生化课件-第三章蛋白质4周

上节内容回顾蛋白质的结构---蛋白质一级结构测定---蛋白质的的二级结构组成分析端基分析氨基酸顺序分析二硫键位置测定-helix-pleated

sheet-turn-loop拉氏图扭角本章主要内容一．蛋白质概述二．氨基酸(重点)三．多肽（重点）四．蛋白质的结构（重点）五．蛋白质结构与功能（重点）六．蛋白质的性质（重点）七．蛋白质的分离纯化与鉴定（重点）蛋白质数据库（PDB）应用培训4、Tertiary

Structure在二级结构基础上，肽链上不同区段的侧链基团相互作用，在空间进一步盘绕、折叠，形成包括主链和侧链构象在内的特征三维结构。维系的主要作用力：氢键、疏水键、离子键和范德华力等。四、The

Structures

of

ProteinsCarboxypeptidase

A羧肽酶ACarboxypeptidase

A羧肽酶AG

Protein-Coupled

Receptors

(GPCR)2012

Nobel

Chemical

PrizeRobert

J.Lefkowitz69Howard

HughesMedical

InstituteBrian

K.Kobilka57Stanford

Uone

of

the

largest

known

protein

families.1000

species

in

mammals,

which

constitutes

3%

ofthe

30,000

genes

in

arsenal.60%

of

approved

drugs

elicit

their

therapeuticeffects

by

selectively

interacting

with

a

specificGPCR.General

structure

of

a

GPCRG

Protein-Coupled

ReceptorsAnX-ray

crystal

structure

depictsthe

ß2

adrenergic

receptor

(green)with

its

G

protein.

The

complex

isstabilized

by

a

llama

antibody

(red)and

the

enzyme

T4

lysozyme(magenta).Credit:

NatureDetermining

the

Three

DimensionalStructure

of

ProteinsNo

direct

method

to

determine

thethree

dimensional

structure

of

proteinsso

far.X-ray

single

crystal

diffraction

ysisNMR

spectroscopy

ysisStructural

Bioinformatics（结构生物信息学）Protein

crystalsAzurinflavodoxinrubredoxin天青蛋白黄素氧还蛋白红素氧还蛋白hemoglobinmyohemerythrinBacterio-chlorophyll

a肌红蛋白血红蛋白细菌叶绿素aX-ray

diffraction

pattern将蛋白质结构层次进一步细分，可在二、三级结构之间增加超二级结构和结构域两个层次。蛋白质结构层次的进一步细分超二级结构结构域蛋白质结构一级结构二级结构三级结构四级结构低高5、Motif超二级结构(supersecondary

structure)在蛋白质分子中，相邻的二级结构单元按照一定规律，规则地组合在一起，形成在空间构象上特征的二级结构组合单位。可作为构成三级结构的元件。可具有一定的功能。四、The

Structures

of

Proteins蛋白质中的几种超二级结构

motif

motif

hairpin蛋白质中的几种超二级结构

barrels(桶型)6、structural结构域：在二级结构或超二级结构基础上形成并相对独立的三级结构局部折叠区。自身紧密装配，但结构域之间联系相对松散，故在两个结构域间常形成空穴。不同的蛋白质，其结构域的数目不相同。蛋白质的结构域常常也就是功能域。四、The

Structures

of

ProteinsThe

two-proteinglyceraldehyde-3-phosphatedehydrogenase(3-磷酸甘油醛脱氢酶)cell-surface

protein

CD4On

certain

cells

of

the

immune

system

towhich

HIVattaches.The

extracellular

part

comprises

foursimilar s,

approxima y

100

AAeach.正常成人的CD4细胞为每立方毫米500~1600个。HIV

者CD4记数水平低于350个就可以开始治疗。是指由多条各自具有一、二、三级结构的肽链(亚基，subunits)

通过非共价键连接起来的结构形式；包括各个亚基在空间的排列方式及亚基之间的相互作用关系。7、Quaternary

StructureSome

of

the

possible

arrangements

of

thesix

subunits

of

ahexamer7、Quaternary

Structure单体蛋白质(monomer)---只含一个亚基的蛋白质寡聚蛋白质(oligomer)---含有多个亚基的蛋白质---同多聚（homomultimeric）蛋白质---杂多聚（heteromultimeric）蛋白质寡聚蛋白质的亚基数目蛋白质亚基数目醇脱氢酶2苹果酸脱氢酶2醛缩酶、荧光素酶33-磷酸甘油醛脱氢酶4乳酸脱氢酶4血红蛋白4谷氨酸

