目前,蛋白折叠仍是一个十分活跃的研究领域。蛋白折叠与蛋白相互作用的偶联,与系统生物学研究的融合及理论在蛋白折叠和结构预测中的应用等,这些都是人们致力攻克的研究。
蛋白质作为一种生物大分子,是生物体的基本构成要素。蛋白质折叠是当今分子生物学的核心研究领域之一,它主要包括三个分支:折叠过程与机理的研究、蛋白质结构预测和蛋白质的结构与功能关系。蛋白质结构和折叠机理的研究依赖于蛋白质结构解析技术和变性复性实验。现在常用的蛋白质解析技术主要有两种:X 射线晶体衍射和核磁共振。
蛋白质的折叠是指一个蛋白质从它的变性状态转变到它的特定的生物学天然构象的过程。在这一过程中,除了二硫键之外,主要是氢键等一些非共价键的断裂和形成。近年来,许多实验手段被用来研究蛋白质的折叠过程,比如,各种光谱技术、质谱和核磁共振等。迄今,已积累了相当可观的动力学数据并出现了相应的蛋白质折叠数据库,为系统研究蛋白折叠规律提供了新的机遇。
揭示蛋白折叠机理是分子生物学领域的一大挑战,具有重要的理论和实践意义。在揭示生物大分子的运动规律,及蛋白质结构预测和工业用酶、农药医药的合理化设计方面都有重要的应用价值。
我们通常把蛋白结构分为四类:一级结构、二级结构、结构和四级结构。从氨基酸到多肽,经折叠形成三维空间结构,从而发挥蛋白功能。目前,常用的蛋白质结构分类体系主要有两个:SCOP和CATH。
二级结构:红色区域表示螺旋,海蓝色区域表示折叠,绿色区域表示转角,而灰白色区域表示无规则卷曲。结构中的原子以线框显示。
对蛋白质折叠机理的认识大体经历了以下几个阶段:早期的(从一端开始的)“折叠核”模型,到层次折叠(碰撞扩散)模型,再到“折叠核凝缩”模型等。但关于蛋白折叠机理,目前学界尚未形成统一的认识。一个简单的模型或许不足以描述所有蛋白的折叠过程,蛋白折叠过程受多种因素影响。
蛋白质的氨基酸组成和基于长程作用的结构拓扑复杂性,是蛋白质折叠类型的主要决定因素。当前的发现主要是基于对蛋白序列和天然结构(即蛋白的静态属性)的研究,要揭示蛋白折叠过程的细节,还依赖于对折叠中间体和过渡态结构的研究。
蛋白折叠过程模拟:通过计算机模拟蛋白从无结构的伸展状态到有结构的天然构象的折叠过程,既可以检验蛋白质折叠理论,也可以辅助蛋白质结构和功能设计,是蛋白折叠研究领域不可或缺的手段。
蛋白结构预测:作为蛋白折叠过程的终点,蛋白质天然结构的最直接预测方法就是蛋白折叠过程模拟。但受限于当前的计算能力,太大的蛋白则需要根据经验规则来预测蛋白结构。
此外,对于蛋白折叠过程相关参数及结构特征参数的预测,有助于蛋白折叠速率及结构形成机制的研究。
目前,蛋白折叠仍是一个十分活跃的研究领域。蛋白折叠与蛋白相互作用的偶联,与系统生物学研究的融合及理论在蛋白折叠和结构预测中的应用等,这些都是人们致力攻克的研究。