生物大分子过程的小溶质效应.pptVIP

洪江 2012-11-1 Local Local Bulk 溶质分布模型(SPM) 小溶质与生物大分子热力学相互作用（?23）跟小溶质在大分子表面紧邻区域和远离区域的热力学分布函数Kp联系起来，并跟大分子表面面积ASA联系起来 Kp = m3-local / m3-bulk ?23? ? (RTASA)( Kp?1）b1/55.5 溶质分布模型 SPM模型赋予热力学相互作用?23一个直观形象的分子行为解释： 负号的?23对应Kp?1，表示小溶质富集在大分子表面邻域（选择性的亲和） 正号对应Kp?1，选择性的逃逸 热力学惰性的小溶质（?23?0）随机分布在整个溶液，Kp ?1。 形象理解小溶质效应 （例如尿素变性作用） SPM模型为基于表面面积的热力学相互作用的加和性提供了依据。 小溶质影响大分子过程的热力学分析 在不涉及共价作用的情况下，小溶质对一个化学反应平衡的扰动取决于它跟反应物和产物有差异的热力学相互作用 ?lnKobs/?m3 ? -(1/RT)??23 Kobs 可观测平衡常数 ??23 小溶质与反应物和产物的差异热力学相互作用 表面面积变化分析 表面分析的可行性：人们发现小溶质对蛋白去折叠过程的热力学效应基本上可归因于它与去折叠过程新暴露的蛋白与水接触表面的热力学相互作用的效应 表面计算 小溶质与不同基团表面的相互作用 从物化角度看生物大分子过程，具有重要生理意义的特点 非共价过程 非刚性实体 关心问题：体内蛋白稳定性；蛋白制剂稳定性 变性了的蛋白失去生物活性，常被细胞水解去除掉 驱动力一般针对水溶液 Flavodoxin mioC 2006 Jin CW, FMN Excited state is a proposal awaiting more evidence Kalodimos CG 2004 IDP 影响快慢和程度 主要：体外实验 除了蛋白折叠，其它的还不深入系统（欠缺物化角度的认识） 化学回答生物学问题 IDP 多样性复杂性（促蛋白稳定的不必然促核酸稳定，对核酸2、3结构不同影响，对不同蛋白-配体体系的不同影响， 对不同酶的影响呈现多样性 影响相应生理事件 生物大分子过程的小溶质效应 纲要 典型生物大分子过程简介 特点 小溶质效应简介 小溶质效应研究方法 生物大分子过程是生命活动在分子层次的体现 结构、收缩、运输、运动、调节、催化、信使、防御、等 生物大分子过程 （Biopolymer Processes) 蛋白折叠 （Protein folding) 蛋白-配体相互作用 （protein-ligand interaction) 核酸折叠（DNA, RNA folding） 生物大分子机器的自组装 （self assembly) 酶的蛋白质动力学 （enzyme) 蛋白多聚 （aggregation） …… 非共价过程 Native State Unfolded Ensemble 蛋白质能量地貌 – Protein Energy Landscape Pr 热力学稳定态 （U，N）： 无数构象的集合，构象间不停息的相互转换，热运动能量 NMR，X-ray：平均结构 蛋白质动力学：运动性和柔性 – 构象自由度的非均匀性 蛋白质动力学例析 A 和B构象的平衡混合物 基态、激活态 能垒高低对应转换（运动性）的时间尺度 构象分布受溶液环境影响 G 构象坐标 A B 蛋白质折叠 蛋白质热力学稳定性 折叠态与去折叠态间的能量差，差越大，越稳定, 溶液环境的函数 驱动力：疏水作用、主链H-键、主链（去）溶剂化、范德华力等 阻力：构象熵 折叠过程涉及大量蛋白基团（表面）的包埋 功能蛋白空间构象适度的稳定性是其功能的基础 蛋白制剂的保存 G U N 蛋白多聚 蛋白多聚 – 功能丧失、细胞毒性 N亚稳定 Agg高能垒 质量控制系统 胁迫环境 衰老 多聚诱发区、限速步构象变化 U N Agg 酶的蛋白质动力学 活性部位的柔性 伴随功能行使的构象变化 激活态 行使功能所需的动态构象变化受阻 – 功能障碍 蛋白配体相互作用 配体：蛋白、DNA、RNA… 基因表达 信号转导 分子调节 结合部位柔性（天然非结构片段） 不同构象-不同配体 伴随结合的构象变化 能量贡献 特异性 生物大分子过程 蛋白整体或局部构象变化 不同基团或蛋白表面的暴露与包埋 生物大分子过程(热力学及动力学)受多种溶液环境因子的影响 pH 盐效应 – 盐离子种类和浓度 有机小溶质（Small solute） 大分子拥挤度 （macromolecular crowding） 自身浓度 分子伴侣（Molecul