酶12蕃茄株低矮

外壳蛋白1807、Quaternary

Structure原体(protomer)寡聚蛋白中相同的结构成分。A

protomer

may

consist

of

one

polypeptide

chainor

several

unlike

polypeptide

chains.hemoglobin

is

a

dimer

(oligomer

of

two

protomers)of

protomers

(See

Figure).四级缔合的驱动力---与维系三级结构的作用力相似---疏水作用占重要地位。对称性

(含有2或多个相同亚基或原体的蛋白质)The

protomers

are

symmetrically

arranged,

andproteins

can

haveonly

rotational

symmetry.在结构和功能上的优越性（课堂

10分钟）1）稳定性3）催化性2）遗传经济性4）协同性和别构效应7、Quaternary

StructureSomepossiblesymmetriesof

proteinswithidenticalprotomers（一）蛋白质一级结构与功能的关系（二）蛋白质空间结构与功能的关系（三）蛋白质的分类（四）几种蛋白质的结构与功能五、Structure

and

Function

ofProteins（一）蛋白质一级结构与功能关系1.一级结构不同，生物学功能各异。2.一级结构中“关键”部分相同，其功能基本相同。促肾上腺皮质激素（ACTH）人、猪、牛均为39肽，1－24相同，25－33不同。来源人猪牛31位SerLeuSer33位GluGluGln促肾上腺皮质激素（ACTH）124

33

39活性必需部分种属特异性化学

仅需

活性必需部分

相同生化功能

N-Ser→Ac-N-Ser，3.5％原活性

切去25－39，活性完全保持实验结果

结论？活性物质化学

设想？3.一级结构中“关键”部分发生变化，其功能也发生改变。蛋白质工程

(Proteins

technology)：---

定点突变技术改变蛋白质功能---化学修饰改变蛋白质功能应用：---多肽类新药研究---生物信息学（Bioinformatics）---蛋白质组学（Proteomics）4.蛋白质的化学修饰赋予了蛋白质新的能力。N-terminal

acetylation:

more

resistant

todegradationHydroxylation

of

Pro:

stabilizes

fibers

ofnewly

synthesizedcollagen-carboxyglutamate:

in

prothrombin,

aclotting

proteinPhosphorylationof

Ser

and

Thr:

activation

ofenzymeGreen

fluorescent

protein

(GFP):

The

NobelPrize

in

Chemistry

2008课后查阅有关资料，自行总结绿色荧光蛋白荧光产生的化学原理OHONHHOCH2

HNHHNOOHNNOHONHOO-H2O-H2?遗传病与分子病5.一级结构变化与疾病的关系例2：胰岛素分子病（的一种）例1：sickle

cell

anemia6.一级结构与生物进化同源蛋白质（homologous

proteins）在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质。序列比较能揭示进化上的关系---不同物种的同源蛋白质的氨基酸顺序的差异数反映不同物种在进化途径上

的远近。---一般来说，种属来源越接近，氨基酸顺序的相似性越大。种系发生树（phylogenetic

tree）细胞色素c的种系发生树蛋白质分子特定的空间构象是表现其生物学功能或活性所必需的。具体表现在：

特定空间结构被破坏，功能丧失，称为变性。

空间构象形成或改变，使无活性蛋白→

活性蛋白---酶原及蛋白质原的活化---蛋白质的变构现象（二）蛋白质空间结构与功能关系Upon

binding

iron,the

protein

lactoferrin(乳铁蛋白)undergoesconformational

changes

that

allow

other

molecules

todistinguish

between

the

iron-free

and

the

iron-bound

forms.胰岛素原转变为胰岛素示意图?（三）蛋白质的分类1.依据蛋白质的外形分类纤维状蛋白质（fibrous

proteins）高度伸展，分子类似纤维或细棒。主要存在于皮肤、腱、骨中（结构性蛋白）。球状蛋白（globular

proteins）多数蛋白质属于此类，外形似球形或椭圆形。如血红蛋白、免疫球蛋白、各种蛋白酶类等（功能性蛋白）。结构较简单（相对于球状蛋白），二级结构是其主要三维结构形式。角蛋白（keratin）：外表皮层、毛发、角、指甲、羽毛等的主要成分。--丝纤维蛋白（silkfibroin）：蚕丝的主要成分。--胶原蛋白（collagen）：脊椎动物中最丰富的蛋白质，结缔组织的主要成分。纤维状蛋白质（fibrous

proteins）。如Val,常含有-螺旋和-折叠两种结构要素。不同侧链基团的定位：★非极性侧链：大多数情况位于分子Leu,Ile,Met,Phe。★带电荷的极性侧链：大多数情况位于分子外部，位于

时，有特定的化学功能。如Arg,

Lys,

His,Asp,

Glu。★不带电荷的极性侧链：可位于分子表面或分子内部，位于

时，几乎总是彼此形成氢键。Ser,Thr,

Asn,

Gln,

Tyr。球状蛋白质（globular

proteins）Porins（细胞外膜孔道蛋白）也有例外The

outside

of

porin(which

contactshydrophobic

groupsin

membranes)

iscovered

l