第四章蛋白质的物理化学性质课件.ppt

1、焓主要用于焓主要用于两态转变两态转变模型的分析模型的分析 键键 键能键能/（kj/molkj/mol）氢氢 键键 13133030范德华力范德华力 4 48 8疏水作用疏水作用 12122020盐盐 键键 12123030二二 硫硫 键键 210210熵熵是水溶液中形成疏水基团间结合的主要热动力学是水溶液中形成疏水基团间结合的主要热动力学驱动力。驱动力。在生物相中最常见的氢键是在生物相中最常见的氢键是羟基（羟基（-OH-OH）和氨基（）和氨基（-NH-NH）之之间，其稳定性递减次序大约是间，其稳定性递减次序大约是OHNOHNXONXONHN-NHOHN-NHO，这种键可，这种键可以发生在分子间

2、、分子内或者二者的结合。以发生在分子间、分子内或者二者的结合。氢键对蛋白质天然结构的稳定作用只能来自于水氢键对蛋白质天然结构的稳定作用只能来自于水-水氢键水氢键+链内氢键，和水链内氢键，和水-肽链氢键两种情况下的自由肽链氢键两种情况下的自由能之差。蛋白质中有许多种氢键。能之差。蛋白质中有许多种氢键。分分 类类OHOH/cm/cm-1-1R R（O OO O）/nm/nm实实 例例弱氢键弱氢键320032000.2700.270H H2 2O(O(水、水合物水、水合物)R ROH(OH(醇、酚醇、酚)中强氢键中强氢键28002800310031000.2600.2600.2700.270R RC

3、OOH(COOH(羧酸羧酸)强氢键强氢键700700270027000.2400.2400.2600.260MH(RCOO)MH(RCOO)2 2(酸盐酸盐)氢键在蛋白折叠过程中的作用氢键在蛋白折叠过程中的作用 杜克大学（杜克大学（Duke University）的化学家们通的化学家们通过改变蛋白质关键部位的单个原子，发现了过改变蛋白质关键部位的单个原子，发现了相对作用力较弱的氢键在使线形蛋白折叠成相对作用力较弱的氢键在使线形蛋白折叠成能发挥生物活性的最稳定结构中有重要作用能发挥生物活性的最稳定结构中有重要作用 PANS,2006疏水作用是疏水基团或疏水侧链出自避开水的需要而疏水作用是疏水基团

4、或疏水侧链出自避开水的需要而被迫接近。要使疏水氨基酸被迫接近。要使疏水氨基酸R基团排除水而埋在内部，基团排除水而埋在内部，至少需要两层二级结构。两种简单形式，至少需要两层二级结构。两种简单形式，-环环（-loop）和）和-角（角（-corner）。）。A AB吲哚与苯环吲哚与苯环边对面边对面T T型接触型接触 恶唑环与苯环恶唑环与苯环面对面平行接触面对面平行接触 疏水作用的方向倾斜性实例图疏水作用的方向倾斜性实例图Met358 Val358 1.1.定点突变对蛋白质稳定性的影响定点突变对蛋白质稳定性的影响 氨基酸的氨基酸的插入和删除插入和删除、寡聚化寡聚化和和脯氨酸取代脯氨酸取代这三这三因素可

5、以稳定因素可以稳定个别嗜热蛋白。个别嗜热蛋白。2.2.导致热稳定性的因素导致热稳定性的因素 堆积、寡聚化、氨基酸插入和删除、脯氨酸取代、堆积、寡聚化、氨基酸插入和删除、脯氨酸取代、螺旋含量、螺旋倾向、极性表面积、螺旋含量、螺旋倾向、极性表面积、氢键氢键和和盐桥盐桥3.3.突变试验增加蛋白质的亲盐性突变试验增加蛋白质的亲盐性 例如亲盐的苹果酸脱氢酶中的唯一的例如亲盐的苹果酸脱氢酶中的唯一的GluGlu替换为替换为ArgArgproteinprotein polypeptide 翻译翻译折叠折叠退折叠退折叠失活或变性失活或变性转录转录逆转录逆转录?DNADNARNARNA 图图 能量漏斗模型能量漏

