2015年第02講+蛋白質(zhì)的折疊-02

1、1Protein Folding第二講 蛋白質(zhì)的折疊(2)楊永亮2015年2the C-C distance cut-off is 4 即產(chǎn)生局部有效接觸的氨基酸基團的C原子不超過這個距離范圍Contact order (CO, 接觸序)3CO模型指出，對于兩態(tài)折疊蛋白, 局部有效接觸(CO)越多，接觸序的值越小，折疊速率(k)越快.Conclusion 01: 4CO模型的提出表明蛋白質(zhì)的折疊速率主要由它的天然態(tài)結(jié)構(gòu) (native state) 所決定Conclusion 02: 5一般來說,螺旋蛋白要比蛋白折疊得快，用CO的理論解釋，是因為螺旋蛋白中含有大量的局部有效接觸，所以有較低的C

2、O值，較高的折疊速率。Conclusion 03: 6接觸序的理論說明, 折疊成有效接觸多的三維結(jié)構(gòu), 這樣的蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)能量穩(wěn)定, 折疊速率快。Conclusion 04: 7其他的基于有效接觸序(Contact Order, CO)思想的模型8Long-range Order (LRO, 長程有效接觸序)where i and j are two residues for which the C-C distance is 8 ()Nr is the total number of residues in a protein Dr. M. Michael Gromiha (Japan)

3、9Total contact distance (TCD, 總接觸距離)Prof. Zhou, Yaoqi (Indiana Purdue) TCD =CO (接觸序) x LRO (長程接觸序)*在CO與LRO所取參數(shù)相當(dāng)?shù)那闆r下 Li,j考慮了長、短程有效接觸對折疊速率產(chǎn)生的共同作用10COLROTCD預(yù)測28個蛋白質(zhì)11H-P Lattice Model H-P 晶格模型12H-P 晶格模型- 疏水(hydrophobic)-極性(polar) 2D-lattice model3D-lattice modelProf. Ken Dill, UCSFlattice model (晶格點模型

4、）13如果i和j在格點空間中處于最近鄰位置且在序列上不相鄰則(ri rj)等于1,否則等于0; evivj for H-H = -2.3; for H-P = -1; for P-P = 0; H = ?H = ?疏水殘基表示為黑色，極性殘基表示為白色 晶格體系能量14Conclusion: 晶格點模型提出: 最優(yōu)的蛋白質(zhì)折疊構(gòu)象，為所有可能的構(gòu)象中具有最多H和H有效接觸的那個構(gòu)象。(H: 疏水氨基酸)15A ball on a funnel always rolls directly to the bottom, no matter where it starts. Correspondin

5、gly, protein always reaches itssingle native state 161718更為精化的H-P 晶格模型: Toy模型H = ?氨基酸基團之間的夾角是任意的19Experimental Methods蛋白折疊的實驗方法20CD (圓二色譜)21CD (圓二色譜)光學(xué)活性物質(zhì)對左、右旋圓偏振光的吸收率不同,其光吸收的差值A(chǔ) (Al - Ad) 稱為該物質(zhì)的圓二色性(circular dichroism ,簡寫作CD) 22旋光物質(zhì)對左旋和右旋圓偏振光的吸收不同, 造成傳播速度不同, 振幅不同, 合成光矢量疊加后將不是線偏振光而是橢圓形。23用CD研究細胞色素C

6、的折疊a-helix formation is more rapid than tertiary structure rearrangements of aromatic sidechains in the folding of cytochrome c.The kinetics of these changes were determined by CD at 222 and 289 nm24色譜 (Chromatography) 25利用色譜捕獲雙硫鍵形成的中間態(tài)利用 iodoacetate (alkylating agent). The S-carboxymethyl derivativ

7、e of cysteine is stable, which be determined using chromatographic separation.26Structure of BPTIBovine pancreatic typsin inhibitor (BPTI) has three disulfide bonds.27FRET (熒光共振能量轉(zhuǎn)移)28donor-acceptor的激發(fā)光譜相重疊時, donor 誘發(fā)acceptor發(fā)出熒光， 同時donor熒光分子自身的熒光強度衰減。FRET 程度與供、受體分子的空間距離緊密相關(guān)， 一般為710 nm 時即可發(fā)生FRET; 隨著

8、距離延長， FRET呈顯著減弱。 FRET (熒光共振能量轉(zhuǎn)移)29FRET原理示意圖30熒光共振儀31FRET (熒光共振能量轉(zhuǎn)移)Probing the free-energy surface for protein folding with single-molecule fluorescence spectroscopy; Nature (2002) : 419 Donor(供體)Acceptor(受體)32NMR (核磁共振)33Labeling method (標(biāo)記方法)同位素交換反應(yīng)34Pulsed-labeled NMR同位素交換反應(yīng)NMR is used to detect

9、the exchanged NH groups.35 蛋白質(zhì)折疊是21世紀(jì)的世界性難題！如何預(yù)測蛋白質(zhì)折疊？ 36Foldit, a game?蛋白質(zhì)折疊的電游 37蛋白質(zhì)折疊的電游 David Baker及其同事發(fā)展了一種由多人來 玩的網(wǎng)絡(luò)游戲, 被稱為“Foldit”。這項工作表明，即便是很復(fù)雜的科學(xué)問題也能利用互動多人游戲有效地通過發(fā)動群眾的辦法來解決。 38Dr. David Baker (Washington University)Rosetta program for protein folding例如，當(dāng)一個疏水性氨基酸從蛋白質(zhì)表面浮現(xiàn)時，人類能很容易發(fā)現(xiàn)它。他們會重新排列內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使逃到外部的氨基酸能重新回到內(nèi)部。這種大范圍重排的做法超出了Rosetta算法