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linyingjia至尊木蟲 (職業(yè)作家)
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[交流]
蛋白質(zhì) 熱變性 的原理是什么呢 已有3人參與
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為什么有的酶高溫也有活性 有的就沒有 蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性的關(guān)鍵是什么呢 |
Biological |
至尊木蟲 (職業(yè)作家)
至尊木蟲 (文壇精英)
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以前也有這樣的疑問,在網(wǎng)上找的。 1.2.3.1 耐熱酶天然構(gòu)象的耐熱機(jī)制 (1). 氨基酸組成 高溫下嗜熱酶中一些氨基酸會出現(xiàn)共價(jià)修飾作用主要Asn、Gln、Ser、Cys等氨基酸的脫氨、氧化水解、二硫鍵相互轉(zhuǎn)化等,因此這些不穩(wěn)定氨基酸在嗜熱酶中含量較低。而Pro、Arg、Glu含量較高。Pro由于其結(jié)構(gòu)熵比其它氨基酸小且更易折疊,一旦折疊則需要更多的能量才能解開,所以Pro在嗜熱酶中含量高于常溫酶,Arg和Glu分別比帶同種電荷的氨基酸有更大的側(cè)鏈,側(cè)鏈所提供的疏水作用及離子間相互作用有助于提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。在螺旋的排布中,有支鏈的氨基酸(如Va l、Th r)結(jié)構(gòu)上會有更多的限制, 因此,它們在嗜熱酶中出現(xiàn)的頻率很低 。 (2). 共價(jià)鍵的抗性 嗜熱酶是通過共價(jià)修飾而非解折疊失活的,共價(jià)鍵抗性越強(qiáng)的酶 越穩(wěn)定。已表明,二硫鍵在60℃—80℃時(shí),可穩(wěn)定嗜熱酶。 (3). α-螺旋的穩(wěn)定性 引入易形成螺旋的氨基酸殘基可增加α-螺旋的穩(wěn)定性,Al a常出現(xiàn)在嗜熱酶的螺旋中。已有人將一個(gè)及多個(gè)Ala引入T 溶菌酶的螺旋中,除Leu133Ala突變(增加內(nèi)部空穴且減少了螺旋的局部剛性)外,所有突變都增加了酶的穩(wěn)定性。 (4). 疏水作用 人們認(rèn)為疏水作用為蛋白質(zhì)在水溶液中折疊提供能量。PaceC N對四種酶的72個(gè)脂肪側(cè)鏈突變中發(fā)現(xiàn),每一個(gè)包埋的-CH為酶構(gòu)象的穩(wěn)定提供了平均1.3 kcal*mol的能量 。 (5). 氫鍵 氫鍵對蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)早已被定點(diǎn)突變所證實(shí),但直到1996年才被常溫酶與嗜熱酶的結(jié)構(gòu)比較結(jié)果所驗(yàn)證。J.Tanner等比較了T.aquati—cus GAPDH與其它三種同源酶的結(jié)果發(fā)現(xiàn),耐熱性與亞基間的氫鍵(帶電基團(tuán)-中性基團(tuán))數(shù)目成正相關(guān)。Hideaki S等研究也發(fā)現(xiàn),嗜熱菌Chlorobium tepidum的蘋果酸脫氫酶(MDH)每個(gè)亞基間的氫鍵比常溫菌Chlorobium vibrioforme MDH 的要多。比較常溫酶與嗜熱酶的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),這種耐熱相關(guān)性廣泛存在于自然界 。 (6). 離子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 極端蛋白質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)表明,離子對可能在超嗜熱蛋白(其中疏水效應(yīng)較小)的穩(wěn)定中起主要作用,它可使二級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,增強(qiáng)其剛性。