化学生物学小论文 (16)

1、化学生物学论文班级：2009级化学生物学班姓名：汤亚男学号：20091110652009级化学生物学班 姓名：汤亚男 学号：2009111065蛋白质的研究内究1.Primary Structure 肽键(二硫键、共价键)l 定义：在Pr分子中，从N端到C端氨基酸排列顺序。l 研究对象：多肽链。N-C氨基酸的排列顺序（氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构）l 决定因素：mRNA（DNA）基因信息2.Secondary Structure 氢键定义：在Pr分在中，某一段肽链的局部空间结构，也就是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。研究对象：多肽链（主链原子局部空间的

2、排列分布状态）-螺旋：3.6个aa残基（每个aa残基绕中心轴旋转100度）；螺距0.54nm；肽键平面相对的O、H形成氢键，保持螺距稳定，氢键与假象轴平行。头发中角蛋白。-折叠：多形成-片层，蚕丝蛋白，有同向和反向。-转角：脯aa形成，4个残基居多，氢键保持稳定。3.tertiary structure定义：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。研究对象：多肽链，全部原子=二级结构总和+侧链间作用力R之间的作用力：非共价键（疏水作用、氢键、离子键、分子间作用力）4.quaternary structure （氢键、离子键）定义：蛋白质分子中各个亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用。亚

3、基：具有四级结构的蛋白质中，每一条具有独立三级结构的多肽链。具有四级结构的蛋白质：血红蛋白、乳酸脱氢酶、大肠埃希菌RNA聚合酶5.蛋白质的理化性质l 具有两性电离性质l 具有胶体性质Pr直径1-100nm，为胶体范围内Pr是大分子生物，分子量都在10000以上，不能透过半透膜Pr是亲水胶体：水化膜+表面电荷分子量越大，扩散速度越慢l 空间结构破坏引起变性：溶解度降低；黏度增加，结晶能力消失；生物活性丧失，易被蛋白酶水解。凝固：强酸、强碱+加热l 双缩脲反应: 条件是存在肽键，反映的是蛋白质水解程度。(蛋白质和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色)茚三酮反应：蛋白质经水解产生

4、aa，才会发生此反应。6.蛋白质的分类据形状分为：纤维蛋白（长轴、横轴比值大，在10倍以上）；球状蛋白。据组成分为：单纯蛋白质，只含氨基酸（核糖核酸酶）；结合蛋白质，含辅基，可以是金属离子、糖类、核酸、细胞色素、磷酸（血红蛋白：肌红蛋白+血红素）7.试述蛋白质沉淀、变性和凝固的关系：变性的蛋白质易于沉淀，沉淀的蛋白质也易于变性，但变性的蛋白质不一定都沉淀（如蛋白质在强酸性或强碱性溶液中加热后变性，并不沉淀），沉淀的蛋白质也不一定发生变性（如盐析或等电点沉淀的蛋白8.质）。凝固一定发生变性，沉淀。凝固是深层次、不可逆的变性。什么是蛋白质变性？实质是什么？医学中有啥应用？在某些理化因素作用下，蛋白

5、质特定空间结构破坏，从而导致其理化性质改变和生物活性丧失，称为蛋白质变性。实质：次级键（非共价键）和二硫键破坏，一级结构不改变。医学应用：消毒、灭菌；保存蛋白质试剂、生物制品、菌苗、疫苗等；解救重金属中毒患者。9.蛋白质提纯分离的主要方法：透析和超滤法；丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀法；电泳法；层析法；超速离心法。10.肽键：一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基发生缩合反应脱水成肽时，羧基和氨基形成的酰胺键。具有部分双键性质；可被蛋白水解酶水解；是肽链中的主要共价键；是比较稳定的酰胺键；键长为0.132nm。11.肽：两个或两个以上氨基酸通过肽键共价连接形成的聚合物。12.肽单元：参与肽键的6个原子C

6、1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1、 C2在平面上所处的位置为反式构型，此同一平面上的6个原子构成肽单元。-碳原子可以自由转动。13.等电点（pI）：当溶液处于某一pH时，溶质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为溶质的等电点。 14.蛋白质溶液中加入一定量的硫酸铵会使蛋白质沉淀15双缩脲法测定Pr的依据是Pr氨基酸残基借肽键相连。16结构是模体。17质四级结构形成时亚基聚合。18质分子中氨基酸残基侧链的极性基团与蛋白质分子的构象、功能、性质有关。19羰基氧和亚氨基氢形成氢键。20素A链与B链交联是依靠二硫键。21花叶病毒蛋白质由完全相同的亚基组成的

7、四级结构。22纤维素膜电泳将血清蛋白分成5条带，从正极数起。它们的顺序是A、1、2、23=PI时：溶液导电性最小；溶解度最低；带静电荷为零；电泳迁移率最小；溶液稳定性降低，易于沉淀。24定蛋白质一级结构氨基酸残基排列顺序时，首先进行的是：测定已经纯化的蛋白质肽链氨基酸组成，并测氨基酸含量。25y水溶液不引起偏振光旋转。26状红细胞贫血，血红蛋白中链氨基末端的第6位谷氨酸（Glu）被缬氨酸（Ala）替代。27质的空间构象主要取决于：肽链氨基酸的排列顺序28定蛋白质相对分子质量的方法：超速离心法、SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（浓缩效应的决定因素：凝胶不连续性、缓冲液的离子成分不连续、电位梯度不连续、

