蛋白质工程1节.ppt

1．按结构域分类 (1) α型结构(αstructure) (2) β型结构(β structure) (3) α/β型结构 (4) α+β型结构 (5) 无规型／富含二硫键和金属离子型 (1) α型结构(αstructure) 这类蛋白质主要由α螺旋组成，其螺旋含量一般在60％以上，有的高达80％。α螺旋在这类蛋白质中大多以反平行方式排布和堆积，所以又称反平行α结构。 按照螺旋排布的不同拓扑学特征，又可分为一些亚组。肌红蛋白、血红蛋白、烟草花叶外壳蛋白、细胞色素b，等均属此类结构。 分 类 (1) 线绕式α螺旋(coiled-coil α helix) (2) 四螺旋束 (four helix bundle) (3) 珠状折叠(globin fold) (4) 复杂螺旋组合 (2)β型结构(β structure) 此类结构主要由反平行β层构成。β型结构在大小和组织上都有很大的变异范围，但在大多数情况下反平行β层都缠绕成一柱状或圆桶状，其缠绕方式可以是链间的顺序连接，也可以是链间的跨接。 丝氨酸属水解酶、免疫球蛋白A、一些球状RNA病毒的外壳蛋白等均属此类。 分 类 β型结构组织较为复杂，具有相当大的多样性。根据其形貌和组织特征可概分为： 上一下桶式(up-and-down βbarrel)和开放式折叠(up-and-down open βsheet) 希腊钥匙(回纹)式折叠(Greek key β barrel) β螺旋折叠(parallel β-helix fold) (3) α/β型结构 这是已知数量最多的一类结构，它由平行的或混合型的β层被α螺旋包绕构成，主要是β-α-β模体的组合。在这类结构中β层和螺旋内部各股链主要以平行方式排布，所以也称为平行α/β型。当然，其中螺旋与相邻β链彼此是反平行的。多数情况下，一个5～9条链组成的平行β层在中央，两侧是α螺旋，形成三层式结构。 依据β链组织方式的不同，它们呈现出许多不同类型。丙糖磷酸异构酶、醛缩酶、乳酸脱氢酶、醇脱氢酶、磷酸甘油酸激酶等均属此类结构。 分 类 3种基本类型： TIM桶式折叠(TIM barrele) 扭转开放式折叠(Rossman fold) 马蹄式折叠(horseshoe fold) (4)α+β型结构 这类结构中既含α螺旋又含β层结构，但α螺旋与β层在空间上彼此不混杂，分别处于分子的不同部位，有时α螺旋和β层分别形成两个结构域。 已知这类结构的数量不多，因此有时将它们按α螺旋或β层部分的组织特征分别划入以上三种类型中。溶菌酶、嗜热菌蛋白酶、核酸酶等属此类结构。 (5)无规型／富含二硫键和金属离子型 这是一类小蛋白质分子，它们没有典型的二级结构，或者所含二级结构的组成和组织没有明显的规律可循。 这类蛋白质分子虽然不大(一般小于100个氨基酸残基)，但含有较多的二硫键或金属离子以稳定其三维结构，所以在有的分类中称它们为富含二硫键和金属离子型蛋白。 上列前三类结构所占的比例分别是20％(α型)、32％(β型)、35％(α/β型)。 尽管随着用于统计分析的数据基础不同，这些比例数字也会有所变化，但是都表明这三类结构包含了已知蛋白质的绝大部分。 总 结 2．系统性分类 随着已知蛋白质结构数量迅速增加，在蛋白质结构数据库(protein data bank，PDB)中登录的原子坐标已超过16 000个，这为蛋白质结构分类提供了新的更加丰富的数据基础。同时，蛋白质结构预测、蛋白质折叠以及蛋白质工程研究，需要更加深入和系统的蛋白质结构分类知识。因此，近年来发展了一系列按层次体系(hierarchy)对蛋白质结构进行分类的新方法、新程序，并将应用这些方法所获得的分类知识构建成数据库，以资源共享的原则免费开放使用。 目前较为系统和广泛使用的数据库为SCOP、CATH、DALI／FSSP／DDD。 第三节 多肽链的生物合成与折叠 从前两节我们了解到，蛋白质是具有高度组织、结构极复杂的生物大分子，尽管它们的分子量可以从几千到百万道尔顿，它们的结构可以有多个层次、多种类型，但它们可以在有机体内被精确产生。了解这种复杂蛋白质结构的形成机理，对于以设计和构建新型蛋白质为目标的蛋白质工程的战略性考虑和具体途径选取，都有十分重要的意义。现在知道，蛋白质在体内的形成可以大致分为两个阶段。 折叠机理认识 对多肽链的折叠机理，至今尚缺乏本质性和规律性的认识。因此，尽管目前对于蛋白质的序列知识已有了丰厚的积累，对蛋白质的复杂结构已有了深入的了解，但至今还不知道能将二者直接联系起来的规律。这使得在目前从氨基酸序列去构建期望的蛋白质结构还只能是个案研究课题，、也是通过蛋白质工程设计和制造新蛋白质的基础性困难。 一、多肽链的生物合成 自然界中的蛋白质可以由几