【别构】固有无序片段产生的熵力调节蛋白质功能
生物体系中的无序结构研究
生物体系中的无序结构研究
在自然界中，有许多生物体系呈现出无序结构。
这样的结构看起来毫无规律可言，然而却具有非凡的功能。
比如，蛋白质和 DNA 的结构都是由无数个基本单元
构成的，它们被认为是有序的。
但是，这些链条在某些情况下会折叠成无序的结构，这被称为无序区域。
研究表明，这些无序区域在调控生命科学中起到了极其重要的作用。
首先，无序区域可以调节蛋白质的功能。
传统的蛋白质功能主要是通过其空间
结构来实现的，而无序区域则打破了这一传统理念。
无序区域由于没有完整的三维结构，让蛋白质的空间结构更加灵活，使得其能够更好地适应各种生命过程的需要。
其次，无序区域可以调控蛋白质代谢。
无序的蛋白质往往会被低效地翻译出来，其中很多会被认为是没用的残留物。
但是，研究表明这些无序的残留物在代谢过程中也发挥了重要作用。
无序区域可以帮助蛋白质保持活性，也可以延长蛋白质的生命期限。
再次，无序区域可以调节蛋白质与其它分子的结合。
蛋白质结合过程通常是在
结构保持完整的情况下完成的，但是，无序区域也可以参与到结合过程中来。
比如，有些无序区域的突出部分可以吸引同种物质来与其结合，形成一种新的结构，这种结构可以进一步改变蛋白质的功能。
总的来说，无序区域在生物体系中发挥了重要的角色。
虽然人们对无序区域的
认识还很有限，但是已有的研究为较好地理解生物体系中的无序结构提供了蓝本。
未来，研究人员需要更深入地研究无序区域的性质和作用，从而揭示无序区域在生命科学中的重要性，为生命科学的发展做出贡献。
蛋白质的空间结构与功能
蛋白质的空间结构与功能蛋白质是生命体中不可或缺的重要分子，其在生物学、生物化学、生物医学、生物物理、生物工程等领域的重要性越来越受到人们的关注和重视。
蛋白质的空间结构与功能具有密切的关联，本文将从该角度出发，详细探讨蛋白质的空间结构以及与功能之间的关系，并对如何合理地设计和使用蛋白质进行阐述。
一、蛋白质的空间结构蛋白质的成份主要是氨基酸，由20种不同的氨基酸组成，其基本结构单元为α-氨基酸，由一个氢原子、一个羧基、一个氨基和一个侧链组成。
蛋白质的相互作用主要由氢键、离子键、疏水作用和范德华力等因素所决定。
蛋白质的空间结构具有非常重要的意义，其结构包括主链的折叠、各种共面、非共面和取向关系、侧链的生物摆动、组成复杂的三级结构（一级结构指氨基酸序列，二级结构指氢键构成的形态，三级结构则是在二级结构的基础上进一步的空间构象），以及其他和环境条件有关的特征等。
这些特征不仅决定了蛋白质的结构，还决定了蛋白质的功能。
二、蛋白质结构与功能的相互关系蛋白质结构决定了其功能，也就是说，蛋白质的结构和功能之间具有密切的关系，其原因在于蛋白质分子的功能完全依赖于其独特的三维结构。
因此，对蛋白质三维结构的研究不仅直接关系到生命科学各个方面的进展，还有助于加速药物设计和疾病诊断的进展。
1. 蛋白质催化作用许多酶都是蛋白质，酶能够催化化学反应，其催化作用与其酶活特征密切相关。
酶分子有一定的空间结构，其中主链、侧链和水分子起着重要的作用。
只有在适当的情况下，包括适当的温度、pH值和离子浓度下，酶才能发挥催化作用。
2. 蛋白质运动与功能蛋白质分子具有高度的动态性。
当一些蛋白质分子遇到神经递质或激素等信号物质时，它们可以发生构象变化，从而完成生理功能。
神经递质和激素分子与蛋白质分子之间的特异性相互作用，加上构象变化，完成生理功能。
3. 蛋白质信号传递细胞内媒介物通过蛋白质反应细胞外信号。
蛋白质相互作用是大多数代谢途径、调节途径、分泌途径的核心，其机制在于信号分子与接受者能够相互作用，从而激活信号传递途径中重要的蛋白质反应。
蛋白质结构与功能的关系
蛋白质结构与功能的关系专业：植物学摘要:蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。
天然蛋白质的构象一旦发生变化,必然会影响到它的生物活性。
由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强.而分子模拟技术为蛋白质的研究提供了一种崭新的手段。
