蛋白折疊、結構平衡與進化.pdf

1、蛋白質是構成生物體的一種大分子。蛋白質分子具有一定的規(guī)則結構。蛋白結構是蛋白分子熱力學穩(wěn)定的天然構象。蛋白質的天然結構是很多作用力相互平衡的結果。蛋白折疊就是蛋白分子從它的變性狀態(tài)到達其具有生物活性的天然構象的過程。揭示蛋白的折疊機理是當今分子生物學領域的核心課題之一。截止到2006年8月，蛋白質結構數據庫（PDB）中的結構已經超過了35000個。結構數據的激增為研究蛋白折疊和蛋白的結構平衡提供了難得的機遇。蛋白折疊研究分為體內折疊與體

2、外折疊。體內折疊側重于研究分子伴侶體系在蛋白折疊過程中的作用，而體外折疊則側重于研究蛋白分子折疊的物理與化學機制?，F在，我們對于蛋白折疊機理的認識主要來自體外折疊的實驗和理論的結果。據實驗觀察，蛋白折疊的動力學行為可以粗略地分成兩類：兩態(tài)折疊和多態(tài)折疊。這兩種折疊圖景也為計算機模擬所證實。在實驗和模擬的共同推動下，人們對于蛋白質折疊機理的認識取得了巨大的進步。 本文從另一個視角，即蛋白質的氨基酸組成的角度，去考察蛋白的折疊機制，

3、提出了蛋白折疊速率從頭預測的氨基酸組成指標CI?；贑I與蛋白折疊速率之間相關性（R>0．7），本文討論了蛋白質的氨基酸組成，特別是，氨基酸的側鏈結構對認識蛋白折疊機理的意義。蛋白折疊動力學的兩種類型雖已被發(fā)現許多年了，但其決定因素目前還不清楚。本文從蛋白結構的各個層次上，對蛋白的折疊類型的決定因素進行了探索。結果發(fā)現，蛋白質的氨基酸組成和三級結構的拓撲復雜性是決定蛋白折疊類型的主要因素。基于這一發(fā)現，本文還進行了從蛋白質的氨基酸組成出

4、發(fā)，預測其折疊類型的嘗試，結果取得了超過80%的準確率。研究了蛋白結構中的質量平衡與電荷平衡的問題。通過分析高分辨率的X射線晶體結構，我們發(fā)現質量在蛋白的3D結構中平衡得很好。蛋白質的質量平衡對于蛋白質分子在地球表面的重量場中正常發(fā)揮功能是很有必要的。此外，作為對比，我們還探討了蛋白結構中電荷平衡問題。結果發(fā)現，電荷不如質量平衡得好，而且細胞構件類蛋白具有更強的極性，可能是靜電力在細胞構建中所起作用的反映。本文同時對蛋白質的進化作了一些

5、研究。通過考察七個（海洋）嗜壓微生物蛋白質組的CvP—bias（帶電與極性不帶電氨基酸含量之差）與其最適生長溫度的關系，我們發(fā)現兩者之間存在顯著的線性相關性，證明CvP—bias對于區(qū)分海洋嗜壓生物的生存溫度范圍是適用的，從而有助于建立一個自洽的最后共同祖先的模型。就大氣中氧含量增加與生物復雜性增長之間的關聯，Acquisti等人近來考察了膜蛋白結構域中氧含量的變化，提出了富含氧的氨基酸會在還原性大氣中被還原，從而被進化選擇掉的觀點。本