膜蛋白的结构(PPT-66).pptVIP

Membrane Biophysics 尹长城 北京大学医学部生物物理学系 3. 膜蛋白的结构 膜蛋白 (membrane protein) 膜蛋白是膜功能的载体 物质输运- 载体 （糖转运蛋白），通道（K+通道），离子泵（Na+/K+-ATP酶） 信号转导- 受体 （G-蛋白偶联受体），酶（磷脂酶C） 能量转换- 酶（ATP合成酶），电子传递蛋白（细胞色素C） 细胞识别- 糖蛋白（血型糖蛋白） 3.1 研究膜蛋白结构的方法 分子生物学 分子克隆 (molecular cloning) - 一级结构 定点突变 (site-directed mutagenesis) - 功能 分子杂交 (molecular hybridization) - 鉴定蛋白家族 3.1.1 分子克隆法测定一级结构 原理：分子生物学中心法则 cDNA的序列 ? mRNA的序列 ? 蛋白质的序列 分子克隆法测定一级结构 步骤： 从细胞分离mRNAs 以mRNA为模板，合成cDNAs 插入载体 （质粒或噬菌体）感染宿主（大肠杆菌），形成cDNA文库 克隆cDNA 用探针选出有关蛋白的cDNA 测定cDNA序列 推导mRNA序列 推导蛋白质序列 3.1 研究膜蛋白结构的方法 结构生物学 二级结构预测 (secondary structure prediction) - 二级结构 X-射线晶体学 (X-ray crystallography) - 三级及四级结构 电子显微学 (electron microscopy) - 三级及四级结构 3.1.2 X-射线晶体学基本原理 X-射线是一种电磁波 当电磁辐射入射到晶体时，辐射的电磁场将引起晶体中电子的振动 振动的电子将发射与入射波相同波长与周期的电磁波 晶体中电子处于不同位置，不同电子发射的电磁波具有不同的相位 晶体由晶胞在空间按周期重复堆彻而成，晶体对电磁波的散射可认为是N个晶胞散射的叠加 3.1.2.1 波的数学描述 波的数学描述 或 f0为波的振幅 ?为波的相位 波的相位 当两个波的波峰处于不同位置时，它们具有不同的相位 当波峰的距离为一个波长时，相位差为2? 波的基本性质 波具有叠加性，复合波由单个波叠加而成 波是向量，叠加的结果可以增强，也可以减弱或抵消-波的干涉效应 基本数学 I 向量的点积 向量r与k的点积定义为 ?为两个向量间的夹角 |r|，|k|分别为向量r与k的长度 若k为单位向量（|k| = 1），则 为向量r在k方向上的投影距离 基本数学 II 傅立叶变换（Fourier transform） 函数?(r)的傅立叶变换定义为 可以证明（逆傅立叶变换（inverse Fourier transform） 式中v为一个常数 3.1.2.2 单个电子的散射波 设在原点O处电子散射的电磁波的相位为零 在r处电子散射的电磁波与原点散射波的光程差为 k0为代表入射波的单位向量 k为代表散射波的单位向量 单个电子的散射波 r处电子散射的电磁波相对于原点的相位为 令 ，则 r处电子散射的电磁波为 fe为电子散射波的振幅 3.1.2.3 多个电子的散射波 现考虑一个晶胞，其散射波为晶胞内所有电子波的叠加 如果用电子密度?(r)来表达，则在以r为中心的体积元dr中的电子数为?(r)dr, 整个晶胞的散射波为 令 ，得 结构因子(structure factor) F(s)称结构因子，代表晶胞中所有电子散射波与单个电子散射振幅之比 数学上，F(s)代表电子密度?(r)的傅立叶变换 3.1.2.4. 晶体结构-电子密度分布 根据傅立叶变换的性质, F(s)的逆傅立叶变换为 v为晶胞的体积 根据上式，如果能测定代表晶体衍射的结构因子F(s)，就能算出代表晶体结构的电子密度分布函数 ?(r) 根据电子密度的大小，可以推断出原子在空间的分布，亦即分子结构 X-射线晶体学测定三维结构 3.3 膜蛋白的结构 膜蛋白分为三类 内在蛋白 (integral protein) 或 intrinsic protein 外周蛋白 (peripheral protein) 或 extrinsic protein