生物化学与分子生物学知识点总汇-研究生考试必备

1、第一章蛋白质结构的基本组件1按侧链(R)基团的结构不同：脂肪族 gly ala val lue ile芳香族：Phe,Trp,Tyr 杂环族：His,Pro2按侧链(R)基团的极性性质不同：带正电荷(碱性氨基酸)带负电荷(酸性氨基酸)asp glu asn gln(1) 疏水氨基酸包括 Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro,Phe 和 Trp(8) 。 (2) 极性氨基酸包括 Gly,Ser, Thr, Asn, Gln, Cys 和 Tyr (7)。 (3) 荷电氨基酸包括 Asp, Glu, Arg , His 和 Lys(5)。4构型：原子在空间的相对分布或排列称为分

2、子的构型。当一种构型改变为另一种构型时必须有共价键的断裂和重新形成。这种异构体在化学上可以分离，但不能通过简单的单键旋转相互转换5构象：是组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空间排布。一种构象转变为另一种构象不要求有共价键的断裂和重新形成，在化学上难于区分和分离的6优势构象与旋转异构体任何除Gly以外的氨基酸侧链中的组成基团都可以绕着其间的C-C单键旋转，从而产生各种不同的构象。在化学上有一个一般的原则，对二个四面体配位的碳原子，“交错构象”是能量上最有利的排布，在这种构象中，一个碳原子的取代基正好处于另一个碳原子的二个取代基之间。侧链中的每一个这种C原子，都有三种交错构象，它们彼此以1

3、20漩转相关。7旋转异构体(rotamer )对已精确测定的蛋白质结构的分析显示，大多数氨基酸残基的侧链都有一种或少数几 种交错构象作为优势构象最经常出现在天然蛋白质中，称为旋转异构体( rotamer )。 8肽键：一个氨基酸的竣基与下一个氨基酸的氨基经缩合反应形成的共价连接称为肽键。【一种酰胺键，稳定性较高，局部双键的性质，其键长仅1.33? (1?=10-8 cm),比一般的 C-N单键(1.45?)短。因此肽键不能旋转，具有反式(tr a ns)和顺式(cis )二种构型：肽键的特点是氮原子上的孤对电子与谈基具有明显的共轲作用。组 成肽键的原子处于同一平面。】 9氨基酸残基 Amino

4、 acid residue :肽链中的氨基酸在形成肽链时彼此缩合失去一分子水，已不是原来完整的 氨基酸分子。10脯氨酸由于其特殊结构，由它的氨端形成的顺式肽键与反式肽键比较，能量降低为1:4。因此，脯氨酸反式肽键在天然蛋白质中很少出现，有人对已测定的部分高分辨率蛋白质结构作过分析，发现其出现频率仅0.05%,大多位于结构或活性重要部位。 11肽单位(peptide unit ):肽链中的酰胺基称为肽单位。肽单位不能旋转。 肽平面(peptide plane )组成肽单位的4个原子和2个相邻的Ca原子共处一个平面，称为肽平面。肽平面可 以旋转。有序连接的肽平面就是多肽链的主链。故从结构上看，肽平

5、面和侧链基团是蛋白质分子的基本建筑模块。12多肽链的构象*肽单位在多肽链中被Ca原子上的二个共价单键 Ca-C (C为璇基中的C原子)和N-Ca连接，由于肽单位是不能旋转的刚性平面基团，因此肽单位绕着这二个单键的旋转就是蛋白质分子主链的仅有自由度。*肽单位绕单键N-Ca旋转形成的位置用。角描述，绕单键 Ca-C形成的位置用力角描述。因此，一个蛋白 质分子的主链构象就可以用其所有组成氨基酸的一套(小，小)角度值来定量表征。*这一定量表述方法是基于立体化学中常用的 扭角(torsion angle )或双面角(dihedral angle )系统。(1)扭角(双面角)扭角的定义及量值规定如下：由

6、4个原子(或基团)组成的系统投影在与B C键正交的平面上，AB键投影与C D键投影之间的夹角称为扭角。这角度也可视为 A-B-C决定的平面与B-C-D决定的平面间的夹角，故也称为双面角。(2)多肽链的构象角 在多肽链中，绕共价单键N-C”形成的扭角称为。角，绕单键Ca-C形成的扭角称为 小角。 一个氨基酸残基i的特定构象可由一对(H, i)来规定，它们各包含的四原子体系如下：W (C i-1, Ni, Ca i, C i) W (Ni, C a i, C i, Ni+1)其中，第二、三位原子间的共价键就是旋转的中心键。【侧链的构象也可以用它的构象角(ci )来规定，它的中心旋转键是侧链中的共价

7、单键。所以，运用构象角可以将包括主链、 侧链在内的整个蛋白质分子的特定构象定量地表征出来】14拉氏构象图(Ramachandran)：印度学者 Ramachandran及其同事根据原子的范德华半径确定了非键合原子之 间的最小接触距离，并根据非键合原子之间的最小接触距离，确定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，并在 。(横坐标)对山(纵坐标)所作的。-少图中标出，此图称为拉氏构象图。 * *运用拉氏构象图进行研究发现，肽链的折叠具有相当大的局限性。*没有或基本没有空间障碍的多肽链的。,少值被限制在一有限的范围*拉氏构象图一直广泛用于鉴定实验测定的和计算机模型建造的

8、各种蛋白质结构的合 理性。*大量实验测定的蛋白质结构显示的结果与拉氏构象图所示的结果基本一致。*15a-螺旋shelix 在ot-螺旋中肽平面的键长和键角一定；肽键的原子排列呈反式构型；相邻的肽平面构成两面角；【1】基本结构参数：a在天然蛋白质结构中发现的主要是右手型“螺旋，在标准螺旋中，4,少角度值分别为-57和-47位于拉氏构象图第三象限的允许区中。b每圈螺旋由3.6个氨基酸残基构成，每个氨基酸沿螺旋轴的长度为0.15nm,故一圈螺旋的螺距为 0.54nm。c悝旋上第n个残基的C=0基与后面n+4残基的NH基形成氢键。 d沿主链计数，一个氢键闭合的环包含13个原子，故“螺旋也称为3.6 1