8、pH不连续）29蛋白质沉淀但不变性的方法是：盐析、等电点。30病：蛋白质分子发生变异所导致的疾病。31脲反应：蛋白质和多肽分子中的肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色。32性质（胶体渗透压由蛋白质表面水化膜决定，PH=PI时，胶体渗透压不变）。蛋白质的结构A蛋白质的一级结构也称共价结构、主链结构。蛋白质测序的一般步骤（1） 测定蛋白质分子中多肽链的数目。（2） 拆分蛋白质分子中的多肽链。（3） 测定多肽链的氨基酸组成。（4） 断裂链内二硫键。（5） 分析多肽链的N末端和C末端。（6） 多肽链部分裂解成肽段。（7） 测定各个肽段的氨基酸顺序（8） 确定肽段在多肽链中的顺序。（9） 确定多

9、肽链中二硫键的位置。蛋白质测序的基本策略对于一个纯蛋白质，理想方法是从N端直接测至C端，但目前只能测60个N端氨基酸。直接法（测蛋白质的序列）两种以上特异性裂解法 N C A 法裂解 A1 A2 A3 A4 B 法裂解 B1 B2 B3 B4 用两种不同的裂解方法，产生两组切点不同的肽段，分离纯化每一个肽段，分离测定两个肽段的氨基酸序列，拼接成一条完整的肽链。间接法（测核酸序列推断氨基酸序列）核酸测序，一次可测600-800bp测序前的准备工作蛋白质的纯度鉴定纯度要求，97%以上，且均一，纯度鉴定方法。（两种以上才可靠）聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)要求一条带DNScl（二甲氨基萘磺酰氯）法测

10、N端氨基酸 测定分子量 用于估计氨基酸残基n=方法：凝胶过滤法、沉降系数法确定亚基种类及数目多亚基蛋白的亚基间有两种结合方式：非共价键结合8mol/L尿素，SDS SDS-PAGE测分子量 二硫键结合 过甲酸氧化： SS+HCOOOH SO3H 巯基乙醇还原：举例:： 血红蛋白 (22) （注意，人的血红蛋白和的N端相同。） 分子量： M 拆亚基： M1 、M2 两条带 拆二硫键： M1 、M2 两条带 分子量关系： M = 2M1 + 2M2测定氨基酸组成主要是酸水解，同时辅以碱水解。氨基酸分析仪自动进行。确定肽链中各种a.a出现的频率,便于选择裂解方法及试剂。Trp测定 对二甲基氨基苯甲醛

11、 590nm。 Cys 测定 5、5/一二硫代双（2硝基苯甲酸）DTNB ，412nm端基分析N端分析DNS-cl法：最常用，黄色荧光，灵敏度极高，DNS-多肽水解后的DNS-氨基酸不需要提取。DNFB法：Sanger试剂，DNP-多肽，酸水解，黄色DNP-氨基酸，有机溶剂（乙酸乙酯）抽提分离，纸层析、薄层层析、液相等PITC法：Edman法，逐步切下。无色PTH-氨基酸，有机溶剂抽提，层析。C端分析A肼解法H2N-A-B-C-D-COOH 无水肼NH2NH2 100 5-10h。 A-NHNH2 、 B-NHNH2 、 C-NHNH2 、 D-COOH氨基酸的酰肼，用苯甲醛沉淀，C端在上清中

12、，Gln、Asn、Cys、Arg不能用此法。B羧肽酶法（Pro不能测）羧肽酶A：除Pro、Arg、Lys外的所有C端a.a羧肽酶B：只水解Arg、Lys N H2N ValSerGly C图 P118 羧肽酶法测C末端肽链的部分裂解和肽段的分离纯化化学裂解法 溴化氰 MetX 产率85% 亚碘酰基苯甲酸 TrpX 产率70-100% NTCB（2-硝基-5-硫氰苯甲酸）XCys 羟胺NH2OH AsnGly 约150个氨基酸出现一次酶法裂解胰蛋白酶 Lys X (X Pro) Arg X胰凝乳蛋白酶 TyrX (X Pro) TrpX PheX胃蛋白酶 Phe(Trp、 Try、 Leu)Ph

13、e(Trp、 Try、 Leu)Glu蛋白酶 GluX（V8蛋白酶）Arg蛋白酶 ArgXLys蛋白酶 XLysPro蛋白酶 ProX肽段的分离纯化电泳法 根据分子量大小分离离子交换层析法（DEAECellulose、DEAESephadex） 根据肽段的电荷特性分离反相法 根据肽段的极性分离凝胶过滤肽段纯度鉴定分离得到的每一个肽段，需分别鉴定纯度，常用c l法要求：单带、单峰、端单一。肽段的序列测定及肽链的拼接Edman法一次水解一个端a.a（1）耦联 PITC HNA-B-C-D pH89 ，40 PTCA-B-C-D（2）裂解 PTCA-B-C-DTFA无水三氟乙酸 ATZA + H2N

