蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

關(guān)于蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)課件第一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三提綱一、肽的結(jié)構(gòu)肽的定義、分類和命名寡肽的理化性質(zhì)二、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的折疊歷程與結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律蛋白質(zhì)折疊的歷程與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊相關(guān)的疾病蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)四、蛋白質(zhì)組及蛋白質(zhì)組學(xué)第二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽就是氨基酸之間通過(guò)α-氨基和α-羧基縮合以酰胺鍵或肽鍵相連的聚合物，它包括寡肽、多肽和蛋白質(zhì)。構(gòu)成肽的每一個(gè)氨基酸單位被稱為氨基酸殘基。各氨基酸殘基以肽鍵相連形成的鏈狀結(jié)構(gòu)被稱為肽鏈。肽的定義第三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽的命名和分類的主要依據(jù)是氨基酸殘基的數(shù)目和組成。肽的分類可根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目而直呼其為幾肽。例如，2個(gè)氨基酸形成的肽稱為二肽，3個(gè)氨基酸構(gòu)成的肽稱為三肽，以此類推。一般將2～10個(gè)氨基酸殘基組成的肽稱為寡肽，由11~50個(gè)氨基酸殘基組成的肽稱為多肽，由50個(gè)以上的氨基酸殘基組成的肽通常被稱為蛋白質(zhì)。肽的分類和命名第四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三除了少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外，其它肽鏈都含有不對(duì)稱的兩端：其中含有自由α-氨基的一端被稱為氨基端或N端，含有自由α-羧基的一端稱為羧基端或C端。肽的化學(xué)結(jié)構(gòu)與命名第五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三非核糖體合成肽與核糖體合成肽第六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三（1）兩性解離肽也有等電點(diǎn)，其中小肽的pI的計(jì)算方法與氨基酸相似，但復(fù)雜的寡肽只能與多肽和蛋白質(zhì)一樣不能計(jì)算，只能測(cè)定（如使用等電聚焦的手段）。（2）手性與旋光性（3）雙縮脲反應(yīng)凡含有兩個(gè)肽鍵的肽含有與雙縮脲結(jié)構(gòu)相似的肽鍵（至少含有兩個(gè)肽鍵，故二肽不行），都能發(fā)生此反應(yīng)。（4）水解（5）具有特定的生物學(xué)功能寡肽的理化性質(zhì)第七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三1830年，Mulder研究生物體在去除糖、脂和鹽等物質(zhì)以后剩余的成分。1838年，Berzelius使用蛋白質(zhì)這個(gè)詞。希臘語(yǔ)中的“Proteins”表示最重要的意思。蛋白質(zhì)是氨基酸的線性多聚物（≥51aa）1958年，Watson提出“中心法則”：DNARNA蛋白質(zhì)（信息流）

DNA的功能在于其一級(jí)結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的功能在其三維結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一般概念第八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三組成的多樣性大小的多樣性結(jié)構(gòu)的多樣性功能的多樣性蛋白質(zhì)的多樣性第九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三1.蛋白質(zhì)-一條或多條肽鏈

（1）一條多肽鏈-單體蛋白（2）不止一條多肽鏈-寡聚蛋白同源寡聚體-同種肽鏈異源寡聚體-兩種或多種不同的肽鏈血紅蛋白是一種異源四聚體：2條α鏈，2條β鏈。2.蛋白質(zhì)可能含有非蛋白質(zhì)成分多肽鏈+可能是輔助因子（金屬離子、輔酶或輔基），也可能是其他修飾。例如，羧肽酶的輔助因子是Zn2+；乳酸脫氫酶的輔酶是輔酶I；血紅蛋白的輔基是血紅素。蛋白質(zhì)組成的多樣性第十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)可大可小胰島素-A鏈（21aa）、B鏈（30aa），大小為5.7k大腸桿菌谷氨酰胺合成酶-12個(gè)亞基組成，每一個(gè)亞基含有468aa?？偞笮?00k。α連接素（connectin)：大小為2800k!β連接素：大小為2100k,長(zhǎng)達(dá)1000nm！蛋白質(zhì)大小的多樣性第十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性第十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三一級(jí)結(jié)構(gòu)

