能相互形成氫鍵，有利于α-螺旋的形成和穩(wěn)定。對于只是部分插入到膜中的外周蛋白的折疊，一般認(rèn)為在插入之前，蛋白質(zhì)要進(jìn)行部分折疊。膜內(nèi)疏水環(huán)境使得肽鏈主鏈上的極性基團(tuán)N-H和C=O只能相互形通道蛋白（porin）由多個(gè)β-片層在外膜形成β-桶狀結(jié)構(gòu)的通道，能夠輔助較小極性分子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。β-桶狀結(jié)構(gòu)的疏水殘基側(cè)鏈位于與脂質(zhì)雙分子層直接接觸的區(qū)域，極性殘基的側(cè)鏈遠(yuǎn)離疏水的脂質(zhì)雙分子層，與空腔的水形成氫鍵。通道蛋白（porin）由多個(gè)β-片層在外膜形成β-桶狀結(jié)構(gòu)的通道蛋白可由信號肽引導(dǎo)，以成熟的蛋白質(zhì)形式分泌到細(xì)胞質(zhì)中，然后插入到膜。該過程包括了部分的折疊和與其他鏈的相互作用。體外實(shí)驗(yàn)也證明通道蛋白可以在脂質(zhì)雙分子層中完全重折疊。通道蛋白可由信號肽引導(dǎo)，以成熟的蛋白質(zhì)形式分泌到細(xì)胞質(zhì)中，然第二節(jié)

蛋白質(zhì)的定位第二節(jié)

蛋白質(zhì)的定位醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)課件蛋白質(zhì)的定位概念：蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到發(fā)揮作用的靶區(qū)域的過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting)。蛋白質(zhì)的靶向輸送是由蛋白質(zhì)上所攜帶的定位信號決定的。蛋白質(zhì)的定位概念：蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到發(fā)揮作用一、蛋白質(zhì)分子上攜帶不同的定位信號

20世紀(jì)70年代，BlobelG提出“信號肽假說”即所有靶向輸送的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)中都存在定位信號，引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)募?xì)胞靶部位。1999年獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。一、蛋白質(zhì)分子上攜帶不同的定位信號

20世紀(jì)70年定位信號：定位信號是決定蛋白質(zhì)靶向輸送的關(guān)鍵因素，引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移