14、B-C-D（3）转化 ATZA PTHA 用GC或HPLC测定PTH-APTC肽：苯氨基硫甲酰肽ATZ：噻唑啉酮苯胺（一氨基酸）PTH：苯乙内酰硫脲（一氨基酸） 耦联：得PTC肽 一次循环 裂解：ATZ- a.a 转化：PTH-a.a 反应产率 99 循环次数 120 (偶联、降 98% 60 解两步） 90% 40DNS-Edman法用DNS法测N末端，用Edman法提供（n-1）肽段。 肽 图有色Edman法荧光基团或有色试剂标记的PITC试剂。用自动序列分析仪测序仪器原理：Edman法，可测60肽。1967液相测序仪 自旋反应器，适于大肽段。1971固相测序仪 表面接有丙氨基的

15、微孔玻璃球，可耦连肽段的端。1981气相测序仪 用Polybrene反应器。 （聚阳离子）四级铵盐聚合物 液相：5nmol 20-40肽 97% 气相：5pmol 60 肽 98%肽段拼接成肽链16肽，端H 端 法裂解：ONS PS EOVE RLA HOWT 法裂解：SEO WTON VERL APS HO重叠法确定序列：HOWTONSEOVER LAPS二硫键、酰胺及其他修饰基团的确定二硫键的确定（双向电泳法）碘乙酰胺封闭-SH胃蛋白酶酶解蛋白质第一向电泳过甲酸氧化SS生成-SO3H第二向电泳分离出含二硫键的两条短肽，测序与拼接出的肽链比较，定出二硫键的位置。酰胺的确定Asp Asn、Gl

16、u-Gln酶解肽链，产生含单个Asx或Glx的肽，用电泳法确定是Asp还是Asn举例：Leu-Glx-Pro-Val肽在pH=6.0 时，电荷量是 Leu+ Pro0 Val-。肽除Glx外，净电荷为0，可根据此肽的电泳行为确定是Glu或是Gln。糖、脂、磷酸基位置的确定糖类通过Asn、Ser与蛋白质连接，-N-糖苷 -0-糖苷脂类：Ser、 Thr、Cys磷酸：Ser、 Thr、His经验性序列： Lys(Arg)-Ser-Asn-Ser(PO4)Arg-Thr-Leu-Ser(PO4)Lys(Arg) Ala-Ser(PO4)蛋白质的一级结构与生物功能蛋白质的一级结构决定高级结构和功能蛋白

17、质一级结构举例：（1） 牛胰岛素Sanger于1953年首次完成测序工作。分子量：5700 dalton51个a.a残基，A链21个残基，B链30个残基，A链内有一个二硫键 Cys 6Cys 11A.B链间有二个二硫键 A.Cys 7 B Cys 7 A.Cys 20B Cys 19（2）核糖核酸酶（RNase）分子量：12600 124个a.a残基 4个链内二硫键。牛胰RNase变性一复性实验：(8M尿素+硫基乙醇)变性、失活透析，透析后构象恢复，活性恢复95%以上，而二硫键正确复性的概率是1/105。（3）人血红蛋白和链及肌红蛋白的一级结构 。同源蛋白质一级结构的种属差异与生物进化同源蛋白

18、质：在不同的生物体内具有同一功能的蛋白质。如：血红蛋白在不同的脊椎动物中都具有输送氧气的功能，细胞色素在所有的生物中都是电子传递链的组分。同源蛋白质的特点：多肽链长度相同或相近同源蛋白质的氨基酸顺序中有许多位置的氨基酸对所有种属来说都是相同的，称不变残基，不变残基高度保守，是必需的。除不变残基以外，其它位置的氨基酸对不同的种属有很大变化，称可变残基，可变残基中，个别氨基酸的变化不影响蛋白质的功能。通过比较同源蛋白质的氨基酸序列的差异可以研究不同物种间的亲源关系和进化，亲源关系越远，同源蛋白的氨基酸顺序差异就越大。细胞色素C存在于线粒体膜内，在真核细胞的生物氧化过程中传递电子。分子量：12500

19、左右氨基酸残基：100个左右，单链。25种生物中，细胞色素C的不变残基35个。60种生物中，细胞色素C的不变残基27个。亲源关系越近的，其细胞色素C的差异越小。亲源关系越远的，其细胞色素C的差异越大。人与黑猩猩 0人与猴 1人与狗 10人与酵母 44胰岛素不同生物的胰岛素a.a序列中，有24个氨基酸残基位置始终不变，AB链上6个Cys 不变（重要性），其余18（24-6）个氨基酸多数为非极性侧链，对稳定蛋白质的空间结构起重要作用。其它氨基酸 对稳定蛋白质的空间结构作用不大，但对免疫反应起作用，猪与人接近，而狗则与人不同，因此可用猪的胰岛素治疗人的糖尿病。蛋白质一级结构的个体差异分子病分子病：基