在理论上解决了结构预测和功能分析以及蛋白质工程实施方面所面临的难题。
它在蛋白质的结构预测和模建工作中占有举足轻重的地位，实现了生物技术与计算机技术的完美结合。
关键词：蛋白质的结构、功能；折叠/功能关系；蛋白质构象紊乱症;分子模拟技术；同源建模RNase是由124个氨基酸残基组成的单肽链，分子中 8 个Cys的-SH构成4对二硫键，形成具有一定空间构象的蛋白质分子。
在蛋白质变性剂和一些还原剂存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。
当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。
若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性.这个实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。
前体与活性蛋白质一级结构的关系 ,由108个氨基酸残基构成的前胰岛素原，在合成的时候完全没有活性,当切去N—端的24个氨基酸信号肽，形成84个氨基酸的胰岛素原，胰岛素原也没活性，在包装分泌时，A、B链之间的33个氨基酸残基被切除，才形成具有活性的胰岛素。
功能不同的蛋白质总是有着不同的序列；种属来源不同而功能相同的蛋白质的一级结构，可能有某些差异,但与功能相关的结构也总是相同.若一级结构变化，蛋白质的功能可能发生很大的变化。
蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的,各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。
天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性.由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化,可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强.虽然蛋白质结构与生物功能的关系比序列与功能的关系更加紧密，但结构与功能的这种关联亦若隐若现，并不能排除折叠差别悬殊的蛋白质执行相似的功能，折叠相似的蛋白质执行差别悬殊功能的现象的存在.无奈，该领域仍不得不将100多年前Fisher提出的“锁一钥匙”模型和50多年前Koshand提出的诱导契合模型（induce fitmodel）作为蛋白质实现功能的理论基础。
蛋白质的结构与功能关系
蛋白质的结构与功能关系蛋白质是生命活动的主要承担者，它们在生物体中发挥着各种各样至关重要的作用。
而蛋白质的结构与功能之间存在着紧密且复杂的关系，理解这种关系对于深入探究生命的奥秘具有极其重要的意义。
蛋白质的结构层次丰富多样，从最基本的一级结构开始，逐步形成更高级的结构。
一级结构指的是蛋白质中氨基酸的线性排列顺序。
这就好比是一串独特的密码，决定了蛋白质后续能形成什么样的结构和具备怎样的功能。
不同的氨基酸排列顺序，就像是不同的密码组合，会造就出功能各异的蛋白质。
二级结构是在一级结构的基础上，由于肽链内和肽链间的氢键作用，形成了一些有规律的局部构象，如α螺旋和β折叠。
α螺旋就像是一个螺旋上升的楼梯，氨基酸残基围绕着中心轴旋转上升；β折叠则像是折叠起来的纸张，肽链伸展成片层状。
三级结构是在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步折叠卷曲，形成了更加复杂和特定的三维空间结构。
这时候，蛋白质就有了特定的形状，比如球形、纤维状等。
就像一把钥匙，只有特定的形状才能插进对应的锁孔，蛋白质也只有特定的三级结构才能执行特定的功能。
四级结构则是指由两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链通过非共价键相互结合形成的更复杂的结构。
比如血红蛋白就是由四个亚基组成的具有四级结构的蛋白质。
蛋白质的结构决定了其功能。
例如，酶是一类具有催化作用的蛋白质。
它们的活性中心通常具有特定的结构，能够与底物特异性结合，从而加速化学反应的进行。
