蛋白质的氧化重折叠

经过近几十年来广泛而深入的研究,蛋白质氧化重折叠的机制已得到相当详细的阐明。1在已研究过的蛋白质中,大多数蛋白质都是沿着多途径而非单一、特定的途径进行氧化重折叠,这与折叠能量景观学说是一致的。2正是氨基酸残基间的天然相互作用而不是非天然的相互作用控制蛋白质的折叠过程。这一结论与含非天然二硫键的折叠中间体在牛胰蛋白酶抑制剂（BPTI）折叠中所起的重要作用并非相互排斥,因为后者仅仅是进行链内二硫键重排的化学反应所必需,与控制肽链折叠无直接关系。3根据对BPTI的研究,二硫键曾被认为仅仅具有稳定蛋白质天然结构的作用,既不决定折叠途径也不决定其三维构象。这一观点不适用于其它蛋白质。对凝乳酶原的研究表明,天然二硫键的形成是恢复天然构象的前提。天然二硫键的形成与肽键的正确折叠相辅相成,更具有普遍意义。4在氧化重折叠的早期,二硫键的形成基本上是一个随机过程,随着肽链的折叠二硫键的形成越来越受折叠中间体构象的限制。提高重组蛋白质的复性产率是生物技术领域中的一个巨大的挑战。除了分子聚集外,在折叠过程中所形成的二硫键错配分子是导致低复性率的另一个主要原因。氧化重折叠机制的阐明为解决此问题提供了有益的启示。如上所述,在折叠的后期,二硫键的形成决定于折叠中间体的构象,类天然、有柔性的结构有利于天然二硫键形成和正确折叠,具有这类结构的分子为有效的折叠中间体,最终都能转变为天然产物;而无效折叠中间体往往具有稳定的结构,使巯基、二硫键内埋妨碍二硫键重排,并因能垒的障碍不利于进一步折叠。因此,降低无效折叠中间体的稳定性使之转变为有效折叠中间体是提高含二硫键蛋白质复性率的一条基本原则,实验证明,碱性pH、低温、降低蛋白质稳定性的试剂、蛋白质二硫键异构酶、改变蛋白质一级结构是实现这一原则的有效手段。此外,这里还就氧化重折叠的基础和应用研究的前景进行了讨论。     

胰岛素的体外折叠: 折叠中间体的鉴定 及其折叠途径

在单链胰岛素体外折叠研究的基础上, 研究了胰岛素的体外折叠过程. 在胰岛素的折叠过程中捕捉到6个主要的折叠中间体, 分别命名为P1A, P2B, P3A, P4B, P5B和P6B. 中间体的折叠实验证明6个中间体都能最终折叠成胰岛素. 在中间体的鉴定和分析以及推断的过渡态中间体形成和作用的基础上, 提出了胰岛素体外折叠的两步折叠途径. (ⅰ) 在折叠过程的早期, 完全还原的胰岛素, 即A链和B链各自形成中间体: 2个A链中间体(P1A和P3A), 4个B链中间体(P2B, P4B, P5B和P6B). (ⅱ) 在进一步的折叠过程中, 推断相继产生3个过渡态中间体: 首先, 中间体P3A通过分子内巯基/二硫键交换反应形成过渡态中间体Ⅰ, 该中间体含有1个天然二硫键A6-A11和2个巯基分别位于A7和A20; 然后, 过渡态中间体Ⅰ的巯基和P4B或P6B上的巯基通过氧化反应(主要以折叠体系中的GSSG为氧化剂)分别形成含有2个天然二硫键的过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ; 最后, 过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ通过分子内巯基/二硫键交换反应形成第3个天然二硫键, 完成胰岛素体外折叠.     