20、因突变引起某个功能蛋白的某个（些）氨基酸残基发生了遗传性替代从而导致整个分子的三维结构发生改变，致使其功能部分或全部丧失。Linus Pauling首先发现镰刀形红细胞贫血现是由于血红蛋白发生了遗传突变引起的，成人的血红蛋白是由两条相同的a链和两条相同的b链组成a2b2，镰刀形红细胞中，血红蛋白b链第6位的aa线基由正常的Glu变成了疏水性的Val。因此，当血红蛋白没有携带O2时就由正常的球形变成了刚性的棍棒形，病人的红细胞变成镰刀形，容易发生溶血作用(血细胞溶解)导致病血，棍棒形的血红蛋白对O2的结合力比正常的低。以血红蛋白为例：22寡聚蛋白正常人血红蛋白，.N.Glu 6镰刀型贫血 .N.

21、Val 6生理条件下电荷：Va10 Glu-疏水 亲水人的血红蛋白分子的四条肽链中（574个氨基酸残基）只有两个Glu分子变化成Va1分子，就能发生镰刀状细胞贫血病。一级结构的部分切除与蛋白质的激活一些蛋白质、酶、多肽激素在刚合成时是以无活性的前体形式存在，只有切除部分多肽后才呈现生物活性，如血液凝固系统的血纤维蛋白原和凝血酶原，消化系统的蛋白酶原、激素前体等。血液凝固的机理 凝血因子（凝血酶原致活因子）凝血酶原 凝血酶 纤维蛋白原A 纤维蛋白凝胶凝血酶原糖蛋白，分子量66000，582个a.a残基，单链。在凝血酶原致活因子催化下，凝血酶原分子中的Arg274Thr275和Arg323Ile3

22、24断裂，释放出274个a.a，产生活性凝血酶。 A链49 a.a B链259 a.a（1）、 纤维蛋白原22r2肽：600个氨基酸，肽：461氨基酸，r肽：410个氨基酸在凝血酶作用下，从二条链和二条链的N端各断裂一个特定的肽键-ArgGly-，释放出二个纤维肽A（19个氨基酸）和二个纤维肽B（21个氨基酸），它们含有较多的酸性氨基酸残基。纤维肽A .B的结构A、B肽切除后，减少了蛋白质分子的负电荷，促进分子间聚集，形成网状结构。在凝血因子XIIIa（纤维蛋白稳定因子）催化下，纤维蛋白质单体间形成共价健（Gln-Lys结合），生成交联的纤维蛋白。胰岛素原的激活胰岛素在胰岛的细胞内质网的核糖体

23、上合成，称前胰岛素原，含信号肽。前胰岛素原在信号肽的引导下，进入内质网腔，进入后，信号肽被信号肽酶切除，生成胰岛素原，被运至高尔基体贮存。并在特异的肽酶作用下，切除C肽，得到活性胰岛素。多肽与蛋白质的人工合成在医药和研究方面意义重大1958年，北大生物系合成催产素8肽。1965年，中国科学院生化所、有机所、北大化学系人工合成牛胰岛素。1969年，美国Merrifield用自动化的固相多肽合成仪合成第一个酶牛胰RNase（124aa）。P139图3-46 多肽的固相合成C端 N端。挂接去保护中和缩合去保护中和缩合 蛋白质的二级结构和纤维状蛋白质二级结构是指多肽链中有规则重复的构象。肽链的构象多肽

24、链的共价主链上所有的-碳原子都参与形成单键，因此，从理论上讲，一个多肽主链能有无限多种构象。但是，目前已知，一个蛋白质的多肽链在生物体内只有一种或很少几种构象，且相当稳定，这种构象称天然构象，此时蛋白质具有生物活性，这一事实说明：天然蛋白质主链上的单键并不能自由旋转。肽链的二面角 多肽链上只有碳原子连接的两个键（CN1和C-C2）是单键，能自由旋转环绕CN键旋转的角度为环绕CC2键旋转的角度称多肽链的所有可能构象都能用和这两个构象角来描述，称二面角。当的旋转键C-N1两侧的N1-C1和C-C2呈顺式时，规定=0°。当的旋转键C-C2两侧的C-N1和C2-N2呈顺式时，规定=0

25、6;。从C向N1看，顺时针旋转C-N1键形成的角为正值，反之为负值。从C向C2看，顺时针旋转C- C2键形成的角为正值，反之为负值。多肽链折叠的空间限制和同时为0的构象实际不存在，因为两个相邻肽平面上的酰胺基H原子和羰基0原子的接触距离比其范德华半经之和小，空间位阻。因此二面角（、）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。C上的R基的大小与带电性影响和蛋白质中非键合原子间的最小接触距离。拉氏构象图：Ramachandran根据蛋白质中非键合原子间的最小接触距离，确定了哪些成对二面角（、）所规定的两个相邻肽单位的构象是允许的，哪些是不允许的，并且以为横坐标，以