(1o):獨(dú)特的氨基酸序列，由遺傳物質(zhì)決定。二級(jí)結(jié)構(gòu)

(2o):多肽鏈的主鏈骨架本身（不包括R基團(tuán)）在空間上有規(guī)律的折疊和盤(pán)繞，它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團(tuán)之間的氫鍵決定的。三級(jí)結(jié)構(gòu)

(3o):是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、卷曲和折疊，形成主要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵以及二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)

(4o)具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次第十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)的四個(gè)結(jié)構(gòu)層次第十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三是蛋白質(zhì)的共價(jià)（肽鍵）結(jié)構(gòu)對(duì)于每一種蛋白質(zhì)而言，都是獨(dú)特的。由編碼它的基因的核苷酸序列決定。是遺傳信息的一種形式。書(shū)寫(xiě)總是從N端到C端。如胰島素A鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)是：

Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)第十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三DNA:

GGCATT

GTGGAA

CAATGCTGTmRNA:

GGC

AUU

GUG

GAA

CAAUGCUGU蛋白質(zhì):

Gly-

Ile-

Val-

Glu

–

Gln

-

Cys-

Cys一種蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)由編碼

它的基因的核苷酸序列決定第十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三具有部分雙鍵的性質(zhì)（40％），其鍵長(zhǎng)為0.133nm，介于一個(gè)典型的單鍵和一個(gè)典型的雙鍵之間。具有雙鍵性質(zhì)的肽鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，與肽鍵相關(guān)的6個(gè)原子共處于一個(gè)平面，此平面結(jié)構(gòu)被稱為酰胺平面或肽平面與Cα相連的兩個(gè)單鍵可以自由旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生兩個(gè)旋轉(zhuǎn)角多為反式，但是X-Pro是例外。N帶部分正電荷，O帶部分負(fù)電荷。肽鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)第十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽鍵的雙鍵性質(zhì)第十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽平面上各個(gè)共價(jià)鍵的主要參數(shù)第十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽平面及二面角第二十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三酰胺平面的存在，使得肽鏈中的任何一個(gè)氨基酸殘基只有2個(gè)角度可以旋轉(zhuǎn)。由C-N單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為

(phi)，C-C單鍵旋轉(zhuǎn)的角度被稱為

(psi)。當(dāng)一條肽鏈上所有氨基酸殘基的和確定以后，該肽鏈主鏈骨架的基本走向也就確定了。(,)為正值對(duì)應(yīng)于從C觀察時(shí)單鍵向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。如果值為零意味著C=O或N-H鍵平分R-C-H角。(,)=(0,180)，2個(gè)羰基O太近;(,)=(180,0)，2個(gè)酰胺基重疊;(,)=(0,0)，羰基O與酰胺基重疊。酰胺平面對(duì)肽鏈結(jié)構(gòu)的限制第二十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三拉氏作圖（RamachandranPlot）一個(gè)多肽的構(gòu)象可通過(guò)以為橫坐標(biāo)、為縱坐標(biāo)作圖來(lái)表示，這種作圖方法被稱為R拉氏作圖法。在拉氏圖上，每一個(gè)氨基酸殘基的（，）成為圖中的一個(gè)點(diǎn)。理論上，和可以是0o~±180o之間的任何值，但是，由于側(cè)鏈R基團(tuán)的限制，和值的變動(dòng)并不是隨意的。第二十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三α螺旋（alpha-helix）及其他螺旋β折疊（beta-sheet）β轉(zhuǎn)角（beta-turn）β突起（beta-bulge）環(huán)（loop）與無(wú)規(guī)則卷曲（randomcoil）前四種二級(jí)結(jié)構(gòu)具有規(guī)律，反映在拉氏圖上具有相對(duì)固定的二面角蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)第二十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三不同二級(jí)結(jié)構(gòu)的拉氏圖第二十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽鏈骨架?chē)@一個(gè)軸以螺旋的方式伸展；螺旋形成是自發(fā)的，肽鏈骨架上由n位氨基酸殘基上的-C=O與n＋4位殘基上的-NH之間形成的氫鍵起著穩(wěn)定的作用。被氫鍵封閉的環(huán)含有13個(gè)原子，因此α螺旋也稱為3.613-螺旋；每隔3.6個(gè)殘基，螺旋上升一圈。每一個(gè)氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸100o，螺距為0.54nm，即每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升0.15nm。螺旋的半徑為0.23nm。Φ角和Ψ角分別－57