胰岛素是调节血糖的重要蛋白质，其结构使得它能够与特定的细胞表面受体结合，发挥调节血糖的作用。
反过来，蛋白质的功能也会影响其结构。
当蛋白质所处的环境发生变化时，比如温度、pH 值的改变，可能会导致蛋白质的结构发生变化，从而影响其功能。
这就是我们常说的蛋白质变性。
但有时，这种结构的变化是可逆的，当环境条件恢复正常，蛋白质的结构和功能也可能恢复。
在生物体内，蛋白质的结构和功能始终处于一个动态平衡的状态。
它们不断地适应环境的变化，以维持生命活动的正常进行。
蛋白质结构折叠方式及调控机制
蛋白质结构折叠方式及调控机制蛋白质是生物体中重要的功能分子，它们在细胞中扮演着各种各样的角色，从结构支撑到催化反应。
蛋白质的功能很大程度上取决于其结构，而这种结构的形成则经历了一个复杂且精确的折叠过程。
本文将介绍蛋白质的结构折叠方式以及调控机制。
蛋白质的结构折叠方式可以分为两类：有序折叠和无序折叠。
有序折叠是指蛋白质在合成的同时便迅速形成其规则的立体结构，而无序折叠则是指在初始合成过程中蛋白质并不立即形成结构，而是通过一系列形成规则结构的中间产物逐步折叠。
无序折叠通常发生在蛋白质合成的早期阶段，而有序折叠则发生在后续的过程中。
蛋白质的折叠主要受到两个力的影响：熵驱动力和静电相互作用。
熵驱动力是指有序折叠过程中蛋白质分子趋向更高熵状态的趋势。
蛋白质的构象空间非常庞大，但相对于这个空间中可能的构象，合适的结构仅占很小的比例。
因此，蛋白质在折叠过程中会通过去除构象自由度来减少构象空间的大小，从而使得系统的熵减小。
这种熵驱动的折叠方式使得蛋白质能够快速而准确地达到最低能量态。
静电相互作用是指蛋白质中氨基酸残基之间的电荷相互作用。
在蛋白质折叠的过程中，氨基酸残基之间的氢键、疏水作用和电静力相互作用决定了蛋白质的结构。
具有相同电荷的残基会相互排斥，而有相反电荷的残基则会相互吸引。
这些相互作用的力量将蛋白质折叠成紧密的结构，并提供了结构稳定所需的能量。
除了静电相互作用外，疏水作用也是蛋白质折叠的重要因素。
疏水作用是指疏水性氨基酸在水中排斥水分子而聚集在一起的过程，这种聚集形成了疏水核心，周围则由亲水性残基组成。
这种疏水作用的存在推动了蛋白质的折叠过程。
蛋白质的折叠过程受到多种调控机制的影响，其中最重要的是分子伴侣和分子伴侣介导的折叠。
分子伴侣是一类通过与特定蛋白质相互作用来调节其折叠和功能的分子。
这些分子伴侣可以帮助蛋白质正确地折叠，并保护其避免错误折叠或无序折叠。
分子伴侣通常通过其独特的结构和功能与特定蛋白质相互作用，从而促进蛋白质折叠的正确性和速率。
蛋白质的变构作用名词解释(一)
蛋白质的变构作用名词解释(一)蛋白质的变构作用名词解释•蛋白质（Protein）：蛋白质是生物体内最基本的大分子有机化合物之一，由氨基酸经肽键连接而成。
它在生物体内具有多种功能，如运输、催化、结构支持等。
•变构作用（Conformational change）：蛋白质的变构作用是指蛋白质结构的可逆性变化过程，通常由外界刺激或内部调节所引起。
这种结构变化可以改变蛋白质的功能以适应不同的生物过程需求。
•原始构象（Native conformation）：蛋白质在正常生理条件下具有的最稳定和活性的构象状态。
原始构象对蛋白质的功能发挥至关重要。
•重构（Remodeling）：蛋白质在变构作用下发生结构的重排和重新组装过程。
重构可以改变蛋白质的形状和功能，使其适应新的环境和生物过程需求。
•构象空间（Conformational space）：蛋白质在变构作用下可以采取的所有可能构象的集合。
构象空间是蛋白质结构变化的理论依据。
•激活（Activation）：蛋白质在变构作用下由不活跃状态转变为活跃状态的过程。
激活使蛋白质能够参与生物体的生化反应，并发挥其特定功能。
•失活（Inactivation）：蛋白质在变构作用下由活跃状态转变为不活跃状态的过程。
失活使蛋白质的功能降低或丧失。
•结构稳定性（Structural stability）：蛋白质结构在变构作用下能够维持稳定的能力。
结构稳定性直接影响蛋白质的功能和活性。
•分子动力学（Molecular dynamics）：通过模拟蛋白质内原子之间相互作用的运动规律，揭示蛋白质在变构作用下结构变化的过程和机制。