9、3螺旋。e在实际蛋白质结构中，“螺旋的长度可有很大不同，从 4.5个氨基酸到40多个氨基酸都有发现，平均长度大约是10个残基，相当于1.5nm长。f除了螺旋两端的少数 NH和CO未形成氢键外，螺旋中的所有C=0基和NH基都相互形成氢键，构成 a螺旋稳定的重要因素。这使得 a螺旋具有极性，并常常出现在蛋白质分子的表面。g螺旋的N, C, O原子与螺旋轴的距离分别为1.57, 1.61 , 1.76 ?,比它们的范氏半径仅大约0.1?,因此a螺旋中心没有空腔，具有原子密堆积结构，这是其稳定的一个重要因素【2】.螺旋偶极子*在a螺旋中，肽单位都沿着螺旋轴以同一方向排布，因此其间所有氢键都指向同一方向

10、。由于一个肽单位的 NH和CO基各自具有极性，使其产生偶极矩，这一肽单位偶极矩也沿螺旋轴排布。这样产生的总效应就是使一段a螺旋整体成为一个偶极子，在其氨端荷局部正电， 竣端荷局部负电。这一偶极矩的量级相当于在螺旋的每一端产生 0.5-0.7单位电荷，这些电荷有可能吸引荷电的配体。*事实上，当配体含有荷负电的磷酸基时，常常发现它与螺旋的 N端结合。但是，荷正电的配体很少发现它们与螺旋C端结合，这大概是因为除了偶极效应之外，结合尚需合适的立体化学因素。【3.】两亲性螺旋A在a螺旋中，氨基酸残基的侧链从螺旋骨架伸出，决定了螺旋的表面特性。B许多a螺旋的一侧主要分布着亲水(荷电、极性)残基，在另一侧主

11、要集中疏水残基，从而具有两亲性(amphipathicity )。C这种两亲性螺旋常以其疏水面彼此聚合，也易于与其它疏水表面聚合，并可设计与两性介质结合。D在蛋白质中，“螺旋大多沿分子表面分布，其一侧面向溶剂，另一侧面向疏水内核，螺旋的两亲性正好适应这种要求。疏 水残基与亲水残基按螺旋旋转周期规律地相间分布，是产生两亲性的基本原因【一段a螺旋是否具有两亲性，可用螺旋转轮(helic a l wheel )的方式来预测】4倾向于形成a螺旋的氨基酸*强烈倾向于形成a螺旋的氨基酸残基包括：Ala, Glu, Leu和Met;非常不利于“螺旋形成的残基有：Pro, Gly, Tyr和Ser。*其中Pr

12、o残基的侧链与主链 N原子形成共价键，使其丧失形成 氢键的能力，并对“螺旋构象产生空间障碍。因此，除螺旋的第一圈外，“螺旋中凡有Pro出现的地方就会发生弯折。*不能把所有出现弯折的情况均归因于Pro的出现3层(3 -sheet ) 3链(3 -strand ) * 3层的基本单位是3链，它在多肽链中具有近乎全伸展的构象，可 视为每圈具有2个氨基酸残基和每个残基有约0.35nm平移距离的特殊螺旋，位于拉氏构象图的第二象限中。【只有当一股3链与另一股3链间以主链氢键相联，组合在 3层时，它们才能稳定。所以，在蛋白质结构中出现 3链 都是以3层方式存在，它们一般包含5-10个氨基酸。】【1】平行和反

13、平行3层3链的组织方式与“螺旋有显著不同：“螺旋是由一条多肽链在序列上相近的连续区构 成的，3层则是由序列上离得很远的(分子内)或不相关的(分子间)不同多肽链区域组合而成的。在3层中，来自不同位置的3链彼此靠近，在链间组成 C=0与NH氢键，形成层状结构* 3链呈锯齿状：几条3链形成的3层 并非是完全平面的，而是以C”为支点上下折叠，相应的侧链的取向也随之上下交替。所以 3层在早期被称为3折叠层。*在平行3层(parallel 3 -sheet )中的所有3链都具有同一走向，即从氨端到竣端；在反平行 3层 (antiparallel 3 -sheet )中的相邻二条3链具有相反的走向，一条从氨

14、端到竣端，另一条则从竣端到氨端。反平行层更稳定* 3层可以由同一分子内同一肽链的不同区域或不同肽链的3链形成。*混合型3层：3链也可以组合成混合型3层，即一部分以平行方式排布，而另一部分以反平行方式排布，3层的组织有很强的对抗混合层形成的趋向【2】扭转层：在已知的蛋白质结构中，所有平行、反平行和混合型3层中的3链都是沿其前进方向不断扭转的肽链(twisted str and),从而使实际蛋白质结构中出现的3层都不是平直的层面，而是一种扭转层。【扭转3层也有左右手两种方式，但在已知结构中发现的仅有单一型式，称为右手扭转。】17环肽链(loop)相对刚性的“螺旋和3层组合构成蛋白质的完整三维结构时

15、，必须有环状肽链相连接 。【1】回折(reverse trun )结构的基本特征 是使其所连接的肽链发生180 口的急转弯。现在知道，球蛋白约三分之一残基是位于多肽链的急转弯区域中，它们使分子表面的肽链反向转折从而使蛋白质的球状结构得以形成。3-转折(3 -turn ) 最常见的回折结构是 3转折(3-turn ,中译也称3-转角)。3-转折是由4个氨基酸残基 (i到i+3)顺序连接的一段短肽链，它具有 180。弯折的特殊构象。标准的 3 -转折的第4个残基(i+3 ) NH与第一个残基（i）的C=O间有氢键形成，称为 4_J氢键。由于这一构象的柔性及蛋白质表面介质环境的复杂性，有 时3-转折

16、的 J1氢键不能形成，因此在 3-转折的实际辨识中，第 1个残基与第4个残基的C”间的适当距离 比有无氢键更为重要。【存在三种类型的标准 3-转折，称为I型，II型，III型；它们各自的对映体也存在， 称为I , II 和III 型。最常见的是I型3-转折，其在蛋白质中的出现频率比II型高2-3倍】丫-转折 由三个氨基酸残基构成的转折也有发现，称为 丫-转折（丫-turn ）3发夹 通过一段短的环链将二条相邻的3链连接在一起的结构，称为 3发夹或发夹（hairpins ）结构。3发夹经常出现在蛋白质结构中，常具有重要的功能性意义，如参与配体-受体结合位置以及酶活性中心的形成】。3凸起的基本结构