o和－47

o；α螺旋有左手和右手之分，但蛋白質(zhì)中的α螺旋主要是右手螺旋；氨基酸殘基的R基團(tuán)位于螺旋的外側(cè)，并不參與螺旋的形成。但其大小、形狀和帶電狀態(tài)卻能影響螺旋的形成和穩(wěn)定。α螺旋的主要內(nèi)容第二十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三各種螺旋的氫鍵供體與受體第二十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三表示α螺旋的幾種模型第二十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三螺旋內(nèi)的氫鍵平行于螺旋軸，而將每一個(gè)肽鍵的固有偶極“連為一體”，使得螺旋的總偶極矩成為一個(gè)凈偶極矩，其正負(fù)極分別在N端和C端。相鄰螺旋之間的螺旋偶極相互作用有助于多肽鏈形成更高一級(jí)層次的結(jié)構(gòu)螺旋的總偶極矩第二十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三親水α-螺旋疏水α-螺旋兩親α-螺旋如何判定？借助螺旋輪作圖α螺旋的種類α螺旋的橫截面（綠色圓圈表示R基團(tuán)）第二十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三一個(gè)螺旋輪是螺旋沿著螺旋軸的二維投射圖，具體作圖步驟是：在紙平面上畫(huà)一條直線（0o）。該線的底端表示螺旋軸，頂端表示螺旋的第一個(gè)氨基酸的側(cè)鏈，用畫(huà)圈的數(shù)字表示位置；然后，按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)100o畫(huà)第二條線，并使其一端在螺旋軸，另一端為畫(huà)圈的2表示第二個(gè)氨基酸；再?gòu)牡诙l線向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)100o畫(huà)第三條線，依次類推，直到將螺旋上的所有氨基酸都畫(huà)上。注意讓離我們?cè)浇臄?shù)字圓圈輪畫(huà)得越大。按照這種作圖，在第五圈以后，圖的樣式將會(huì)重復(fù)，即第19號(hào)位的氨基酸殘基將位于1號(hào)位殘基的上面。螺旋輪作圖第三十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽段幾乎完全伸展，肽平面之間成鋸齒狀；肽段呈現(xiàn)平行排列，相鄰肽段之間的肽鍵形成氫鍵，其中的每一股肽段被稱為β股；側(cè)鏈基團(tuán)垂直于相鄰兩個(gè)肽平面的交線，并交替分布在折疊片層的兩側(cè)；肽段平行的走向有平行和反平行兩種，前者指兩個(gè)肽段的N-端位于同側(cè)，較為少見(jiàn)，后者正好相反。由于反平行折疊所形成的氫鍵N-H-O三個(gè)原子幾乎位于同一直線上，因此，反平行β-折疊更穩(wěn)定。反平行β-折疊的每一個(gè)氨基酸殘基上升0.347nm，正平行的每一個(gè)氨基酸殘基上升0.325nm。β-折疊的二面角（ф,ψ）等于（－119o，+113o）。β折疊的主要內(nèi)容第三十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三β折疊的片層結(jié)構(gòu)和β股之間的氫鍵第三十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三兩種β折疊的結(jié)構(gòu)比較第三十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三同一條肽鏈的不同肽段不同的肽鏈不同的蛋白質(zhì)構(gòu)成β折疊的β股來(lái)源Raf蛋白和Rap蛋白通過(guò)β折疊形成二聚體第三十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三肽鏈骨架以180