從超嗜熱菌及常溫菌中分離到的 葡萄糖苷酶的結(jié)構(gòu)比較也表明,超嗜熱酶在其蛋白表面有更多的離子對,因此更耐熱 。嗜熱酶Arg/Lys比常溫酶更高Arg在高溫下可更好地參與離子鍵形成,可能由于其含 胍基及其更長的側(cè)鏈,比Lys提供離子鍵的范圍更廣。離子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)比疏水作用的作用范圍更大,這在超嗜熱酶中得到證實(shí)。 (7). 寡聚體的形成 已發(fā)現(xiàn),一些嗜熱酶的寡聚體比其同源常溫酶更復(fù)雜,后者常以單體或二聚體形式存在 。例如,超嗜熱菌Thermotoga maritima的鐵氫化酶以四聚體形式存在,而常溫菌中的該酶主要為單體或二聚體。另外,超嗜熱菌Methanococcus annaschii的分枝酸變位酶可能形成二聚體的四級結(jié)構(gòu)以提高其耐熱性 。這些寡聚體常以酸性和堿性側(cè)鏈形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而結(jié)合在一起的。 (8). 表面環(huán)的穩(wěn)定性 長期以來,表面環(huán)和轉(zhuǎn)角一直被認(rèn)為是蛋白質(zhì)穩(wěn)定中的“弱連接” ,F(xiàn)在的數(shù)據(jù)表明:它們在蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性上起重要作用。嗜熱酶比同源常溫酶的表面環(huán)更短,存在于常溫酶的a一螺旋附近的其它環(huán),在嗜熱酶中也被縮短,這些變化增加了蛋白質(zhì)的緊密性而減少了其柔性。除此效應(yīng)外,表面環(huán)及轉(zhuǎn)角還可促進(jìn)嗜熱酶的二級結(jié)構(gòu)間和結(jié)構(gòu)域間的相互作用。研究靶β-轉(zhuǎn)角的幾個(gè)定點(diǎn)突變表明,在轉(zhuǎn)角中引入“額外”的彎曲或減少構(gòu)象拉力可增加蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。處于構(gòu)象拉力的環(huán)或轉(zhuǎn)角中的Pro?稍鰪(qiáng)兩相鄰核元素間的穩(wěn)定相互作用(以一種類似于拉鏈的形式),因此可增強(qiáng)蛋白質(zhì)的剛性。 1.2.3.2 環(huán)境因素對嗜熱酶耐熱性的影響 (1). 金屬離子(如Ca 、Mg 、K 、Zn 等) Ca 能提高許多酶的耐熱性。幾乎一半以上的堿性蛋白酶在Ca 存在下能在65℃的條件下維持15min。推測Ca 與Asn、Gln的羰基形成配位鍵,對穩(wěn)定酶分子的三維結(jié)構(gòu)有重要作用,且Ca 還可以抵消酶分子表面的負(fù)電荷帶來的不穩(wěn)定性的影響。此外,Zn 、K 及Mg 也有穩(wěn)定某些酶的作用。 (2). 化學(xué)修飾——糖基化等 糖蛋白中寡糖的存在?稍黾悠淙芙庑、阻止其聚合。糖基化可使蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)有效裝配,進(jìn)而影響新合成蛋白質(zhì)和天然蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性。 (3). 其它胞內(nèi)蛋白質(zhì)(包括分子伴侶) 當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到最高生長溫度并接近胞內(nèi)蛋白質(zhì)與酶的變性溫度時(shí),分子伴侶通過重新折疊來保護(hù)其它蛋白質(zhì)及酶的活性,從而使嗜熱菌適應(yīng)高溫環(huán)境。 (4). 超高壓的使用 升高壓力可使酶結(jié)構(gòu)更緊密,疏水作用更穩(wěn)定,因而具有更高的耐熱性。Michels P C 報(bào)道Methanococcus jannaschii蛋白酶在50.5MPa(500atm),125℃ 時(shí),酶反應(yīng)速率增加3.4倍,耐熱性提高2.7倍,推測出酶的活性區(qū)可能剛性更強(qiáng)。 |
木蟲 (正式寫手)
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