17、特征是， 在两个连续3型氢键之间的一个凸起区域，一股链上的二个残基对着另一股链上的一个残基。18疏水内核：随后大量蛋白质结构被阐明，显示出蛋白质结构具有一个共同的特征：分子内都有一个疏水内核，由紧密堆积的疏水侧链构成。将疏水侧链堆积进入分子内部，是蛋白质折叠的主要驱动力，是天然蛋白质稳定的基本结构因素。【1蛋白质分子内核中的疏水侧链是以高度协调的方式达到紧密的二级结构协调相嵌。2*对一些蛋白质疏水内核的堆积堆积的，它们的几何形貌必须达到空间互补，并与分子内部密度，估算所得到的平均值是0.75 ,表明尽管蛋白质的整体结构各不相同，但它们的疏水内核的堆积密度与大多数密堆积晶体一样高。*3疏水内核还

18、是推动以二级结构为基础的蛋白质分子骨架形成的重要因素。4由于疏水侧链的内埋，必然带动其主链也随之进入分子内部。5主链是高度极性的，它们每个肽单位都带有一个氢键给体NH和一个氢键受体 CO在内核的疏水环境中，这些极性基团必须通过彼此形成氢键来彼此中和。这是蛋白质二级结构（主要是“螺旋和3层）形成的驱动因素。19疏水作用*疏水内核的形成是以疏水相互作用为基础的。*所谓疏水作用（hydropho 3 ic inter action ）是指非极性基因在任何极性环境中强烈趋于彼此聚集的择优效应。*疏水作用在本质上是一种能量效应。疏水作用是一个从高能态趋于低能态的自动发生的过程。第二章蛋白质的结构.蛋白质

19、的一级结构的含义：组成蛋白质的多肽链数目.多肽链的氨基酸顺序，多肽链内或链间二硫键 的数目和位置。其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础.从蛋白质一级结构能得到的信息：预测蛋白质的二级及三级结构研究生物的进化关系（同宗比较）：比较不同生物体内同种蛋白质一级结构，建立蛋白质分子进化树，其与物种的进化树相似研究功能相似的蛋 白质的亲缘关系（ 同亲”比较）：建立家族 相似性大于30%的为同源蛋白质，为同一家族若相似性比较小，即不是同源蛋白质， 远源”比较：通过功能相距甚远的蛋白质之间进行序列比较，可以发现一些蛋白质的 新的模体或结构域，从而建立蛋白质的超级家族；并揭示一些蛋白质可

20、能具有的新功能。.蛋白质的二级（Secondary）结构是指多肽链的主链局部在空间的排列或规则的几何走向。【它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。二级结构是蛋白质复杂空间构象的基础，故又称为构象单元。】蛋白质二级结构的类型：规则的二级结构：主要有口-螺旋、P-层、部分规则的二级结构：3-转折、r-转折3发夹、3凸起蛋白质中的无规律卷曲：无规卷曲.影响a -螺旋结构形成的因素：侧链R-基团所带的电荷，如多聚赖氨酸，在中性和酸性条件下不能形成a -螺旋；R-基团的大小，太大影响a-螺旋的形成，如多聚异亮氨酸；脯氨酸和羟脯氨酸， 不能形成链内氢键，它只能出现在螺旋的第一圈中；甘氨酸由于没有侧

21、链的取代基团，所以它参与的肽键活动性更大，也影响了螺旋的稳定。. P层的特点：平行P层一般为大结构，少于 5个P链很少，通常疏水的侧链排列在折叠片平面的两侧。反平行P层可以少到只有两个 P链组成，通常所有的疏水的侧链都排列在折叠片的一侧。在纤维状蛋白质中主要是在不同肽链之间形成的反平行P层；而在球状蛋白质中反平行P层和平行P层都存在，其 P层既可在同一肽链间形成，也可在不同肽链间形成.二级结构的可变性：溶液pH改变侧链基团的电荷，影响二级结构的形成。温度：温度升高影响氢键的形成，影响蛋白质二级结构的形成；不同 溶剂的影响：如弹性蛋白酶，在水溶液中有 7%的a螺旋，但在十二 烷基磺酸钠存在时，a

22、螺旋约为35%。在极端的条件 下，完全转变为无规卷曲形式。.两可肽：蛋白质中可以形成两种不同二级结构形式（主要为a螺旋、3层）的肽段，叫两可肽。.超二级结构：指相邻的二级结构元件相互聚集，形成有规律的二级结构的聚集体，也称为基序（motif）。3主要有a a , 3 a 31两段平行的3链和作为连接链的a螺旋组成常见为 Rossman折叠】和3 3三大种类型.Rossman折叠：M. Rossman等人研究中发现，蛋白质的多肽链在三维折叠中往往形成有规律的二级结构 的聚集体。在球状蛋白质中，更常见的是两个3a3聚集体连在一起，形成 3 “ 3 ” 3结构，称为Rossman折叠。超二级结构特征

23、描述：.序列模式：是指蛋白质一段肽链上每一残基构象和其氨基酸序列的关系，描述的是蛋白质空间结构与氨基酸序列的关系。【每一类型的超二级结构都有确定的序列模式】应用 ：可从蛋白质一级结构中预测哪一段肽 链含有哪种类型的基序 疏水性分析：超二级结构中各残基对溶剂的相对亲水和疏水性的性质，是超二级结构的一个重要结构特征。超二级结构中氢键模式的分析主要研究连接肽之间的氢键的形成情况应用：根据研究结果可以建立模型，进行结构预测等.结构域：多肽链在二级结构或超二级结构的基础上，形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体。包括反平行 a螺旋结构域（全a -结构）；平行或混合型3折叠片结构域（口，3结