o回折而改變了肽鏈的方向；由肽鏈上四個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成，其中n位氨基酸殘基的-C=O與n＋3位氨基酸殘基的-NH形成氫鍵；Gly和Pro經(jīng)常出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)之中；有利于反平行β-折疊的形成，這是因?yàn)棣?轉(zhuǎn)角改變了肽鏈的走向，促進(jìn)相鄰的肽段各自作為β-股，形成β-折疊。β轉(zhuǎn)角的主要內(nèi)容第三十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三β凸起是由于β折疊的1個(gè)β股中額外插入1個(gè)氨基酸殘基，使原來(lái)連續(xù)的氫鍵結(jié)構(gòu)被打破，從而使肽鏈產(chǎn)生的一種彎曲凸起結(jié)構(gòu)。β凸起主要發(fā)現(xiàn)在反平行β折疊之中，只有約5%出現(xiàn)在平行的β折疊結(jié)構(gòu)之中。β凸起也能輕微地改變多肽鏈的走向。β突起的主要內(nèi)容第三十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三β轉(zhuǎn)角的兩種類型第三十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三在蛋白質(zhì)分子中，除了上述四種有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)以外，還有一些極不規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為無(wú)規(guī)則卷曲。一般說(shuō)來(lái)，無(wú)規(guī)則卷曲無(wú)固定的走向，有時(shí)以環(huán)的形式存在，但也不是任意變動(dòng)的，它的2個(gè)二面角（ф,ψ）也有個(gè)變化范圍。將相鄰二級(jí)結(jié)構(gòu)連結(jié)在一起的環(huán)結(jié)構(gòu)（黃色）環(huán)與無(wú)規(guī)則卷曲第三十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、卷曲和折疊，形成主要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵（有時(shí)還有二硫鍵和金屬配位鍵）維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)通常由模體（motif）和結(jié)構(gòu)域（domain）組成。穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)主要包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)第三十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三一種蛋白質(zhì)的全部三維結(jié)構(gòu)一般被稱為它的構(gòu)象。注意不要將構(gòu)象與構(gòu)型混為一談。構(gòu)型是指在立體異構(gòu)中，一組特定的原子或基團(tuán)在空間上的幾何布局。兩種不同構(gòu)型的轉(zhuǎn)變總是伴隨著共價(jià)鍵的斷裂和重新形成；一個(gè)蛋白質(zhì)可以存在幾種不同的構(gòu)象，但構(gòu)象的轉(zhuǎn)變是單鍵的自由旋轉(zhuǎn)造成的，無(wú)共價(jià)鍵的斷裂和形成。由于構(gòu)成蛋白質(zhì)的多肽鏈上存在多個(gè)單鍵，至少在理論上一種蛋白質(zhì)會(huì)可能具有許多不同的構(gòu)象。然而，在生理?xiàng)l件下，一種蛋白質(zhì)只會(huì)采取一種或幾種在能量上有利的構(gòu)象。蛋白質(zhì)構(gòu)象第四十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三X-射線晶體衍射核磁共振影像（NMR）（少于120aa)。X射線衍射的電子密度圖確定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的方法蛋白質(zhì)晶體被還原出來(lái)的三維結(jié)構(gòu)第四十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三表示蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的六種模型第四十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三結(jié)構(gòu)生物學(xué)的模體有兩種不同的用法：（1）是指在蛋白質(zhì)或核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)上，特指具有特殊生化功能的特定氨基酸或堿基序列，因此被稱為序列模體；（2）是指具有特定功能的或作為一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)域一部分的相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合體，它一般被稱為功能模體或結(jié)構(gòu)模體相當(dāng)于超二級(jí)結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)模體（1）β發(fā)夾環(huán)—兩個(gè)反平行β股由一個(gè)環(huán)相連；（2）β折疊-α螺旋-β折疊，即βαβ；（3）卷曲螺旋和螺旋束—兩個(gè)或多個(gè)α螺旋的聚合體；（4）α螺旋-環(huán)-α螺旋（EF手相）；（5）α螺旋-β轉(zhuǎn)角-α螺旋，即αβα；（6）Rossmann卷曲；（7）希臘鑰匙模體（motif）第四十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三β發(fā)夾環(huán)βαβ卷曲螺旋四螺旋束第四十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三α-螺旋-β-轉(zhuǎn)角-α-螺旋α-螺旋-轉(zhuǎn)角-α-螺旋與DNA的相互作用功能是與DNA序列特異性結(jié)合第四十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三EF手相結(jié)構(gòu)α-螺旋-環(huán)-α-螺旋功能是結(jié)合Ca2+第四十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Rossmann折疊希臘鑰匙模體功能是結(jié)合輔酶I/II第四十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三是在一個(gè)蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對(duì)獨(dú)立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊，是由若干個(gè)結(jié)構(gòu)模體組成的相對(duì)獨(dú)立的球形結(jié)構(gòu)單位，它們通常是獨(dú)自折疊形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關(guān)。