胰岛素的体外折叠: 折叠中间体的鉴定 及其折叠途径

在单链胰岛素体外折叠研究的基础上, 研究了胰岛素的体外折叠过程. 在胰岛素的折叠过程中捕捉到6个主要的折叠中间体, 分别命名为P1A, P2B, P3A, P4B, P5B和P6B. 中间体的折叠实验证明6个中间体都能最终折叠成胰岛素. 在中间体的鉴定和分析以及推断的过渡态中间体形成和作用的基础上, 提出了胰岛素体外折叠的两步折叠途径. (ⅰ) 在折叠过程的早期, 完全还原的胰岛素, 即A链和B链各自形成中间体: 2个A链中间体(P1A和P3A), 4个B链中间体(P2B, P4B, P5B和P6B). (ⅱ) 在进一步的折叠过程中, 推断相继产生3个过渡态中间体: 首先, 中间体P3A通过分子内巯基/二硫键交换反应形成过渡态中间体Ⅰ, 该中间体含有1个天然二硫键A6-A11和2个巯基分别位于A7和A20; 然后, 过渡态中间体Ⅰ的巯基和P4B或P6B上的巯基通过氧化反应(主要以折叠体系中的GSSG为氧化剂)分别形成含有2个天然二硫键的过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ; 最后, 过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ通过分子内巯基/二硫键交换反应形成第3个天然二硫键, 完成胰岛素体外折叠.     

蛋白质折叠速率预测研究进展

蛋白质折叠速率预测是当今生物物理学最具挑战性的课题之一。近年来,该领域的研究取得了很大的进展,提出了许多经验参数,例如:接触序、长程序、总接触距离、链拓扑参数、二级结构含量、有效长度、螺旋参数、n-阶接触距离等。这些参数都和蛋白质的折叠速率有很好的相关性,基于这些参数的各种预测方法所得到的预测结果也与实验数据较好地吻合。     

蛋白质折叠机理的理论研究

简要综述了近年来蛋白质折叠机理的理论研究。首先回顾了蛋白质折叠理论的发展历程,然后对折叠中间体的研究现状作了较详细的介绍。同时,对折叠机理理论研究中的几种理论模型和模拟算法作了细致评述,分析了其现状和存在的问题。最后,总结和讨论了折叠机理理论研究的现存问题及研究热点,并展望了该领域研究的发展趋势。     

蛋白质折叠和分子伴侣

一个有活性的蛋白质分子不但有特定的氨基酸序列,还处于特定的由氨基酸序列决定的三维空间结构。三维结构的完整性受到干扰,生物活性也会发生变化：有时即使只是轻微的破坏,都可能导致其生物活性全部丧失。所以蛋白质的生物功能是与其三维空间结构密切联系在一起的。     

天然无折叠蛋白质

天然无折叠蛋白质是一类与传统蛋白质结构完全不同的蛋白质,这类蛋白质的数目在不断地增加。它们的出现是对蛋白质学科基本信条的挑战。     

二硫键与蛋白质的结构

二硫键是肽链上2个半胱氨酸残基的巯基基团发生氧化反应形成的共价键．具有链内二硫键和链间二硫键2种形式。与氨基酸的氨基氮原子之间形成的稳定共价键不同．二硫键容易被还原而断裂,断裂后可再次氧化重新形成二硫键,因而是可以动态变化的化学键。二硫键是参与一级结构也是形成高级结构的重要化学键,对蛋白质折叠和高级结构的形成与维持十分重要。讨论了二硫键的形成和特征及其与蛋白质结构和功能之间的关系,并讨论了生物学教学中关于二硫键的一些疑问．     

蛋白质二硫键异构酶家族的结构与功能

蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase,PDI）家族是一类在内质网中起作用的巯基-二硫键氧化还原酶.它们通常含有CXXC（Cys-Xaa-Xaa-Cys,CXXC）活性位点,活性位点的两个半胱氨酸残基可催化底物二硫键的形成、异构及还原.所有PDI家族成员包含至少一个约100个氨基酸残基的硫氧还蛋白同源结构域.PDI家族的主要职能是催化内质网中新生肽链的氧化折叠,另外在内质网相关的蛋白质降解途径（ERAD）、蛋白质转运、钙稳态、抗原提呈及病毒入侵等方面也起重要作用.