24、构）；反平行3折叠片结构域（全 3 -结构）和富含金属或二硫键结构域四种类型功能域：蛋白质分子中能独立存在的功能单位。【功能域可以是一个结构域，也可以是多个结构域组成。前者如肌红蛋白；后者如酵母的己糖激酶，其功能域为两个结构域组成，在两者之间组成活性部位。】结构域与三级结构或蛋白质的关系*对于较小的球状蛋白质和亚基，因只有一个结构域，故结构域和三级结构是一个意思。*对于较大的球状蛋白质，因含有多个结构域，三级结构是多个结构域组成的。*对于含有多个结构域的分子或亚基，多数分子外形偏长，结构域之间有一个裂沟或密度较小的区域，如己糖激酶.蛋白质的三级结构（Tertiary Structure）是指由

25、二级结构的元件构建成的总三维构象。包括一级结构中相距远的肽段之间的几何相互关系和侧链在三维空间中彼此间的相互关系。维系力主要是非共价键，其中尤其是疏水相 TOC o 1-5 h z 互作用在蛋白质三级结构中起着重要作用。此外，某些蛋白质在三级结构中还有二硫键的参与。.蛋白质的四级结构（Quaternary Structure）:由数条具有三级结构的多肽链（亚基）彼此之间相互连接而成的 聚合体结构，就是蛋白质的四级结构。四级结构往往是对称的。四级缔合在结构和功能上的优越性：增强结构稳定性提高遗传经济性和效率使催化基团汇集在一起具有协同效应和别构效应四级结构的驱动力主要为疏水相互作用。.作为蛋白质

26、四级结构组分的多肽链，通常称为亚基（Subunit ）亚基特点：1）亚基借疏水键、氢键、盐键或二硫键缔合。2）亚基单独存在时无生物学活性。3）组成寡聚蛋白的亚基可相同也可不同。.亚基相互作用的方式：亚基缔合的专一性由相互作用的表面上的极性基团之间的氢键和离子键提供。驱动力仍然是疏水相互作用。亚基或原体的缔合有相同亚基或原体和不同亚基或原体之间的缔合相同亚基或原体缔合又分为同种缔合和异种缔合：同种缔合 较简单：相互作用的表面相同，多为闭合的二聚体，异种缔合 复杂：相互作用的表面不相同，多为一种开放末端结构，其可以无限聚合，形成线形和螺旋 形大聚集体；也有闭合环状的结构。不相同亚基或原体缔合复杂：

27、15单体蛋白：仅由一个亚基组成的蛋白质 。由多个亚基聚集而成的蛋白质常常称为寡聚蛋白。.原体：对称的寡聚蛋白分子可视为由两个或多个不对称的相同结构成分组成，这种相同结构成分称为原体。第二节蛋白质折叠蛋白质从伸展的多肽链形成其特定的立体结构的过程叫折叠（folding）维持其特定的立体结构的作用力主要为：氢键、疏水作用、范德华力、离子键和配位键.蛋白质的变性：某些物理或化学因素， 能够破坏蛋白质的天然钩象状态，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。 这种现象称为蛋白质的变性 （denaturation） o变性的标志是失去生物活性；变性的实质是共价键不变，次级键破坏。变性因素：化学因素：强

28、酸和强碱，尿素，月瓜 物理因素：紫外线，加热，剧烈振荡，超声波，X-射线 变性蛋白的特性：溶解度降低，结晶能力丧失，易被消化，等电点有所提高等 应用： 做豆腐，重金属盐的急救；制备酶制剂时防止变性变性与沉淀的关系： 变性蛋白质通常都是固体状态物质，不溶于水和其它溶剂，所以，蛋白质的变性通常都 伴随着不可逆沉淀。蛋白质的一级结构决定其高级结构。换言之，蛋白质的三维立体结构完全取决于其氨基酸的序列。蛋白质的天然立体结构一般是自由能最低的状态二硫桥对肽链的正确折叠并不是必要的，但它可以稳定蛋白质的折叠肽结构。大多数蛋白质在空间结构时无二硫键的原因：多数蛋白质在细胞内相对缺氧的环境中，此环境条件下疏基

29、倾 向于还原态，只有分泌蛋白质才可能处于氧含量较高的条件，故分泌蛋白质中二硫键较多。蛋白质的三维结构是多肽链上各个单键旋转自由度受到各种限制的结果。方 法获得的信息x _身寸线晶标而南二泰7H国白质至不同邰位的rtl-F镌电印进而分桥核磁疾振ZMRJ苴白质在溶融中的三维结构国于女投标i己和ZMK在个别部位形成与溶利隔阈的，永久性的氢融摩于交舱筋记和电嗑善旗心（KS1N4S） 侧定折科幽臼介子的出激.杏中何枷 满紫?卜阈二色性一二级结构的膨应但馥触喻叛忖更所处的无垃 水与方伟族案.端百叁的印，阴_近蒙夕卜二色性-三级结构中，并香族钮基或挨批的不称动性蛋白质折叠的动力学*蛋白质折叠不是通过随机搜索

30、找到自由能最底的构象，而是一种累积选择， 就是每此搜索把正确折叠的那部分结构保留下来，因此，蛋白质折叠实质上是保留局部正确折叠的中间体。*研究折叠中间体的方法：如快速动力学法（停留法、温度跃迁法），脉冲标记NMR ,脉冲H-D交换等*蛋白质折叠经过熔球态的中间体阶段，熔球态是只具有二级结构，但无三级结构的一种状态，熔球态形成的驱动力主要是疏水相互作用。球状蛋白质折叠的步骤：由完整的伸展态快速、可逆地形成局部二级结构，此为成核过程；通过折叠核 的协同聚集形成初始的结构域由这些结构域装配成熔球态对结构域的构象进行调整形成完整三级结构 的蛋白质单体或天然蛋白质.体内蛋白质折叠有异构酶和伴侣蛋白参加；