26、为纵坐标，在坐标图上标出，该坐标图称拉氏构象图。实线封闭区域一般允许区，非键合原子间的距离大于一般允许距离，此区域内任何二面角确定的构象都是允许的，且构象稳定。虚线封闭区域是最大允许区，非键合原子间的距离介于最小允许距离和一般允许距离之间，立体化学允许，但构象不够稳定。虚线外区域是不允许区，该区域内任何二面角确定的肽链构象，都是不允许的，此构象中非键合原子间距离小于最小允许距离，斥力大，构象极不稳定。Gly的、角允许范围很大。总之，由于原子基因之间不利的空间相互作用，肽链构象的范围是很有限的，对非Gly 氨基酸残基一般允许区占全平面的7.7%，最大允许区占全平面20.3。二级结构的基本类型驱使

27、蛋白质折叠的主要动力：(1)暴露在溶剂中的疏水基团降低至最少程度。(2)要保持处于伸展状态的多肽链和周围水分子间形成的氢键相互作用的有利能量状态。螺旋（1）、 螺旋及其特征在螺旋中，多肽主链按右手或左手方向盘绕，形成右手螺旋或左手螺旋，相邻的螺圈之间形成链内氢键，构成螺旋的每个C都取相同的二面角、。典型的螺旋有如下特征： 二面角：= -57°, = - 48°，是一种右手螺旋 每圈螺旋：3.6个a.a残基， 高度：0.54nm 每个残基绕轴旋转100°，沿轴上升0.15nm 氨基酸残基侧链向外 相邻螺圈之间形成链内氢链，氢键的取向几乎与中心轴平行。 肽键上N-H氢

28、与它后面（N端）第四个残基上的C=0氧间形成氢键。这种类型的螺旋用3.613表示，3.6表示每圈螺旋包括3.6个残基，13表示氢键封闭的环包括13个原子。2.27螺旋（n=1）310 螺旋（n=2，= -49°, = - 26°）613螺旋（n=3）4.316螺旋（n=4）封闭环原子数3n+4（n=1、2、.） 2.27 310 3.613 4.316n=1 n=2 n=3 n=4 -螺旋 -螺旋（2）、 R侧链对螺旋的影响R侧链的大小和带电性决定了能否形成螺旋以及形成的螺旋的稳定性。 多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸 残基,(如Lys，或Asp，或Glu)，则由于静

29、电排斥，不能形成链内氢键，从而不能形成稳定的螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。而当这些残基分散存在时，不影响螺旋稳定。 Gly的角和角可取较大范围，在肽中连续存在时，使形成螺旋所需的二面角的机率很小，不易形成螺旋。丝心蛋白含50%Gly，不形成螺旋。 R基大（如Ile）不易形成螺旋 Pro、脯氨酸中止螺旋。 R基较小，且不带电荷的氨基酸利于螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成螺旋。（3）、 pH对螺旋的影响多聚L-Glu和多聚L-Lys（4）、 右手-螺旋与左手-螺旋右手螺旋比左手螺旋稳定。蛋白质中的螺旋几乎都是右手，但在嗜热菌蛋白酶中有很短的一段左手螺旋，由Asp-Asn-Gl

30、y-Gly（226-229）组成（+64°、+42°）。（5）、 -螺旋结构的旋光性由于-螺旋结构是一种不对称的分子结构，因而具有旋光性，原因：（1）碳原子的不对称性，（2） 构象本身的不对称性。天然螺旋能引起偏振光右旋，利用螺旋的旋光性，可测定蛋白质或多肽中螺旋的相对含量，也可用于研究影响螺旋与无规卷曲这两种构象之间互变的因素。-螺旋的比旋不等于构成其本身的氨基酸比旋的加和，而无规卷曲的肽链比旋则等于所有氨基酸比旋的加和。（6）、 -螺旋（包括其它二级结构）形成中的协同性一旦形成一圈-螺旋后，随后逐个残基的加入就会变的更加容易而迅速。-折叠两条或多条几乎完全伸展的多肽链（

31、或同一肽链的不同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的NH和C=0之间形成氢链，这样的多肽构象就是-折叠片。-折叠中所有的肽链都参于链间氢键的形成，氢键与肽链的长轴接近垂直。多肽主链呈锯齿状折叠构象，侧链R基交替地分布在片层平面的两侧。平行式：所有参与-折叠的肽链的N端在同一方向。反平行式：肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同平行式：=-119° =+113°反平行式：=-139° =+135°从能量上看，反平-折叠比平行的更稳定，前者的氢键NH-O几乎在一条直线上，此时氢键最强。在纤维状蛋白质中-折叠主要是反平行式，而在球状蛋白质中反平行和平行两种方式都存

32、在。在纤维状蛋白质的-折叠中，氢键主要是在肽链之间形式，而在球状蛋白质中，-折叠既可在不同肽链间形成，也可在同一肽链的不同部分间形成。-转角（-turn）-转角也称-回折（reverse turn）、-弯曲（-bend）、发夹结构（hair-pin structure）-转角是球状蛋白质分子中出现的180°回折，有人称之为发夹结构，由第一个a.a残基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。目前发现的转角多数在球状蛋白质分子表面，转角在球状蛋白质中含量十分丰富，占全部残基的1/4。转角的特征：由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成。主链骨架以180°返回折叠。第一个a.a残

