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linyingjia

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[交流] 蛋白质热变性的原理是什么呢已有3人参与

为什么有的酶高温也有活性有的就没有

蛋白质热稳定性的关键是什么呢

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1楼2012-11-20 22:20:26

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zhouxj

至尊木虫 (文坛精英)

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好大的课题，问问生物物理的专家吧

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2楼2012-11-21 01:39:24

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stone2239

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wizardfan: 金币+2, 谢谢分享 2012-11-21 05:41:26

以前也有这样的疑问，在网上找的。

1.2.3.1 耐热酶天然构象的耐热机制

(1). 氨基酸组成

高温下嗜热酶中一些氨基酸会出现共价修饰作用主要Asn、Gln、Ser、Cys等氨基酸的脱氨、氧化水解、二硫键相互转化等，因此这些不稳定氨基酸在嗜热酶中含量较低。而Pro、Arg、Glu含量较高。Pro由于其结构熵比其它氨基酸小且更易折叠，一旦折叠则需要更多的能量才能解开，所以Pro在嗜热酶中含量高于常温酶，Arg和Glu分别比带同种电荷的氨基酸有更大的侧链，侧链所提供的疏水作用及离子间相互作用有助于提高蛋白质的热稳定性。在螺旋的排布中，有支链的氨基酸（如Va l、Th r）结构上会有更多的限制，因此，它们在嗜热酶中出现的频率很低。

(2). 共价键的抗性

嗜热酶是通过共价修饰而非解折叠失活的，共价键抗性越强的酶越稳定。已表明，二硫键在60℃—80℃时，可稳定嗜热酶。

(3). α-螺旋的稳定性

引入易形成螺旋的氨基酸残基可增加α-螺旋的稳定性，Al a常出现在嗜热酶的螺旋中。已有人将一个及多个Ala引入T 溶菌酶的螺旋中，除Leu133Ala突变（增加内部空穴且减少了螺旋的局部刚性）外，所有突变都增加了酶的稳定性。

(4). 疏水作用

人们认为疏水作用为蛋白质在水溶液中折叠提供能量。PaceC N对四种酶的72个脂肪侧链突变中发现，每一个包埋的-CH为酶构象的稳定提供了平均1.3 kcal*mol的能量。

(5). 氢键

氢键对蛋白质稳定性的贡献早已被定点突变所证实，但直到1996年才被常温酶与嗜热酶的结构比较结果所验证。J.Tanner等比较了T.aquati—cus GAPDH与其它三种同源酶的结果发现，耐热性与亚基间的氢键(带电基团-中性基团)数目成正相关。Hideaki S等研究也发现，嗜热菌Chlorobium tepidum的苹果酸脱氢酶(MDH)每个亚基间的氢键比常温菌Chlorobium vibrioforme MDH 的要多。比较常温酶与嗜热酶的结构发现，这种耐热相关性广泛存在于自然界。

(6). 离子网状结构

极端蛋白质的晶体结构表明，离子对可能在超嗜热蛋白(其中疏水效应较小)的稳定中起主要作用，它可使二级结构稳定，增强其刚性。从超嗜热菌及常温菌中分离到的葡萄糖苷酶的结构比较也表明，超嗜热酶在其蛋白表面有更多的离子对，因此更耐热。嗜热酶Arg／Lys比常温酶更高Arg在高温下可更好地参与离子键形成，可能由于其含胍基及其更长的侧链，比Lys提供离子键的范围更广。离子网状结构比疏水作用的作用范围更大，这在超嗜热酶中得到证实。

(7). 寡聚体的形成

已发现，一些嗜热酶的寡聚体比其同源常温酶更复杂，后者常以单体或二聚体形式存在。例如，超嗜热菌Thermotoga maritima的铁氢化酶以四聚体形式存在，而常温菌中的该酶主要为单体或二聚体。另外，超嗜热菌Methanococcus annaschii的分枝酸变位酶可能形成二聚体的四级结构以提高其耐热性。这些寡聚体常以酸性和碱性侧链形成的网状结构而结合在一起的。

(8). 表面环的稳定性

长期以来，表面环和转角一直被认为是蛋白质稳定中的“弱连接” 。现在的数据表明：它们在蛋白质的稳定性上起重要作用。嗜热酶比同源常温酶的表面环更短，存在于常温酶的a一螺旋附近的其它环，在嗜热酶中也被缩短，这些变化增加了蛋白质的紧密性而减少了其柔性。除此效应外，表面环及转角还可促进嗜热酶的二级结构间和结构域间的相互作用。研究靶β-转角的几个定点突变表明，在转角中引入“额外”的弯曲或减少构象拉力可增加蛋白质的稳定性。处于构象拉力的环或转角中的Pro常可增强两相邻核元素间的稳定相互作用(以一种类似于拉链的形式)，因此可增强蛋白质的刚性。

1.2.3.2 环境因素对嗜热酶耐热性的影响

(1). 金属离子（如Ca 、Mg 、K 、Zn 等）

Ca 能提高许多酶的耐热性。几乎一半以上的碱性蛋白酶在Ca 存在下能在65℃的条件下维持15min。推测Ca 与Asn、Gln的羰基形成配位键，对稳定酶分子的三维结构有重要作用，且Ca 还可以抵消酶分子表面的负电荷带来的不稳定性的影响。此外，Zn 、K 及Mg 也有稳定某些酶的作用。

(2). 化学修饰——糖基化等

糖蛋白中寡糖的存在常可增加其溶解性、阻止其聚合。糖基化可使蛋白质的三级结构有效装配，进而影响新合成蛋白质和天然蛋白质的稳定性。

(3). 其它胞内蛋白质（包括分子伴侣）

当环境温度达到最高生长温度并接近胞内蛋白质与酶的变性温度时，分子伴侣通过重新折叠来保护其它蛋白质及酶的活性，从而使嗜热菌适应高温环境。

(4). 超高压的使用

升高压力可使酶结构更紧密，疏水作用更稳定，因而具有更高的耐热性。Michels P C 报道Methanococcus jannaschii蛋白酶在50.5MPa（500atm），125℃ 时，酶反应速率增加3.4倍，耐热性提高2.7倍，推测出酶的活性区可能刚性更强。

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3楼2012-11-21 02:17:41

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