蛋白质一级结构决定高级结构

蛋白质一级结构

蛋白质的一级结构（primarystructure）

蛋白质分子中各种氨基酸的排列顺序。

1969年国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）的规定。

氨基酸序列：多肽链内氨基酸残基从N端到C端的排列顺序称氨基酸序列

一级结构的主要化学键是肽键，有些还包括二硫键

（-S-S-）。

因共价键的键能大，故蛋白质的一级结构稳定性较强。当前第1页\共有21页\编于星期六\10点牛胰岛素的一级结构注：数字表示半胱氨酸的编号。当前第2页\共有21页\编于星期六\10点人胰岛素的一级结构当前第3页\共有21页\编于星期六\10点当前第4页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质的二级结构

二级结构：是指多肽链主链盘旋、折叠形成的主链构象（某一肽段的局部空间结构）。

主要作用力：二级结构除了肽键还有以氢键为主的弱作用力，它的螺旋主要由氢键维持。

当前第5页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质二级结构的基本形式（分子模型）α-螺旋（α-helix）——最常见、含量最丰富的二级结构以肽平面为单位、以α碳为转折形成的稳固的右手螺旋。当前第6页\共有21页\编于星期六\10点β-折叠（β-pleatedsheet）β-折叠是蛋白质肽链主链的肽平面折叠呈锯齿状。又称β-片层结构。当前第7页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质的三级结构指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置；即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。下图为肌红蛋白的（Mb）三级结构。当前第8页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质三级结构的形成与稳定主要靠次级键1．氢键：多肽链主链之间、主链与极性侧链之间、极性侧链之间都可形成氢键。2．二硫键3．离子键又称盐键：是由蛋白质带正电荷的基团和带负电荷的基团形成。4．疏水基相互作用又称疏水键：是由缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸等非极性疏水侧链之间的吸引力，形成的疏水区。5.蛋白质三级结构中疏水键的数量最多（最主要），且往往居于球状蛋白质的内部。当前第9页\共有21页\编于星期六\10点疏水作用、离子键、氢键、范德华力（如图）。当前第10页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质的四级结构四级结构：蛋白质分子中各个亚基的空间排布以及亚基接触部位的布局和相互作用。蛋白质的亚基（subunit）：蛋白质分子中具有独立三级结构的多肽链。含有四级结构的蛋白质分子具有复杂的生物学功能，但是，单独的亚基一般没有生物学功能或功能不完整。蛋白质四级结构是建立在三级结构基础上的，单体蛋白质甚至不存在四级结构。因此蛋白质四级结构的形成仍然由一级结构决定。当前第11页\共有21页\编于星期六\10点当前第12页\共有21页\编于星期六\10点当前第13页\共有21页\编于星期六\10点注意蛋白质的空间结构（高级结构）只有三种：二级结构、三级结构和四级结构。并不是所有的蛋白质都具有四级结构，只有多亚基蛋白才具有四级结构。所有的蛋白质都具有一级结构、二级结构和三级结构。蛋白质的高级结构根本上还是决定于蛋白质的一级结构。另外，蛋白质在二级结构的基础上还会形成超二级结构。当前第14页\共有21页\编于星期六\10点超二级结构超二级结构：相邻的二级结构元件组合在一起，彼此相互作用，形成有规则，在空间上能辨认的二级结构组合或二级结构串，充当三级结构的构件，称为超二级结构。主要作用力：疏水作用对维系超二级结构的稳定有很大贡献。当前第15页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质结构与功能的关系蛋白质的结构是蛋白质功能的基础，有什么样的结构则对应什么样的功能，正是蛋白质结构的多样性导致了其功能的多样性。

所以说，蛋白质的结构决定其功能，而蛋白质的功能是其结构的体现。

一级结构与空间结构对维持蛋白质的生物学活性均有重要的作用。当前第16页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质一级结构与功能的关系

一级结构是构象的基础，构象决定蛋白质的功能。对于维持蛋白质功能区的特定构象，一级结构中某些氨基酸残基是必需的。如果这些必需的氨基酸残基发生改变，蛋白质特定构象即被破坏，蛋白质的生物学活性也会丧失。因此，一级结构是空间结构的基础。蛋白质空间构象被破坏以后，只要一级结构没有破坏，就有可能恢复原来的结构与功能。

如：核糖核酸酶（催化RNA水解的酶），是由124个氨基酸残基组成的单链。

含有8个半胱氨酸组成的4个二硫键：当前第17页\共有21页\编于星期六\10点测定蛋白质一级结构的应用推测蛋白质高级结构。蛋白质的一级结构可通过多种方法测定。由于二十种氨基酸在几种二级结构中出现的频率是不同的.进而求出每一种氨基酸的构象参数，可以由此预测蛋白质的二级结构。我们进一步从肽键的统计分析出发，指出二肽和三肽的关联频率和二级结构间的相关性，利用二肽和三肽构象参数进行预测，正确率可达90%。但是蛋白质折叠是相当复杂的。且肽链在体外折叠与比在生物体内折叠慢。到现在为止，我们仍然不能根据一个蛋白质的一级结构推断出它的三维结构。

当前第18页\共有21页\编于星期六\10点测定蛋白质一级结构的应用推测蛋白质功能。蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能，甚至造成分子病。例如镰状细胞贫血，就是由于血红蛋白分子中两个β亚基第6位正常的谷氨酸变异成了缬氨酸，从酸性氨基酸换成了中性支链氨基酸，降低了血红蛋白在红细胞中的溶解度，使它在红细胞中随血流至氧分压低的外周毛细血管时，容易凝聚并沉淀析出，从而造成红细胞破裂溶血和运氧功能的低下。当前第19页\共有21页\编于星期六\10点测定蛋白质一级结构的应用研究生物进化。不同生物体的同源蛋白质一级结构在氨基酸组成和顺序上不同，存在种属差异。同源蛋白质一级结构的差异可反映种属间的亲缘关系，但不影响其生物学功能。当前第20页\共有21页\编于星期六\10点蛋白质的一级结构如何决定高级结构?一级结构也就是氨基酸序列，像是一些碱性氨基酸或是带电荷氨基酸会对蛋白质的二级结构产生决定性的作用，比如脯氨酸经常出现在肽链的折叠处。这样下来组成蛋白一级结