某些結(jié)構(gòu)域在同一個(gè)蛋白質(zhì)分子上被重復(fù)使用，某些蛋白質(zhì)由多個(gè)拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。根據(jù)占優(yōu)勢(shì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件的類型，結(jié)構(gòu)域可分為五類：（1）α結(jié)構(gòu)域—完全由α螺旋組成；（2）β結(jié)構(gòu)域—只含有β折疊、β轉(zhuǎn)角和不規(guī)則環(huán)結(jié)構(gòu)；（3）α/β結(jié)構(gòu)域—由β股和起連接的α螺旋片段組成；（4）α+β-結(jié)構(gòu)域—由獨(dú)立的α螺旋區(qū)和β折疊區(qū)組成；（5）交聯(lián)結(jié)構(gòu)域—缺乏特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，但由幾個(gè)二硫鍵或金屬離子起穩(wěn)定作用。結(jié)構(gòu)域（domain）第四十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三大腸桿菌的DNA聚合酶具有三個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別具有三個(gè)不同的酶活性第四十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三磷酸丙糖異構(gòu)酶的TIM-桶結(jié)構(gòu)域第五十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三四級(jí)結(jié)構(gòu)具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚或多聚蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。組成寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)的每一個(gè)亞基都有自己的三級(jí)結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。四級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)第五十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)折疊核糖核酸酶A的三維結(jié)構(gòu)模型第五十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低（－20.92J/mol~－83.68J/mol），但是蛋白質(zhì)折疊并不是通過(guò)隨機(jī)嘗試找到自由能最低的構(gòu)象的；蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同和有序的過(guò)程；驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)（特別是球狀蛋白質(zhì)）折疊的主要作用力是疏水鍵，其他次級(jí)鍵也有作用；在細(xì)胞內(nèi)，不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊路徑體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)折疊需要分子伴侶的幫助；某些蛋白質(zhì)折疊還需要蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)酶（PDI）和肽酰脯氨酸異構(gòu)酶（PPI）的幫助。最終得到的蛋白質(zhì)構(gòu)象不是僵硬的，而是具有一定的柔性蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律第五十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anfinsen實(shí)驗(yàn)蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)由其一級(jí)結(jié)構(gòu)決定的學(xué)說(shuō)最初由ChristianB.Anfinsen于1954年提出。在1950年之前，Anfinsen一直從事蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的研究。在進(jìn)入美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究所（NIH）以后，繼續(xù)從事這方面的研究。當(dāng)時(shí)他最想知道的是：一個(gè)蛋白質(zhì)是如何折疊成它獨(dú)特的三維構(gòu)象的？需不需要其他酶的幫助？蛋白質(zhì)為什么要采取特定的構(gòu)象？第五十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anfinsen實(shí)驗(yàn)想了解蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程，首先要建立一種方法能夠測(cè)量或評(píng)估蛋白質(zhì)的構(gòu)象，其次還需要找到一種手段用以檢測(cè)折疊過(guò)程。Anfinsen以牛胰核糖核酸酶為研究對(duì)象解決了第一個(gè)問(wèn)題（選用此酶的部分原因是當(dāng)時(shí)的芝加哥肉類加工公司能夠?yàn)樗膶?shí)驗(yàn)室提供足夠的原材料）。核糖核酸酶催化RNA的水解完全取決于其特定的三維構(gòu)象，于是酶活性成為測(cè)量這種蛋白質(zhì)采取何種構(gòu)象的一種方法。但要觀測(cè)折疊過(guò)程既可以從一個(gè)新合成的尚沒(méi)有折疊的蛋白質(zhì)開(kāi)始，也可以在體外將一個(gè)已折疊好的蛋白質(zhì)去折疊（unfold），然后再觀察它的再折疊（refold）過(guò)程。Anfinsen選擇了后一種途徑。第五十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anfinsen實(shí)驗(yàn)該酶特別適合用后一種途徑進(jìn)行研究，首先因?yàn)槎蜴I是決定其分子形狀的主要因素。另外，此酶是一種單純蛋白質(zhì)（有124個(gè)氨基酸殘基組成），含有4個(gè)二硫鍵，且活性易通過(guò)測(cè)定水解RNA釋放出來(lái)的核苷酸量來(lái)測(cè)定。Anfinsen和在研究中發(fā)現(xiàn)，使用高濃度的β-巰基乙醇可將二硫鍵還原成自由的巰基，如再加入尿素，進(jìn)一步破壞已被還原的核糖核酸酶分子內(nèi)部的次級(jí)鍵，則該酶將去折疊轉(zhuǎn)變成無(wú)任何活性的無(wú)規(guī)卷曲。第五十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anfinsen實(shí)驗(yàn)在成功得到一種去折疊的核糖核酸酶以后，Anfinsen

