[發明專利]一種模塊化組裝肽鏈空間結構模型

有效

• 申請號: 202010179639.6
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111445768B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 彭亞會;李冀宏;惠洋;常志強;呂桂香;王大勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱醫科大學
• 主分類號: G09B23/26
• 分類號: G09B23/26
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 韓小雷

本發明提供了一種模塊化組裝肽鏈空間結構模型，所述模型包括多個第一基本模塊和多個第二基本模塊。本發明通過將肽平面制成平面結構，取代傳統球棍模型，并使亞氨基端和羰基端可拆分，并將相鄰肽平面的鏈接點Cα制成球狀模型作為連接的樞紐，并用套管連接取代球棍連接，可以直觀的展示出肽平面的各個原子、各相鄰化學鍵的關系，還可耐受反復旋轉不松動，構象始終穩定，且由于有平面結構并且把量角器加在單鍵上使肽平面兩個二面角可以直接測定或直觀獲取角度值。本發明為任課教師根據理論數據，建造現實模型，將教學簡單化、立體化、現實化、生動化，方便教師教學的同時提高學生學習興趣、加深難點知識的理解與掌握。

技術領域

本發明涉及一種模塊化組裝肽鏈空間結構模型，屬于教學及科研用具的技術領域。

背景技術

普遍存在于生物界中的蛋白質是生物體內最重要的生物大分子，是生命活動的基本物質基礎，并分別行使不同的生理功能。通過大量蛋白質的結構和功能相關性的研究，發現具有不同生物學功能的蛋白質含有不同的空間結構；體內蛋白質所具有的特定空間構象都與其發揮特殊的生理功能有著密切的關系。因此，研究蛋白質的結構對研究其功能至關重要。

蛋白質分子是由許多氨基酸通過肽鍵相連形成的生物大分子，在生物體生命活動中發揮重要的生物學功能。蛋白質的特定的空間結構是行使其功能的結構基礎，因此，研究蛋白質的結構對研究其功能至關重要。蛋白質的分子結構分為四個等級，即一級、二級、三級、四級結構，組成蛋白質的氨基酸的排列順序是蛋白質的一級結構，后三者統稱為蛋白質的高級結構或空間構象。蛋白質的基本組成結構單位是氨基酸。肽鍵是氨基酸連接的基本方式，由于酰胺氮和羧基氧之間的共振相互作用，肽鍵具有部分雙鍵性質，不能自由轉動，因此，參與肽鍵形成的六個原子Cα1、C、O、N、H、Cα2在一個平面內，稱為肽平面（或酰胺平面）。肽平面（酰胺平面）是蛋白質空間結構的基本結構單位。常規的球棍模型所示意單一的肽平面，均靠我們想象并非將其真正設計在同一平面實體物上，因此在教學上同學們難以真正理解與掌握，教師很難將這一重點內容講解透徹。而現有專利技術：一種模塊性組裝蛋白質結構模型（CN201510262260.0）公開了肽平面的球棍結構及用于組裝蛋白質空間結構的方法，其構成缺乏平面感，使肽平面涉及的難理解知識點，如φ角和ψ角更為抽象，缺乏直觀性。

肽平面（酰胺平面）是蛋白質空間結構的基本結構單位。蛋白質的二級結構是蛋白質主鏈骨架原子的相對空間位置，是蛋白質分子某一段肽段的局部空間結構，包括α螺旋、β折疊、β轉角和無規卷曲。α螺旋、β折疊是蛋白質二級結構最為常見的基本結構模型。

Pauling和Corey根據實驗數據提出α螺旋（α-helix）和β折疊（β-pleated sheet）是蛋白質二級結構的主要形式。在α螺旋（α-helix）結構中，多肽鏈主鏈圍繞中心軸螺旋式上升，根據肽鏈從氨基末端（N端）到羧基末端（C端）的方向，螺旋的走向屬于順時針的右手螺旋，其φ角為-47°，ψ角為-57°，氨基酸的側鏈R基團伸向螺旋的外側。每3.6各氨基酸殘基螺旋式上升一圈（即旋轉360°），螺距為0.54nm。α螺旋的每個肽鍵的N-H和第四個肽鍵的羰基氧形成氫鍵，氫鍵的方向和螺旋長軸基本平行。肽鏈中的所有肽鍵中的全部羰基氧都可以形成氫鍵，以穩固α螺旋結構。β折疊（β-pleated sheet）呈折紙狀，多肽鏈充分伸展，每個肽平面（肽單元）以Cα 為旋轉點，依次折疊呈鋸齒狀結構，氨基酸殘基側鏈交替位于鋸齒狀結構的上下方，一條肽鏈中的若干肽段的鋸齒狀結構可平行排列，分子內相距較遠的兩個肽段可以通過折疊而形成相同走向，也可通過回折而形成相反走向。

教師在講述蛋白質二級結構時，只靠課本圖形及簡單的二維圖形來幫助同學理解與掌握，因此同學們難以直觀理解。在現有的蛋白質結構功能教學、科研過程中，尚無一種能簡單、直觀展示肽鏈空間結構的基本模型。而現有專利技術：一種模塊性組裝蛋白質結構模型（CN201510262260.0）裝置難于實際擺設及模擬出真正的蛋白質空間結構。基于此，本發明根據組成蛋白質的氨基酸結構特點、肽平面特點及二級結構模型特點設計一種可以真正模擬肽平面，并可組裝成蛋白質二級結構，特別是α螺旋、β折疊α轉角的基本結構的模型，為蛋白質結構科學的教學與科研提供模型基礎。