31、异构酶有两种：二硫键异构酶：能快速催化二硫键的重组，导致快速形成正确的二硫键；肽基脯氨酸异构酶：催化脯氨酸的氨基参与形成的肽键由反式转变为顺式；.分子伴侣：是通过抑制新生肽链的不恰当聚集并排除与其他蛋白质不合理的结合，协助蛋白质正确折叠的蛋白质。包括与核糖体结合的分子伴侣有触发因子（TF）,新生链结合物（NAC）和不与核糖体结合的分子伴侣：热激蛋白70 （hsp70）家族 热激蛋白40 （hsp40）家族 Hsp70的辅助分子GrpE热激蛋白60 （hsp60） 家族其功能有：封闭折叠蛋白的暴露的疏水区段创建一个隔离的环境，蛋白质可互不干扰地在此折叠 促进折叠和去聚合遇到应激时，使已经折叠的蛋

32、白质去折叠第三章 蛋白质的结构与功能肌红蛋白的组成：它由一条多肽链和一个辅基血红素组成。除去血红素的脱辅基肌红蛋白称为珠蛋白。其由153个氨基酸残基组成。血红素的两种存在形式 ：亚铁Fe2+（亚铁）血红素（亚铁）肌红蛋白高铁Fe3+高铁血红素一一高铁肌红蛋白。只有亚铁肌红蛋白才能与氧结合。O2与肌红蛋白的结合：O2与肌红蛋白中的铁以配位键结合，Fe-O键与吓咻环平面呈 60度角。肌蛋白中，血红素Fe原子的第六配价键可以与不同的分子结合：无氧存在时，与水结合，生成去氧肌红蛋白；有氧存在时，能够与氧结合形成氧合肌红蛋白。血红蛋白的主要功能：在血液中结合并转运氧气血红蛋白组成：4个多肽亚基，两个是

33、口亚基（141AA）,两个是P亚基（146AA）；4个血红素基，每个亚基结合一个 ；每个a亚基和P亚基 在三级结构上与肌红蛋白（153AA）极为相似。 血红蛋白中，血红素 Fe原子的第六配价键 可以与不同的分子结合：有氧存在时，能够与氧结合形成氧合血红蛋 白（HbO2）。无氧存在时，与水结合，生成去氧血红蛋白（Hb）;变构现象：许多蛋白质在表现其功能时，构象会发生一定的改变，这种现象，叫变构现象。如血红蛋白。去氧血红蛋白中亚基间盐键：8个盐键有6个处于不同亚基间。6个中4个涉及C-末端或N-末端残基：a链两个和P链两个。另两个连接两 口链的Asp126和Arg141残基。此外，每条 P链白As

34、pFG1和HisHC3间有盐键 Bohr效应：pH对血红蛋白的亲和力的影响称为Bohr效应。H+、CO2促进氧的释放Bohr效应的生理意义：当血液流经组织特别是流经代谢迅速的肌肉时，由于这里的pH较低，CO2浓度较高，因此有利于血红蛋白释放氧，使组织能比单纯的p（O2）降低获得更多的氧，而氧的释放又促进血红蛋白与H+和CO2的结合，起着缓冲血液的作用。而血液流经肺部时，情况正好相反。H锂进氧的释放的原因：H+W ”链的N-末端的游离的氨基及 3链的C-末端的His的咪咏基结合，使这些基团质子化，利于盐键的形成，因而有利于血红蛋白T态的形成，促进氧的释放。CO2与血红蛋白结合： 在R态时，各亚基

35、的 N-端的a氨基都是防|离的，CO2可以与4个亚基N末端的a氨基结 合，释放的质子可贡献于 Bohr,形成的氨基甲酸还可形成额外的盐键，有助于稳定T态，促进氧的释放。BPG降低Hb对氧的亲和力BPG的结合部位：四个亚基缔合形成的中央空穴。带负电荷的BPG与3 链的带正电荷的侧链基团结合，将两个3链通过离子键交链在一起。BPG与两个3链之间的这些离子键有助于稳定血红蛋白T态的构象，促进氧的释放。脱BPG的血红蛋白对氧的亲和力很大。分子病：由于基因突变导致蛋白质一级结构改变而产生的遗传病。如镰刀性贫血病。SH2结构域结构：大约有100氨基酸残基组成，结构相当保守；讫今研究过的SH2结构域都有一个

36、大的反平行的3片层中心，两侧a-螺旋及一些后续结构。SH2结构域：90年代初，人们发现在与磷酸化受体酪氨酸激酶结合的信号转导蛋白中大部分含有 SH2结构域。进 一步研究发现，分离的 SH2结构域本身也能与磷酸化的受体酪氨酸结合，且这种结合是有特异性的，不同SH2结构域与不同的含有 磷酸化酪氨酸（pTyr）残基的区域结合，对丝/苏氨酸残基几乎没有亲和力 。可将含SH2的蛋白粗分为两类：一类为具有酶活性且酶活性对下游的信号转导是必不可少的；二类为无酶活性的信号转导蛋白。SH2结构域的配基可归为二类I类配基序列为酪氨酸-亲水-亲水-疏水；II类为酪氨酸-疏水-X-疏水。SH2的功能膜定位功能：接近底

37、物酪氨酸磷酸化激活：信号传递变构激活：活性增加含SH2结构域的蛋白质功能 参与了磷脂代谢、氨基酸磷酸化和去磷酸化、GTP酶激活、基因表达、蛋白质迁移和细胞骨架构建等目前已知的几个 SH3结构域在形成的三维空间结构上有较大的外观差异，但是它们的基本骨架结构（拓扑结构） 是很相似的，基本折叠包括两个垂直的3片层，其中由一些保守氨基酸经折叠构成的疏水区域成为结合配基的“口袋”。SH3配基的共同特点 是结合位点内为一些富含脯氨酸的残基（共约 10个氨基酸），核心部分为PXXP（X为除半胱 氨酸之外的任一氨基酸）。PH结构域在信号转导中不仅介导蛋白与蛋白之间的作用，而且介导蛋白与脂质之间的结合 以帮助蛋

38、白在质膜的定位，含有PH结构域的蛋白既在信号转导中起作用也在细胞骨架形成中起作用PH配基磷酸肌醇类为第一类配基，PKC为第二类配基，G蛋白的3 r亚基为第三类配基第四章糖蛋白.糖复合物（glycoconjugate）:单糖、寡糖或多糖链在酶的催化下与蛋白质或脂类等非糖物质的特定部位共价结合形成的化合物，叫糖复合物。糖复合物种类：糖蛋白、蛋白聚糖、脂多糖、糖脂等。.糖基化作用（glycosylation） :单糖、寡糖或多糖链在酶的催化下与蛋白质或脂类等非糖物质的特定部位共 价结合形成糖复合物的过程，叫糖基化作用.糖蛋白（Glycoproteins ）的概念：自然界中分布最广的一类糖复合物，几乎