開(kāi)始研究它的重折疊過(guò)程?？紤]到被還原的核糖核酸酶要在已被還原的8個(gè)Cys殘基上重建4對(duì)二硫鍵共有105種不同的組合，但只有一種是正確的，如果決定蛋白質(zhì)構(gòu)象的信息一直存在于氨基酸序列之中，那么，最后重折疊得到的總是那種正確的形式。否則，重折疊將是隨機(jī)的，最后只能得到少量的正確形式。顯然，第一種情形能完全恢復(fù)去折疊過(guò)程中喪生的酶活性，而后一種情況只能恢復(fù)很少的酶活性。第五十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anfinsen實(shí)驗(yàn)Anfinsen通過(guò)透析的方法除去了導(dǎo)致酶去折疊的尿素和巰基乙醇，再將沒(méi)有活性的酶轉(zhuǎn)移到其生理緩沖溶液之中，在有氧氣的情況下于室溫放置，以使巰基能重新氧化成二硫鍵。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，發(fā)現(xiàn)核糖核酸酶活性得以恢復(fù)，這意味著它原來(lái)的構(gòu)象恢復(fù)了。由于上述過(guò)程沒(méi)有細(xì)胞內(nèi)任何其他成分的參與，完全是一種自發(fā)的過(guò)程，因此，有理由相信此蛋白質(zhì)正確折疊所需要的所有信息全部存在于它的一級(jí)結(jié)構(gòu)之中。第五十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anfinsen的研究成果于1954年發(fā)表在《JournalofBiologicalChemistry》上。在此基礎(chǔ)上，提出了蛋白質(zhì)折疊的熱力學(xué)假說(shuō)，他也因此獲得了1972年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，但是蛋白質(zhì)折疊是相當(dāng)復(fù)雜的。到現(xiàn)在為止，我們?nèi)匀徊荒芨鶕?jù)一個(gè)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)推斷出它的三維結(jié)構(gòu)。同時(shí)，還必須注意到，蛋白質(zhì)在體外的折疊比在細(xì)胞內(nèi)的折疊要慢得多！第五十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Anfinsen實(shí)驗(yàn)

