生物信息学-蛋白质结构预测分析

该部分内容难度不大，以蛋白质的结构为思路，关联记忆即可

主要分为蛋白质结构特征与结构数据库、蛋白质结构测定结构比对结构预测、蛋白质折叠和疾病 三大部分

第一节 蛋白质结构组织层次

一、蛋白质结构

蛋白质分子结构的多样性、复杂性是功能多样性的基础

一级结构 —> 二级结构 —> 超二级结构 —> 结构域 —> 三级结构 —> 四级结构

1.1一级结构

  • 是指多肽链的氨基酸残基的排列顺序。
  • 蛋白质结构层次体系的基础。
  • 决定更高层结构的主要因素。

1.2二级结构

  • 是指多肽链主链原子借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构构象
  • 是多肽链局部的空间结构
  • 包括 螺旋、折叠、转角、无规卷曲

1.2.1 α螺旋

  • 最常见、最典型、含量最丰富的结构元件。

α螺旋结构特征：

  1. 主链骨架围绕中心轴盘绕形成右手螺旋。
  2. 螺旋每上升一圈是3.6个氨基酸残基，螺距为0.54nm。
  3. 相邻螺旋圈之间形成氢键。
  4. 侧链基团位于螺旋的外侧。

不利于α螺旋形成的因素：

  1. 存在侧链基团较大的氨基酸残基。
  2. 连续存在带有相同电荷的氨基酸残基。
  3. 存在脯氨基酸残基。

1.2.2 β折叠

  • 分为 平行式和反平行式

β折叠结构特征：

  1. 若干条肽链或肽段平行或反平行排列成片。
  2. 所有肽键的 C=O 和 N-H 形成链间氢键。
  3. 侧链基团发呢别交替位于片层的上、下方。

1.2.3 无规卷曲

  • 主链骨架无规律盘绕的部分，泛指那些不能归入明确的二级结构的多肽片段。
  • 常出现在α螺旋与α螺旋、α螺旋与β折叠、β折叠和β折叠之间。
  • 是形成三级结构必需的。
  • 酶的功能部位常位于这种构象区域。

四、蛋白质折叠与疾病

蛋白质折叠是动力学和热力学因素共同作用、相互协调的结果。

蛋白质折叠理论模型

  • 框架模型

    蛋白质的局部构想依赖于其局部的氨基酸序列。其折叠是分段进行的。

  • 疏水塌缩模型

    以疏水作用力看成是蛋白质折叠过程中起决定性作用的力。

  • 扩散-碰撞-粘合模型

    的那柏芝的折叠起始于的那柏芝伸展肽链上的几个位点，在这些位点上生成部位顶的二级结构单元或疏水族。它们以非特异性布朗运动扩散、碰撞、互相黏附，导致大的结构生成并因此增加稳定性。

  • 成核-凝聚-生长模型

    肽链中的某一区域可以形成折叠晶核，以它们为核心，整个肽链继续折叠，从而获得天然构象。

  • 拼版模型

蛋白质折叠与疾病

有蛋白质异常的三维空间结构引发的这一类疾病称为构象病，包括疯牛病、阿尔兹海默症、囊性纤维疾病、家族性淀粉样蛋白症、白内障及某些肿瘤。

蛋白感染因子导致的疾病

疯牛病是由一种目前尚未完全了解 其本质的蛋白感染因子——Prion引起的。

淀粉样蛋白导致的疾病

  • 阿尔兹海默症 （老年痴呆）
  • 帕金森症

思考题

1. 为什么说蛋白质的高级结构是由一级结构决定的？

2.列举蛋白质结构比对的基本原理和方法。

3.分类介绍蛋白质结构预测的方法并简述其原理。

4.叙述主要的蛋白质结构预测的评价方法。

5.简要介绍蛋白质折叠的几种理论模型。

共有五种理论模型，分别是：框架模型、疏水塌缩模型、扩散-碰撞-粘合模型、成核-凝聚-生长模型、拼版模型