39、所有的细胞都能合成糖蛋白，由 短链寡糖与蛋白质共价相连而成。N-糖肽键：糖的半缩醛羟基与肽链上的Asn的酰胺基团上的氨基形成N-糖肽键。核心五糖区：变化少 .N-糖链的外围链：在核心五糖区以外的非还原端，发生多种变化根据N-糖链的外围链的不同，N-糖链又分为三类：复杂型：根据连接的糖链的分支数又分为五类高甘露糖型杂合型N-糖链糖基化位点与肽链氨基酸序列与N-糖链相连的肽链氨基酸序列特征为：Asn-X-Ser或Asn-X-Thr（X残基是Pro外的氨基酸）上述序列只是一个潜在的N-糖基化位点，是否糖基化还要看肽链的空间结构，一般上述序列多处于3 -转角处时（在蛋白质分子表面），才可以糖基化序列中

40、的X为极性氨基酸残基时，糖链常为复杂型N-糖链；如X为非极性氨基酸残基时，糖链常为高甘露糖型N糖链.O-糖肽键：糖链上的半缩醛羟基与肽链上的Thr, Ser, HyPro, HyLys 的羟基形成 O-糖肽键；O-糖链糖基化位点与肽链氨基酸序列特征结构序列不清；糖基化位点多在蛋白质分子表面；位点附近常出现Pro ; Ser/Thr比较集中存在O-GlcNAc糖基化蛋白该类蛋白有三个显著特点：糖基化位点上只连接 1个GlcNAc糖基 糖基化处于一种动态平衡中仅存于细胞核和细胞质内与O-GalNAc连接糖链相连的氨基酸序列有；-T-X-X-X-, 其中有1个X为Thr ;-X-P-X-X-X-，其

41、中有1个X为Thr;-X-X-T-X 其中有1个X为碱性氨基酸；-S-X-X-X-,其中有1个X为Ser 。糖链的微观不均一性 （糖型）（glycoform）:生物体内出现的具有相同肽链和不同糖链结构的同种糖蛋白的现象。 糖链的微观不均一性（糖型）可表现为多种形式：在同一糖基化位点连接不同糖链；有的糖基化位点是非保守的位点；有多个糖基化位点，但不是每一个糖基化位点都在任何情况下都被糖基化 糖链合成的基本特点：糖基供体：合成糖链的单糖的活化形式有两种。磷酸长菇醇形式：长菇醇（dolichol,Dol）是聚异戊二烯的衍生物，一侧的羟基通过磷酸基与糖基相连，核甘酸形式：如GDP-Man,UDP-Gl

42、cNAc糖基接受体：Asn侧链的酰胺基；Ser/Thr的羟基；鞘氨醇或脂酰甘油的羟基 糖基转移酶：是糖链合成的中心环节，其对糖基供体和受体都有高度的专一性；一条糖链的合成需要一组糖基转移酶按一定次序先后发挥作用来完成；不同种属的生物，同一生物的不同组织，同一组织或细胞的不同发育阶段，不同的生理和病理状态下其糖基转移酶的表达差异很大，因而导致糖型的出现。 如运铁蛋白，正常人糖链中90%以上是二天线 N-糖链，而肝癌病人二天线 N-糖链比例明显下降， 三天线糖链和核心岩藻糖链比例明显增加。一个基因对应一个糖昔键 N糖链白合成N-糖链的合成与肽链的合成同时进行，合成部位是粗面内质网和高尔基体；N-糖

43、链的合成的抑制剂是衣霉素N-糖链的生物合成步骤合成以酯键相连的寡糖前体（G-寡糖）将前体转移到正在增长着的肽链上除去前体的某些糖单位在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子 长醇焦磷酸寡糖的合成：首先细胞内合成长醇（又叫多菇醇），长醇是由异戊二烯单元组成，其与 CTP反应，并以磷酸长醇的形式整合到内质网膜上（13）。两分子的GlcNAc结合到磷酸长醇上（1）。5分子的Man甘露糖结合上（2）。寡糖链翻转到内质网内腔（3）。甘露糖与另一分子磷酸长醇结合（4）,并翻转到内质网内腔（5）。4个甘露糖继续结合到寡糖链上（6）。葡萄糖与另一分子磷酸长醇结合（7）,并翻转到内质网内腔（8）。3个葡萄糖继续结合

44、到寡糖链上（9）。长醇焦磷酸上的寡糖链转移到天冬酰胺上。（10）糖蛋白在内质网和高尔基体中，在糖基转移酶和糖甘水解酶的共同作用下，加工为成熟的糖蛋白。O糖链白合成 O-糖链的合成在肽链合成之后合成；O-糖链结构简单，但缺乏明显的规律性，其中 O-GalNAc糖链研究多，场所因细胞和组织而异无共同的前体，在肽链的特定位点糖基按次序逐个连接形成；合成的调节复杂。O-GalNAc糖链的合成：溶酶体酶的糖基化 粗面内质网上合成并进行 N-糖链的糖基化修饰；顺式高尔基体中进行甘露糖的磷酸化，形成 Man-6-P ,被反式高尔基体中的 Man-6-P受体识别，使其与其它酶分开，并得以浓缩；以出芽的方式转运

45、到溶酶 体。糖链的降解 糖。蛋白中的糖链在溶酶体中进行降解。一般由不同的糖甘水解酶从非还原端逐个将糖基水解下来。糖肽键则由专一的糖甘水解酶水解。O-糖链的水解：一般情况是糖链和肽链的降解同时进行，但当糖链含唾液酸多时，糖链则先水解。G-寡糖（G-oligosaccharide）:在合成N-糖链时，首先在粗面内质网中合成多菇醇焦磷酸十四糖这一共同前体，这个共同前体叫 G-寡糖。伴翻译（co-translation）:N-糖链合成是和蛋白质肽链的合成同时进行，所以被称为伴翻译。糖链的生物学功能参与新生肽链的折叠和缔合，如N-糖链前体G寡糖中Glc与肽链的折叠密切相关；参与糖蛋白的转运（分拣和分泌）