33、基的C=O与第四个a.a残基的N-H生成氢键C1与C4之间距离小于0.7nm多数由亲水氨基酸残基组成。无规卷曲 没有规律的多肽链主链骨架构象。球状蛋白中含量较高，对外界理化因子敏感，与生物活性有关。-螺旋，-转角，-折叠在拉氏图上有固定位置，而无规卷曲的、二面角可存在于所有允许区域内。超二级结构由若干个相邻的二级结构单元（-螺旋、-折叠、-转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体。结构（复绕-螺旋）由两股或三股右手-螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋，重复距离140A。p153 图3-61 A存在于-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纤维蛋白原中。x结构两

34、段平行式的-链（或单股的-折叠）通过一段连接链（x结构）连接而形成的超二级结构。c x为无规卷曲p153 图3-61 B x为-螺旋，最常见的是，称Rossmann折叠，存在于苹果酸脱氢酶，乳酸脱氢酶中。p153 图3-61 C曲折（-meander）由三条（以上）相邻的反平行式的-折叠链通过紧凑的-转角连接而形成的超二级结构。回形拓扑结构（希腊钥匙）-折叠桶由多条-折叠股构成的-折叠层，卷成一个筒状结构，筒上折叠可以是平行的或反平行的，一般由5-15条-折叠股组成。超氧化物歧化酶的-折叠筒由8条-折叠股组成。筒中心由疏水氨基酸残基组成。-螺旋-转角-螺旋两个-螺旋通过一个转角连接在一起。噬菌

35、体的阻遏蛋白含此结构。在蛋白质与DNA的相互作用中，此种结构占有极为重要的地位。纤维状蛋白质纤维状蛋白质的氨基酸序列很有规律，它们形成比较单一的、有规律的二级结构，结果整个分子形成有规律的线形结构，呈现纤维状或细棒状，分子轴比（轴比：长轴/短轴）大于10，轴比小于10是的球状蛋白质。广泛分布于脊椎和无脊椎动物体内，占脊椎动物体内蛋白质总量的50%以上，起支架和保护作用。角蛋白源于外胚层细胞，包括皮肤及皮肤的衍生物（发、毛、鳞、羽、甲、蹄、角、爪、丝）可分为-角蛋白和角蛋白。（7）、 -角蛋白主要由-螺旋结构组成，三股右手-螺旋向左缠绕形成原纤维，原纤维排列成“9+2”的电缆式结构称微纤维，成百

36、根微纤维结合成大纤微结构稳定性由二硫键保证，-角蛋白在湿热条件下可伸展转变成-构象，烫发的化学机理Cys含量较高。a-角蛋白(a-Keratin)中有两种类型的多肽链：I型和II型。每一个I型多肽型和一个II型多肽链形成一个卷曲螺旋二聚体(Coiled coil dimmer)。一对卷曲螺旋反平行式地形成左手超螺旋结构称原纤维(Protofilament，4股右手a-螺旋)，原纤维的亚基间以氢键和二硫键相连。4个原纤维形成微纤维，成百根微纤维形成大纤维，每一个头发细胸，也将纤维(fiber)含有数个大纤维，一根头发就是由无数的死细胞相互间以角蛋白相连组成的。？10角蛋白含大量的Gly、Ala、

37、Ser，以-折叠结构为主。丝心蛋白取片层结构，即反平行式-折叠片以平行的方式堆积成多层结构。链间主要以氢键连接，层间主要靠范德华力维系。胶原蛋白弹性蛋白肌球蛋白、肌动蛋白和微管蛋白球状蛋白质的高级结构与功能前面讲了蛋白质结构的两个较低级的组织水平：一级结构和二级结构（包括超二级结构），本节讲述蛋白质（主要是球蛋白）的高级结构：结构域、三级结构、四级结构，及其与生物功能。蛋白质的一级结构决定高级结构蛋白质功能的复杂性和多样性是建立在结构多样性的基础上。多肽链的二级结构由R基的短程顺序决定，当一组在肽链上相邻的氨基酸残基具有适当的顺序时，能自发形成-螺旋和-折叠，并处于稳定状态。而多肽链的三级结构

38、由氨基酸的长程顺序决定，如产生特异转弯的氨基酸残基（Pro、Thr、Ser）的精确位置决定多肽链转弯形成的方向和角度。同源蛋白质的不变残基决定蛋白质的高级结构。RNase的变性、复性实验，证明蛋白质的三维构象归根结底是复杂生物大分子的“自我装配”。球状蛋白质的结构域、三级结构与功能结构域结构域(domain)，又称motif(模块)在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进一步卷曲折叠，组装成几个相对独立、近似球形的三维实体。结构域是球状蛋白的折叠单位，多肽链折叠的最后一步是结构域间的缔合。对于较小的蛋白质分子或亚基来说，结构域和三级结构往往是一个意思，就是说这些蛋白质是单结构域的。结构域一般有