•变构调控（Conformational regulation）：生物体通过调控蛋白质的变构作用，实现对蛋白质功能的准确控制和调节。
这种调控方式在许多生物过程中起着重要的作用。
以上是蛋白质的变构作用的相关名词解释，它们涵盖了蛋白质的结构变化、功能调节等方面，对于深入理解蛋白质的生物学作用具有重要意义。
蛋白质结构对其功能发挥起调节性重要作用
蛋白质结构对其功能发挥起调节性重要作用蛋白质是生物体内最重要的分子之一，它们扮演着许多生物活动中至关重要的角色。
蛋白质的功能取决于它们的结构，而蛋白质结构则对其功能发挥起调节性重要作用。
本文将讨论蛋白质结构与功能之间的关系，以及一些在蛋白质结构研究中的重要突破。
蛋白质的结构可以分为四个层次，分别是原始结构、二级结构、三级结构和四级结构。
原始结构是指蛋白质的氨基酸序列，它决定了蛋白质的基本组成。
二级结构是指由氢键形成的α-螺旋和β-折叠构象，这种结构更加稳定并且具有一定的空间排列方式。
三级结构指的是蛋白质的整体折叠方式，它由多个二级结构单元组成。
而四级结构则是复合物中多个蛋白质之间的相互作用。
蛋白质的结构对其功能产生重要影响的一个方面是结构决定形状和功能。
蛋白质的结构决定了它的形状，而形状则限定了其功能。
例如，酶是一类蛋白质，它们通过与底物的特定结合来催化化学反应。
酶的活性部位通常是一个凹槽或凸起，这种特定的形状让酶与底物能够精确匹配，从而实现催化作用。
如果蛋白质的结构发生变化，形状也会改变，从而导致功能的丧失。
因此，蛋白质的结构必须保持稳定，以确保其功能正常发挥。
此外，蛋白质结构还通过空间排列影响其功能。
蛋白质通常具有一个或多个功能域，这些功能域在蛋白质结构中的特定位置起到不同的作用。
例如，信号序列通常位于蛋白质的N端，用于定位和目标化。
另外，某些结构域可以与其他蛋白质或分子结合，从而调控蛋白质的活性。
这种结构域的存在可以使蛋白质在特定条件下与其他分子进行特定的相互作用，从而调节其功能。
这些相互作用可以通过改变蛋白质的构象来影响其功能。
在研究蛋白质结构与功能之间的关系方面，科学家们取得了一些重要突破。
其中之一是通过X射线晶体衍射确定蛋白质的高分辨率结构。
通过X射线晶体衍射技术，科学家们可以绘制出蛋白质分子的三维图像，从而揭示其精细的结构。
这项技术被广泛用于蛋白质结构研究，并为深入了解蛋白质的功能提供了重要信息。
蛋白质世界中无序区结构与功能的关系研究
蛋白质世界中无序区结构与功能的关系研究随着科学技术的不断发展，人们对于蛋白质的研究也越来越深入。
在蛋白质领域，无序区结构已经成为人们关注的热点之一，因为它与许多生物过程的调控相关。
那么，无序区结构与功能之间到底有着怎样的关系，又有哪些方法可以用来研究这一问题呢？一、蛋白质的结构特点蛋白质是生命体内最基本的组成部分之一，它们广泛存在于生命体的各个方面，如酶、信号传递分子、肌肉组织、细胞膜等等。
蛋白质的功能与其所拥有的结构密切相关，不同的结构对应不同的功能。
蛋白质的结构通常包含三个层次：一级结构、二级结构和三级结构。
一级结构是指蛋白质分子中氨基酸残基的线性序列，二级结构是指多个氨基酸残基之间形成的局部结构，如α-螺旋和β-折叠等。
三级结构是指多个二级结构之间的整体折叠形态，形成蛋白质空间结构的核心。
在这三个层次之外，蛋白质还可能存在无序区结构。
无序区是指蛋白质中没有明显的二级和三级结构的区域。
这些无序区通常被认为是蛋白质中最柔软的部分，因为它们不会像规则结构那样牢固。
然而，这些部分也具有重要的生物学功能，例如在调控传输、信号传递和相互作用方面发挥重要作用。
二、无序区结构的研究方法在了解无序区结构与功能之间的关系之前，我们需要先了解无序区结构的研究方法，常用的方法有以下几种。
1.核磁共振（NMR）NMR可以用来解析蛋白质中含有无序区结构的区域。
NMR是一种非常强大的技术，现在已经成为了研究无序区结构与功能之间关系的主要方法之一。
通过对同一种蛋白质不同构象的NMR谱图进行比对，可以揭示出蛋白质中无序区结构的构象变化。
2.圆二色性光谱（CD）CD也是一种广泛应用的工具，可以用来研究蛋白质的结构和构象变化。