46、：如溶酶体酶如果缺乏 Man-6-P不能转运到溶酶体。保护糖蛋白：如血浆老蛋白的清除。某些糖链是维持糖蛋白活性所必需；如用衣霉素处理溶酶体 3 -葡萄糖甘酶，不表现催化活性；参与细胞（分子）间的相互作用：受体-配体结合、精卵识别和结合、细胞粘着、病原体侵袭等。分子识别（molecular recognition）:指生物分子的选择性相互作用，例如抗原与抗体之间、酶与底物或抑制剂之间、激素与受体之间的专一性结合。细胞识别（cellular recognition） :是细胞表面分子的相互识别。受体（receptor）:指位于细胞膜上、细胞质或细胞核中能与来自胞外的生物活性分子（信号分子）专一结合

47、并将其带来的信息传递给效应器（离子通道、酶） ，从而引起相应生物学效应的生物大分子。配体（ligand）:被受体识别并结合的生物活性分子称为配体。细胞粘着（cell adhesion）:多细胞生物中细胞有相互识别而聚集成细胞群的能力。细胞粘着的原因：在细胞之间充满着糖蛋白（胶原蛋白、纤连蛋白、层连蛋白） 、蛋白聚糖、透明质酸等组成的胞外基质，它们形成一个连续的立体网络结构，细胞就交织或浸泡在其中，细胞与细胞、细胞与胞外基质之间的连接是通过细胞膜上的膜内蛋白如整联蛋白、钙粘着蛋白、血管地址素选择蛋白 （以上蛋白质称为粘着分子或粘着蛋白）等分子而完成的，这些粘蛋白大多是含N-糖链的糖蛋白。糖蛋白的

48、种类根据糖蛋白的分布与功能不同：粘液糖蛋白：如消化道分泌的粘液蛋白：如颌下腺粘蛋白、胃粘液蛋白。血清糖蛋白：激素蛋白，如促黄体激素；运铁蛋白；参与凝血和纤溶的凝血酶原、纤溶酶原；免疫球蛋白和补体结构糖蛋白：作为胞外基质的结构蛋白如胶原蛋白、层粘蛋白、纤连蛋白；膜糖蛋白：血型抗原、组织相容性抗原、移植抗原、病毒和激素的膜受体。糖蛋白的生物功能 酶活性：不同酶表现形式不同。激素活性免疫应答、炎症反应、肿瘤转移（凝集素）血型物质细胞粘着、精卵识别、物质运输离子转运血液凝固结构支持润滑作用凝集原（agglutinogen）:从红细胞膜中提取的血型抗原称为凝集原。外源凝聚素（凝集素或植物凝集素）是一类非

49、抗体的蛋白质或糖蛋白，它能与糖类专一地非共价结合，并具有凝集细胞和沉淀聚糖和复合糖的作用。凝集素的功能：根瘤菌对宿主的选择性：植物产生凝集素。微生物对宿主的感染：细菌产生凝集素。动物凝集素 产生的炎症反应、免疫应答，肿瘤转移等。植物凝集素对动物红细胞的凝集作用，作为有丝分裂原，促进动物细胞培养的转化。通过与糖结合参与体内细胞与细胞、细胞与分子以及分子与分子的粘着，进而产生一系列生物学效应如免疫应答，炎症反应，肿瘤转移等。蛋白质分离提纯一般分为四个阶段：第一阶段（前处理）：选材、抽提溶剂、破碎方法，离心分离，取上清液。第二阶段（粗分级）：根据溶解度差异，采用适当的沉淀法，初步的分离提纯。第三阶段

50、（细分级）：柱层析法，采用制备性聚丙烯酰胺凝胶电泳或蔗糖密度梯度，等电聚焦法进一步提纯。也可采用结晶法对蛋白质进一步提纯。第四阶段（质量、纯度鉴定）：有SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法、等电聚焦法、超离心沉降法酶的比活力：是指每毫克酶蛋白所含有的酶活力单位数，它是酶制剂纯度的一个指标。比活力=活力单位/mg蛋白=总活力单位数/总蛋白mg活力单位 总活力=活力单位/ml酶液x总体积（ml）酶活力单位：酶活力单位（U）:在一定条件下，一定时间内将一定量的底物转化为产物所需要的酶量。IU （酶活力的国际单位）：在最适反应条件下，每分钟催化生成一微摩尔产物所需要的酶量为一个酶活力单位。kat （酶活力的国际

51、单位）：在一定条件下1秒钟转化1摩尔底物所需的酶量。1kat=6*107U如SOD在一定条件下lmL反应液中抑制连苯三酚自氧化速度的50%的酶量为一个酶活力单位（U）o酶的含量可以用酶活力单位来表示：即每克酶制剂或每毫升酶制剂有多少酶单位来表示（U/g或U/ml）纯化倍数：指提纯后与提纯前酶比活力的比值。纯化倍数=每次比活力/第一次比活力 酶的收率：指纯化过程中酶活性的收率。回收率 =每次总活力/第一次总活力基因表达调控1.操纵子是原核基因表达调控的一种重要的组织形式，操纵子中被调控的编码蛋白质的基因可称为结构基因，能被RNA聚合酶识别、结合并启动基因转录的一段DN际列称为启动子，可以分为两种

52、：核心启动子元件和上游启动子元件。能被调控蛋白特异性结合的一段DNA列称为操纵区。编码能与操纵序列结合的调控蛋白的基因称为调控基因。给予RNA聚合酶转录终止信号的DNA序列称为终止子（terminator , T）2.阻遏蛋白（repressive protein） :与操纵区结合后能减弱或阻止其调控的基因转录，其介导的调控方式为负 调控（negative regulation） ；激活蛋白（activating protein） :与操纵区结合后能增强或起动其调控的基因转录，所介导的调控方式为正调 控（positive regulation） 。效应物：某些特定的物质能与调控蛋白结合，使调控

