第5章 蛋白质柔性结构


可能考点:

  • 什么是蛋白质的柔性
  • 别构效应概述
  • 别构效应模型
  • 磷酸果糖激酶的别构效应
  • 血红蛋白的别构效应
  • 蛋白质的构象变化概述

概述:

天然折叠的蛋白分子往往不是以一种构象状态存在的。在结构中我们看到的往往仅是一种状态的构象,它是蛋白质分子的一个平均构象。实际上,蛋白质分子始终是处于一种呼吸的状态蛋白质结构中所有的原子都在运动,这些原子的运动通常是随机的,但有时可以是集合性的运动。这种集合性的运动引起分子中的原子团在相同的方向上产生运动,造成蛋白质分子中的侧链可以从一种构象转化为另一种构象。某些环区域也并不总是固定在一种单一的构象状态,螺旋也可以互相产生滑动,完整的结构域之间也可以改变它们的堆积接触以打开或关闭结构域之间的距离。通常这些运动都是比较小的,有时小到仅有1/10Å 的运动,但有时这种集合性运动可以很大,大到足以具有重要的生物学意义。


蛋白质的柔性

大的集合性运动,在X-射线晶体学研究中所表现出来的是电子密度的水平低,甚至在某些情况下看不到电子密度的存在。产生这样的运动的区域通常在晶体学中被表述为柔性


CDK的构象变化


钙调蛋白


Serpin抑制丝氨酸蛋白酶


别构效应模型

1 一致性模型(concerted model)

假定分子的对称是守恒的,因此所有的亚基的活性要么是同等地低或者是同等地高,即所有的结构变化是一致的

2 连续模型(sequential model) 该模型认为在结构中每个亚基可独立地在底物的结合部位变化,在此模型中一个亚基与它的结合配基的三级结构变化,改变了与它相邻的亚基的相互作用进而导致另一个亚基的活性部位的变化。例如由配基对酶的结合引起酶的构象变化使酶由非活性状态变为有活性。


磷酸果糖激酶的别构效应

  1. 酶由四个相同的亚基组成,每个亚基都有一个配基结合位点
  2. 亚基具有两个处于平衡的构象态:活性R态和非活性的T态
  3. 四个亚基的构象态是一致转换的
  4. 由于两态对ATP有着相同亲和力,但对底物F6P,别构效应子 ADP 和抑制剂 PEP 的亲和性不同,导致配基结合能够使 R 和 T 之间平衡产生位移

磷酸果糖激酶

  • 活性R态: F6P与Arg形成盐桥,启动底物与酶的结合
  • 非活性的T态: Arg远离底物结合部位,负电荷的Glu指向底物分子的结合位点,Glu和F6P之间的斥力阻止了结合,导致亲和力的下降

血红蛋白的别构效应

血红蛋白分子有两种主要的构象: T型(紧张态)和R型(松弛态)

  • T型构象对氧气的亲和力较低,不容易与氧结合。
  • R型构象对氧气的亲和力较高,更容易与氧结合。

当一个亚基的血红蛋白分子与氧气结合时,产生的构象变化会通过亚基间的相互作用传递至其它亚基。这种构象变化导致其他亚基的氧亲和力依次增加,逐步从T型转变为R型。例如,当第一个亚基结合氧后,其它亚基的氧结合能力增强,最终使整个血红蛋白分子从T态转变为R态,增强其对氧的亲和力。

这一转变主要受到氧气分压的影响:

  • 高氧分压(如在肺部)促进血红蛋白从T型转变为R型,这有助于血红蛋白高效吸收氧气并饱和氧。
  • 低氧分压(如在组织中)促使血红蛋白从R型转变为T型,从而降低其对氧的亲和力,帮助血红蛋白释放氧气到组织。

这种构象间的可逆转变,使得血红蛋白能够有效地调节氧气的结合与释放,从而在氧气需求变化的情况下,满足机体的生理需求。