它可以测量蛋白质中α-螺旋和β-折叠等大多数规则结构的构象信息，但对于具有无序区的蛋白质，CD的受用程度就大打折扣。
3.荧光光谱荧光光谱在研究蛋白质结构的多个方面都有广泛的应用。
对于无序区结构研究来说，荧光光谱可以被用来测量蛋白质拓扑和驱动力变化，进而推断出蛋白质无序区结构的构象状态。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【别构】固有无序片段产生的熵力调节蛋白质功能
2018年11月，来自佐治亚大学的Zachary A. Wood教授和宾夕法尼亚大学的Stephen C. Harvey教授在Nature上发表了题为“The entropic force generated by intrinsically disordered segments tunes protein function”的文章，介绍了固有无序片段产生的熵力能够调节蛋白质的功能。
——简要介绍——
固有无序片段具有很多复杂的功能，比如配体结合和介导别构调节。
人类UDP-α-D-葡萄糖-6-脱氢酶（UGDH）的C端是由30个氨基酸组成的无序片段（ID-tail），移除这个片段通常对动力学参数没有明显的影响。
本研究发现，这个ID-tail在UGDH的别构机制中起着重要的作用。
UGDH催化UDP-α-d-glucose (UDP-Glc)到UDP-α-d-glucuronic acid的NAD+依赖性氧化，并受到别构抑制剂UDP-α-d-xylose (UDP-Xyl)的调节。
在没有配体结合时，UGDH形成了一个没有活性的六聚体（E*），UDP-Glc诱导Thr131-loop-α6别构开关缓慢异构化为活性状态（E）。
UDP-Xyl与UDP-Glc竞争活性位点，并诱导别构开关缓慢异构化为抑制状态（EΩ）（图1）。
图1. ID-tail对UGDH的别构抑制的作用
——ID-tail的结构约束——
通过改变ID-tail的组成和长度等来检查ID-tail的一级结构的重要性。
图2a表示的是对79个脊椎动物的UGDH的长度为30个残基的ID-tail进行比对，不同的颜色代表不同的残基类型，残基的高度代表相对的频率。
可以看到ID-tail在脊椎动物UGDH中高度保守。
接下来对ID-tail的序列进行了一定的修改。
R1和R2是对全长序列（FL）进行的随机排列，-Pro表示把序列中所有的脯氨酸替换成丝氨酸，-Lys 表示把所有的赖氨酸替换成丝氨酸，从而创建带负电的ID-tail，Ser表示把所有的氨基酸都用丝氨酸代替，下面几个分别表示改变原序列的长度，ΔID表示去掉ID-tail（图2b）。
从图2c可以看到在前面几种情况下UDP-Xyl的亲和力没有发生实质性的变化，只有去掉ID-tail时
发生了显著的变化，说明UDP-Xyl亲和力与ID-tail的序列组成无关。
图2d的结果表明，UDP-Xyl的亲和力取决于ID尾的长度。
图2. ID-tail的结构约束
图3a表示的是六聚体形成界面的体积排阻效应紧密地约束了ID-tail，图3b表示的是有约束和没有约束的条件下的模拟结果。
从图3d 的结果可知，ID-tail使UGDH不稳定了3.5度。
同时ID-tail改变了UGDH的动力学，使别构开关的动力学增加（图3e）。
图3. ID-tail的熵力改变了UGDH的结构
——小结——
固有无序羧基末端（ID-tail）产生的熵力将人类UGDH的构象集合转移到对别构抑制剂具有高亲和力的亚态。
ID-tail的功能不依赖于其序列或化学组成，而是与长度有关。
ID-tail的非折叠态纠正了UGDH的动力学和结构，使之更易与抑制剂结合。
该模型解释了演化选择无序片段调节蛋白质能量景观图及其稳定存在的原因。
参考文献：
Keul, N. D., et al. "The Entropic Force Generated byIntrinsically Disordered Segments Tunes Protein Function." Nature 563 7732 (2018): 584-88.
DOI: 10.1038/s41586-018-0699-5
作者：谢娟。