53、蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因转录的影响， 这些特定物质可称为效应物（effector ）。有两种：诱导剂（inducer）和阻遏剂3终止子至少可以分为两类：一类是不依赖p因子（蛋白性终止因子）的终止子和依赖p因子（蛋白性终止因子）的终止子.顺式作用：在结构基因的附近，只能对同一条DNA链上的基因表达起调控作用，这种作用在遗传学实验上称为顺式作用(cis-action ),能对不在一条 DNA链上的结构基因起作用，在遗传学实验上称为反式作用(trans-action )，调控基因就属于反式作用元件(trans-acting element ),其编码产生的调控蛋白称为反式调控因子.乳

54、糖操纵子的表达调控 .6.阻遏蛋白的负调控 当大肠杆菌在没有乳糖的环境中生存时，lac操纵子处于阻遏状态。此 1基因在其自身的启动子 Pi控制下，低水平、组成性表达产生阻遏蛋白R,每个细胞中仅维持约 10个分子的阻遏蛋白。R以四聚体形式与操纵子 o结合，阻碍了 RNAM合酶与启动子Plac的结合，阻止了基因的转录起动。R的阻遏作用不是绝对的，R与。偶尔解离，使细胞中还有极低水平的P-半乳糖甘酶及透过酶的生成。当有乳糖存在时，乳糖受P -半乳糖甘酶的催化转变为别乳糖，与 R结合，使R构象变化，R四聚体解聚成单 体，失去与。的亲和力，与。解离，基因转录开放，使 P -半乳糖甘酶在细胞内的含量可增加

55、1000倍。这就是 乳糖对lac操纵子的诱导作用。. 一些化学合成的乳糖类似物，不受 P -半乳糖甘酶的催化分解，却也能与R特异性结合使 R构象变化，诱导lac操纵子的开放。例如异丙基硫代半乳糖昔(isopropylthiog-alactoside , IPTG)就是很强的诱导齐不被细菌代谢而十分稳定。X-gal (5-澳-4-氯-3-口引喋-3 -半乳糖甘)也是一种人工化学合成的半乳糖甘，可被 P 半 乳糖甘酶水解产生兰色化合物，因此可以用作P -半乳糖甘酶活性的指示剂。IPTG和X-gal都被广泛应用在分子生物学和基因工程的工作中。. CAP的正调控：细菌中的cAMP含量与葡萄糖的分解代谢

56、有关，当细菌利用葡萄糖分解产生能量时，cAMP生成少而分解多，cAMP含量低；相反，当环境中无葡萄糖可供利用时，cAMP含量就升高。细菌中有一种能与cAMP特异结合的 cAMP受体蛋白 CRP(cAMP receptor protein),当CRP与cAMP结合时它是没有活性的，当cAMP农度升高时，CRP与cAMP吉合并发生空间构象的变化而活化，称为CAP(CRP-cAM昌ctivated protein),能以二聚体的方式与特定的 DN际列结合。在lac操纵子的启动子 Plac上游端有一段序列与 Plac部分重叠的序列，能与CAP寺异结合，称为CAP结合位点 (CAP binding si

57、te )。CAP与这段序列结合时，可增强RNA聚合酶的转录活性，使转录提高 50倍。相反，当有葡萄糖可供分解利用时，cAM限度降低，CR可能被活化，lac操纵子的结构基因表达下降由于Plac是弱启动子，单纯因乳糖的存在发生去阻遏使lac操纵子转录开放，还不能使细菌很好利用乳糖，必需同时有CA稼加强转录活性，细菌才能合成足够的酶来利用乳糖。lac操纵子的强诱导既需要有乳糖的存在又需要没有葡萄糖可供利用。通过这机制，细菌是优先利用环境中的葡萄糖，只有无葡萄糖而又有乳糖时，细菌才 去充分利用乳糖。CAP结合位点就是一种起正性调控作用的操纵子，CAP则是对转录起正性作用的调控蛋白激活蛋白，编码CRP的

58、基因也是一个调控基因，不过它并不在lac操纵子的附近，CAP可以对几个操纵子都起作用.色氨酸操纵子的表达调控：囹K型西雕物丁LET,至吉格词哙本启.衰减子作用+* W 件U.J- MM中士交N 西悭*中一 J / A 3已出 E己送4.*七11;原核基因表达转录水平调控的基本方式：1通过特殊的代谢物调控基因的活性 可诱导调节方式。负调控：阻遏蛋白的调节正调节：激活蛋白的调节 可阻遏调节方式2.通过衰减方式进行调节；3.通过异化抑制作用进行调节；4.应急调节.真核基因表达调控的特点：真核基因表达调控的环节更多真核基因的转录与染色质的结构变化相关3.真核生物基因组的非编码序列的存在与基因表达调控密

59、切相关真核基因表达以正调控为主.真核基因的顺式调控元件是基因周围能与特异转录因子结合而影响转录的DNA序列。其中主要是起正调控作用的顺式作用元件，包括启动子(promoter)、增强子(enhancer);近年又发现起负调控作用的元件沉默子.增强子是一种能够提高转录效率的顺式调控元件。增强子的作用有以下特点：增强子提高同一条 DNA链上基因转录效率，可以远距离起作用，通常可距离 1-4kb、个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。增强子的作用与其序列的正反方向无关，将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒置就不能起作用。增强子要有启动子才能发挥作用，

60、没有启动子存在，增强子不能表现活性 必须与特定的蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的作用.沉默子的作用可不受序列方向的影响，也能远距离发挥作用，并可对异源基因的表达起作用。.以反式作用影响转录的因子可统称为反式作用因子.翻译后的加工过程包括：1.除去起始的甲硫氨酸残基或随后几个残基；2.切除分泌蛋白或膜蛋白一末端的信号肽；3.形成分子内的二硫键以固定折叠构象；4.肽链断裂或切除部分肽段；5.末端或内部某些氨基酸的修饰，如甲基化、乙酯化、磷酸化等；6.加上糖基(糖蛋白)，脂类分子(脂蛋白)或配基(复合蛋白) ，这种后加工过程在基因表达的调控上起重要作用1. “乳糖操纵子”的基本组成1. 1结构基因