-牛胰核糖核酸酶的變性和復(fù)性結(jié)論：一級(jí)結(jié)構(gòu)決定三維結(jié)構(gòu)第六十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三假定一個(gè)由100個(gè)氨基酸殘基組成的蛋白質(zhì)，其中每一個(gè)氨基酸殘基有2個(gè)構(gòu)象，那么這個(gè)蛋白質(zhì)的總構(gòu)象數(shù)目是2100=1.27×1030。再假定此蛋白質(zhì)為了尋找總能量最低的構(gòu)象狀態(tài)，其每嘗試一次構(gòu)象耗時(shí)10-13秒，則將所有可能的構(gòu)象都嘗試完成需要的時(shí)間是：(10-13)(1.27×1030)=1.27×1017秒=4×109

年!Levinthal氏悖論第六十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三Levinthal氏悖論說(shuō)明蛋白質(zhì)折疊不可能是隨機(jī)嘗試來(lái)找到最后自由能最低的構(gòu)象狀態(tài)的，而是只嘗試郵箱數(shù)目的構(gòu)象，或者按照特異途徑進(jìn)行折疊。于是研究的重心必須轉(zhuǎn)移到揭示特異性的折疊途徑上。第六十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)折疊的三大模型（1）框架模型（FrameworkModel）假設(shè)蛋白質(zhì)的局部構(gòu)象依賴于局部的氨基酸序列。在多肽鏈折疊過(guò)程的起始階段，先迅速形成不穩(wěn)定的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元；稱為“flickeringcluster”，隨后這些二級(jí)結(jié)構(gòu)靠近接觸，從而形成穩(wěn)定的二級(jí)結(jié)構(gòu)框架；最后，二級(jí)結(jié)構(gòu)框架相互拼接，肽鏈逐漸緊縮，形成了蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。這個(gè)模型認(rèn)為即使是一個(gè)小分子的蛋白也可以一部分一部分的進(jìn)行折疊，其間形成的亞結(jié)構(gòu)域是折疊中間體的重要結(jié)構(gòu)。第六十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三（2）疏水塌縮模型（HydrophobicCollapseModel）在疏水塌縮模型中，疏水作用力被認(rèn)為是在蛋白質(zhì)折疊過(guò)程中起決定性作用的力的因素。在形成任何二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)之前首先發(fā)生很快的非特異性的疏水塌縮。第六十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三（3）成核-凝聚-生長(zhǎng)模型（Nuclear-Condensation-GrowthModel）根據(jù)這種模型，肽鏈中的某一區(qū)域可以形成“折疊晶核”，以它們?yōu)楹诵?，整個(gè)肽鏈繼續(xù)折疊進(jìn)而獲得天然構(gòu)象。所謂“晶核”實(shí)際上是由一些特殊的氨基酸殘基形成的類似于天然態(tài)相互作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這些殘基間不是以非特異的疏水作用維系的，而是由特異的相互作用使這些殘基形成了緊密堆積。晶核的形成是折疊起始階段限速步驟。第六十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三啟動(dòng)—快速地形成局部二級(jí)結(jié)構(gòu)，即折疊核。此過(guò)程是可逆的；折疊核協(xié)同聚合成結(jié)構(gòu)域；結(jié)構(gòu)域經(jīng)熔球態(tài)中間體最終形成具有完整三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。熔球態(tài)中間體被認(rèn)為是疏水塌陷的結(jié)果，這樣的狀態(tài)含有某些二級(jí)結(jié)構(gòu)，但還沒(méi)有形成正確的三級(jí)結(jié)構(gòu)。其形成受疏水側(cè)鏈的快速包埋驅(qū)動(dòng)。

體外蛋白質(zhì)折疊歷程第六十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三蛋白質(zhì)折疊的“滑雪”模型第六十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑細(xì)菌伴侶蛋白第六十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三分子伴侶幫助體內(nèi)球狀蛋白折疊的一類蛋白質(zhì)最常見(jiàn)的分子伴侶有HSP70和伴侶蛋白家族。HSP70通過(guò)與部分折疊的蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域的臨時(shí)結(jié)合而促進(jìn)蛋白質(zhì)的正確折疊。伴侶蛋白則形成大的桶狀結(jié)構(gòu)容納部分折疊的蛋白質(zhì)完成折疊。一旦蛋白質(zhì)折疊好，分子伴侶即被釋放，然后再參與另一個(gè)新生蛋白質(zhì)的折疊。第六十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三細(xì)菌伴侶蛋白（GroEL/GroES復(fù)合物）的三維結(jié)構(gòu)模式圖

第七十頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三PDI的作用機(jī)制

第七十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三PPI催化的反應(yīng)

第七十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，編輯于2023年，星期三與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊相關(guān)的疾病

海綿狀腦?。╯pongiformencephalopathy，SE）囊性纖維變性（cysticfibrosis，CF）阿爾茨海默氏?。ˋlzheimer'sdisease，