39、氨基酸残基，结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。每个结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。例如，脱氢酶类的多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用的结构域，两者组合成脱氢酶的脱氢功能区。结构域间的裂缝，常是活性部位，也是反应物的出入口。一般情况下，酶的活性部位位于两个结构域的裂缝中。EF手：钙结合蛋白中，含有Helix-Loop-Lelix结构锌指：DNA结合蛋白中，2个His、2个Cys结合一个Zn亮氨酸拉链：DNA结合蛋白中，由亮氨酸倒链形成的拉链式结构，图5.19C三级结构：1三级

40、结构：整个多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上盘旋、折叠，形成的特定的整个空间结构。或者说，三级结构是多肽链中所有原子的空间排布。三级结构有以下特点： 许多在一级结权上相差很远的aa碱基在三级结构上相距很近。 球形蛋白的三级结构很密实，大部分的水分子从球形蛋白的核心中被排出，这使得极性基团间以及非极性基团间的相互用成为可能。 大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域，结构域是一种密实的结构体，典型情况下常常含有特定的功能(如结合离子和小分子)维持三级结构的作用力：（1）氢键大多数蛋白质采取的折叠策略是使主链肽基之间形成最大数目的分子内氢键（如-螺旋、-折叠），同时保持大部分能

41、成氢键的侧链处于蛋白质分子表面，与水相互作用。（2）范德华力（分子间及基团间作用力）包括三种弱的作用力：定向效应 极性基团间诱导效应 极性与非极性基团间分散效应 非极性基团间（3）疏水相互作用蛋白质中的疏水残基避开水分子而聚集在分子内部的趋向力。它在维持蛋白质的三级结构方面占有突出的地位。（4）离子键（盐键）是正电贺和负电荷之间的一种静电作用。生理pH下，Asp、Glu侧链解离成负离子，ys、Arg、His离解成正离子。多数情况下，这些基团分布在球状蛋白质分子的表面，与水分子形成排列有序的水化层。偶尔有少数带相反电荷的测链在分子的疏水内部形成盐键。（5）共价健，主要的是二硫键，在二硫键形成之前

42、，蛋白质分子已形成三级结构，二硫键不指导多肽链的折叠，三级结构形成后，二硫键可稳定此构象。主要存在于体外蛋白中，在细胞内，由于有高浓度的还原性物质，所以没有二硫键。6、静电相互作用最强的静电作用就是带相反电何的离子基因间的静电作用，又称盐桥。盐桥和较弱的静电相互作用(离子-偶级、偶级-偶级、范德华力)也是维持亚基间以及蛋白质与配体间的作用力。球状蛋白蛋在行使功能时，通常与小的配体或大分子(如核酸，其它蛋白质)精密结合。球状蛋白的表面通常有一个凹穴其结构与配体互补，当配体结合上去后，引起球状蛋白的构象变化，触发后续反应。肌红蛋白的三级结构与功能：肌红蛋白的三级结构肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋

43、白质，由一条多肽链和一个血红素辅基组成，分子量16.7Kd，含153个氨基酸。多肽主链由8段直的-螺旋组成，最长的-螺旋有23个氨基酸残基，最短的-螺旋有7个氨基酸残基。分子中几乎80%的氨基酸残基处在-螺旋区内。连接两个相邻-螺旋的是 松散肽段，由18个氨基酸组成。8段螺旋分别命名为A、B、CH。相邻的非螺旋区肽段为NA、AB、BCGH、HC。4个Pro残基各自处在一个拐弯处，Ser、Thr、Asn、Ile也处在拐弯处。肌红蛋白多肽链绕曲成球状分子，球体内充满非极性氨基酸残基：Val、Leu、Met、Phe等，亲水的基团几乎全部分布在球状分子的外表面。整个分子单结构域。辅基：血红素（铁卟啉）

44、，扁平状，结合在肌红蛋白表面的一个洞穴内。卟啉环中心的Fe2+有六个配位键，其中4个与平面卟啉分子的N结合，另外两个与卟啉平面垂直，1个与93位His(F8)的咪唑N结合，另一个处于开放状态，可结合O2。蛋白质为血红素提供一个疏水环境，避免Fe2+被氧化而失去氧合能力。CO与血红素结合能力比O2的大200倍，CO中毒原理肌红蛋白的氧合曲线肌红蛋白：Mb 氧合肌红蛋白：MbO2。 解离平衡常数： 氧浓度与氧分压成正比给定氧压下肌红蛋白氧饱和度 （4）式代入（3）式， K= （1-Y）PO2 Y以肌红蛋白的氧饱和度Y和氧分压PO2作图。 氧合曲线当Y=1时，所有肌红蛋白的氧合位置均被占据，即肌红蛋

