第2章蛋白质结构与功能

第二章 蛋白质的结构与功能第一节 蛋白质的三维结构1.概述一级结构决定高级结构（高级结构决定其功能）三维结构的多样性（只有几种在生物条件下占优势）弱键是稳定蛋白质构象的主要作用力肽键是刚性的平面2、蛋白质的二级结构a-螺旋是一种常见的蛋白质二级结构（为什么 a-螺旋比其他的多种可能构象更容易形成呢？为什么组成蛋白质的氨基酸都是 L型结构？）氨基酸序列影响 a-螺旋的稳定性 （Glu,Lys,Aln,Ser,Thr,Pro,Ala是如何影响到 a-螺旋的稳定性？ 为什么说 N-端是一个带正电荷的氨基酸的话 a-螺旋就没那么稳定了？ C-端呢？）蛋白质的二级结构 -螺旋蛋白质的二级结构 -折叠使多肽链折叠形成片层结构为什么蚕丝和蜘蛛网的丝心蛋白中 Gly，Ala较多？蛋白质的二级结构 -转角在蛋白质中普遍存在（几乎占球蛋白的 1/3，位于球蛋白的表面， Gly,Pro常出现）常见的二级结构都有典型的键角和氨基酸成分（只有 Gly常被发现）蛋白质三级结构：1绝大部分球蛋白既含 -螺旋，也含 -折叠结构。2残基侧链所处位置由其极性决定： 非极性残基 Val、 Leu、 Ile、 Met、 Phe常位于蛋白质内部，形成疏水性内核； 带电荷极性残基 Arg、 His、 Lys、 Asp、 Glu常位于蛋白质分子表面； 不带电荷的极性基团 Ser、 Thr、 Asn、 Gly、 Tyr、 Trp常位于蛋白质分子表面（位于分子内部时与其他基团形成氢键）。3球蛋白核心的组装效率高为了避开水，蛋白质分子内部的非极性基团紧密排列，密度与某些有机分子的晶体相当，因此蛋白质分子内部更象晶体结构而不象油滴。4长的多肽链形成结构域200个以上残基的多肽链常盘绕、折叠成两个或更多的球状聚集体，称 domain。常与功能相联系。蛋白质的四级结构纤维蛋白适合于结构性功能：a-角蛋白： a-螺旋以二硫键交联，头发 /羽毛 /指甲 /角 /蹄丝心蛋白： -折叠结构，紧密排列，富含 Gly， Ala胶原蛋白：三股螺旋，拉伸强度高与钢丝但不能伸长，肌腱 /骨胶原 / 结缔组织（每条链形成左手螺旋，在形成右手超螺旋，含 35%Gly11%Ala21%Pro）球蛋白结构的多样性决定了其功能的多样性（酶，运输蛋白，调节蛋白，免疫蛋白等）多种球蛋白的分析揭示其共同的结构模式（超二级结构，结构域， a-a转角， - a- 环， - 桶）蛋白质四级结构有简单的二聚体，也有大的复合体（寡聚体，多聚体， TMV）- 蛋白质结构改变导致功能丧失 氨基酸序列决定蛋白质空间结构 多肽链的折叠是一个渐进的过程 某些蛋白质的折叠需要协助（分子伴侣，热激蛋白家族 Hsp70）蛋白质变性与折叠蛋白质的功能 与配体可逆性结合 -氧合蛋白（肌红蛋白，血红蛋白，协同作用） 镰刀形贫血症 分子病 蛋白质与配体间的互补作用 免疫系统和免疫球蛋白（巨 shu细胞， B-细胞， T-细胞，免疫应答，细胞识别，抗原抗体的结合紧密而特异） 肌球蛋白与肌动蛋白（肌球蛋白沿着肌动蛋白细丝滑动）蛋白质寻靶 新生蛋白质含有它们最终目的地的信号 附着在内质网的核糖体形成分泌蛋白和膜蛋白 信号序列是蛋白质在内质网膜转运的标志 -信号肽 信号识别颗粒 SRP检测信号序列并使核糖体附着在 ER膜上蛋白质分子的变构作用是学习过程的基本机制学习行为的神经机制，一直是脑科学的热门研究课题，近年脑分子生物学的研究有了新的突破：神经细胞膜上的一些特殊蛋白质大分子，通过其自身的变构作用就能完成学习的基本过程。细胞膜上的 酶蛋白、受体蛋白、离子通道蛋白 都具有变构特性，都可能成为学习过程的物质基础（如 腺苷酸环化酶、 S-100酸性蛋白质）。蛋白质工程 从 DNA入手，改变基因，定做新的蛋白质的技术。这一新技术综合运用蛋白质的三维结构、结构与功能的详细信息，重组 DNA 技术，用定位突变基因的方法直接修饰或人工合成基因，有目的地按照设计来改变蛋白质分子中任何一个氨基酸残基或结构区域，从而定向地改造蛋白质的性质，使其具有人们所希望的性能的新型蛋白质，或者创造自然界不存在的性质独特的蛋白质。（见下图）蛋白质工程的研究方法与策略 将某些蛋白质的部分功能进行分解和重组，获得单一或符合功能的新的蛋白质。如人鼠嵌合抗体。 在目的条件中，对随机诱变基因库进行定向的筛选和选择。如在高温和高 pH下，筛选出耐热和耐碱地枯草杆菌蛋白酶。 用蛋白质工程方法研究和阐明蛋白质 “结构与功能 ”的关系。 在对一个蛋白质的 “结构与功能 ”关系深入理解的基础上，通过严格的分子设计，把它定向改造成一个具有预期的新的特性的蛋白质。蛋白质工程的应用 改变蛋白质的生物活性 ：枯草杆菌蛋白酶的His64或 Ser221用 Ala取代时酶的催化效率只有1/2105，而酪氨酸 tRNA合成酶的 Thr51改为Pro51后，催化活性提高了 25倍。 改变蛋白质的稳定性 ：枯草杆菌蛋白酶易氧化失活，当以 Ala或 Ser替代 Met222后，可耐受 1M 的 H2O2的氧化。 Asn218