6、斗模型http:/分子伴侣与与蛋白质折叠PNAS 典型的蛋白质的折叠漏斗典型的蛋白质的折叠漏斗（引自（引自Patricia L.ClarkPatricia L.Clark）能 量未 折 叠 状态中间状态天然状态蛋白质折叠研究的漏斗模型 蛋白质蛋白质条条 件件 G/(kJG/(kJmolmol-1-1)H/(kJH/(kJmolmol-1-1)S/(JS/(Jk k-1-1molmol-1-1)核糖核酸酶核糖核酸酶A ApH2.5pH2.5-7.3-7.3-238-238-774-774胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶pH3.0pH3.0-32-32-163-163-439-439肌红蛋白肌红蛋白pH9

7、.0pH9.0-57-57-157-157-397-397-乳球蛋白乳球蛋白5mol/L5mol/L尿素尿素-1.7-1.7+88+88+301+301几种蛋白质折叠的热力学数据几种蛋白质折叠的热力学数据在不同蛋白质中总熵变化（S链+S溶剂）和总焓变化对折叠结构的稳定性所做的贡献的份额是不同的S S溶剂溶剂S S链链H H溶剂溶剂H H链链G G总总能量能量 0 0（a a）真空中的蛋白质）真空中的蛋白质 伸展态伸展态折叠态折叠态能量能量 0 0（b b）水溶剂中的疏水侧链）水溶剂中的疏水侧链 伸展态伸展态折叠态折叠态能量能量 0 0（c c）水溶剂中的极性侧链）水溶剂中的极性侧链 伸展态伸展

8、态折叠态折叠态决定球状蛋白质折叠自由能的各项的贡献方式的图解决定球状蛋白质折叠自由能的各项的贡献方式的图解 典型的球蛋白退折叠微分描述量热曲线示意图（参考王大成等）典型的球蛋白退折叠微分描述量热曲线示意图（参考王大成等）两边两条虚线分别代表天然态和退折叠态的热容量并已外推进入转变区；峰线下的面积即为转变潜热。两边两条虚线分别代表天然态和退折叠态的热容量并已外推进入转变区；峰线下的面积即为转变潜热。11510040557085T/0204060cp/kJmol-1NU蛋白质折叠蛋白质折叠 线性多肽链的线性多肽链的一级结构一级结构最终形成具有最终形成具有三维三维 结构结构特征并表现其特征并表现其生

9、物学功能的天然蛋白质生物学功能的天然蛋白质的的 复杂过程。复杂过程。成核成核变性蛋白变性蛋白二级结构二级结构结构域结构域折叠的交互式蛋白折叠的交互式蛋白折叠的活性单体折叠的活性单体 组装组装 交互式寡聚蛋白交互式寡聚蛋白活性寡聚蛋白活性寡聚蛋白 吉布斯自由能吉布斯自由能构构 象象热力学控制热力学控制天然状态天然状态 吉布斯自由能吉布斯自由能构构 象象天然状态天然状态非天然状态非天然状态蛋白质折叠的热力学控制和动力学控制蛋白质折叠的热力学控制和动力学控制动力学控制动力学控制l蛋白质天然构象的形成蛋白质天然构象的形成 测定蛋白质构象的各种方法 模拟的折叠过程模拟的折叠过程l过渡态理论 是否适合于描述蛋白质分子的折叠退折叠过程是否适合于描述蛋白质分子的折叠退折叠过程？朊病毒：正常蛋白的错误折叠形成的致病蛋白朊病毒：正常蛋白的错误折叠形成的致病蛋白-朊病毒朊病毒蛋白蛋白(PrP)在脑组织中累积而引起的在脑组织中累积而引起的 朊病毒蛋白错误折叠朊病毒蛋白错误折叠http:/ U UF F U US SN N 快快 U UM M N N