45、白被氧饱和K=0Y=0.5时，肌红蛋白的一半被饱和，PO2=K，解离常数K称为P50，即肌红蛋白一半被饱和时的氧压。Hill曲线和Hill系数Y PO2 Log Y = Log PO2 Log K 1-Y K 1-YD蛋白质四级结构与功能形成四级结构的亚基间必需构象互补和电荷（或极性）互补。1.蛋白质的四级结构具有三级结构的亚单位，通过离子键、范德华力、氢键等聚集而成的特定构象寡聚蛋白由几条肽链组成。每一条肽键称为一个亚基（或单体）。亚基间的互补界面的是疏水性的。有些对称的寡聚蛋白是由两个或多个不对称的等同结构成分组成，这种等同的结构成分称为原体。如血红蛋白22就是由两个原体组成。维持四级结构

46、的作用有：氢键、疏水作用、静电作用、共价健共价键也维持四级结构： 免疫球蛋白的二硫键； 弹性蛋白中的锁链素(由4个Lys侧链形成的交联体desmosine)； Lysinonorleucine(赖氨硫正亮氨酸)，见于弹性蛋白和胶原蛋白。球状蛋白聚集成四级结构具有下列优势结构更复杂，以便行使更复杂的功能。通过协同作用，实现对酶活性的调节。把中间代谢途径中各种酶分子聚体在一起，提高催化效率。形成一定的几何形状，细菌鞭毛。适当降低溶液渗透压。寡聚蛋白与别构效应别构蛋白：多是寡聚蛋白，每个亚基除了有活性部位（结合抵牾）外，还有别构部位（结合调节物），有时活性部位和别构部位分属不同的亚基（活性亚基和调节

47、亚基），活性部位之间以及活性部位和调节部位之间通过蛋白质构象的变化而相互作用。别构效应：别构蛋白的别构部位与效应物的结合改变了蛋白质的构象，从而对活性部位的影响。同位效应（同种效应）：别构蛋白与一种配基的的结合对于和后续同种配基结合能力的影响，包括（正）协同效应和负协同效应。同位效应一般是指活性部位之间的效应，也可能指别构部位之间的效应。同位效应是别构效应的基础，别构效应可以看成是对同位效应的一种修饰异位效应（异种效应）：就是别构效应，别构部位与效应物的结合对活性部位的影响。协同效应：一种配基的结合促进后续配基的结合，S型结合曲线。负协同效应：一种配基的结合抑制促进后续配基的结合。正效应物：促

48、进活性部位与配基结合的别构效应物。负效应物：抑制活性部位与配基结合的别构效应物。血红蛋白的结构与功能血红蛋白的结构：成人： HbA 22 98% HbA2 22 2% 胎儿 HbF 22早期胚胎： 22：141a.a， 、：146a.a、间大量的盐键，2.3二磷酸甘油酸。血红蛋白分子接近于球体，4个亚基分别在四面体的四个角上，每个亚基上有一个血红素辅基。血红蛋白的、链的三级结构与肌红蛋白的很相似，但这三种多肽链的氨基酸顺序有较大不同，141个氨基酸残基中有20多个相同，似乎不同的a.a顺序也能形成非常相似的高级结构。 血红蛋白、链的氨基酸序列 亚基的三级结构血红蛋白的氧合曲线（与肌红蛋白比较）

49、血红蛋白由4个亚基组成，每个亚基都与肌红蛋白类似，含有一个血红素，都能结合一分子O2 ，四个亚基之间具有协同效应，第一个配基的结合能提高其它亚基对O2的亲和力。因此，它的氧合曲线是S型曲线协同效应可增加血红蛋白在肌肉中的卸氧量，使它能有效地输送氧气，。血红蛋白P50=26，n=2.8，Y= K+ PO2 n 肺泡氧压：Po2 =100 torr;毛细血管：Po2 =20torr;在肺泡中： Y=0.97 在毛细血管中 Y=0.25释放氧 Y=0.970.25=0.72若无协同效应，血红蛋白的氧合曲线与肌红蛋白的相同，当Po2从 10020时，Y不足0.1。波耳效应及其生理意义血红蛋白上有CO2

50、和DPG结合部位，因此，血红蛋白还能运输CO2 。波耳效应：增加CO2的浓度、降低pH能显著提高血红蛋白亚基间的协同效应，降低血红蛋白对O2的亲和力，促进O2的释放，反之，高浓度的O2也能促使血红蛋白释放H+ 和CO2 。 pH对血红蛋白氧合的影响DPG的别构效应血红蛋白是一个别构蛋白，DPG是它的效应物。DPG（二磷酸甘油酸）通过与它的两个亚基形成盐键稳定了血红蛋白的脱氧态的构象，因而降低脱氧血红蛋白的氧亲和力。DPG对血红蛋白氧合曲线的影响无DPG时，P50=1 torr， DPG=4.5mM时，P50=26 torrDPG进一步提高了血红蛋白的输氧效率。在肺部，PO2超过100torr，因此，即使没有DPG，血红蛋白也能被饱和，在组织中，PO2低，DPG能降低血红蛋白的氧亲和力，加大血红蛋白的卸氧量。（1）高山适应和肺气肿的生理补偿变化；DPG升高。（2）血库储血时加入肌苷可防止DPG的降解。协同效应、波耳效应、别构效应使血红蛋白的输氧能力达到最高效率免疫球蛋白的结构与功能免疫球蛋白是