01-生物大分子的结构和功能(蛋白质篇)

总目录第一篇生物大分子的结构与功能第二篇生物信息的传递浙江大学2010生化描述蛋白质,核酸,脂类和糖类四种生物大分子的主要功能和结构特征.第一篇生物大分子结构与功能第一章蛋白质的结构与功能第二章核酸的结构与功能第一章蛋白质的结构与功能蛋白质的一级结构与功能的关系蛋白质的空间结构与功能的关系蛋白质二级结构与功能蛋白质的超二级结构与结构域蛋白质三级结构与功能蛋白质四级结构与功能蛋白质的分子结构包括一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构一、蛋白质一级结构与功能（一）定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸残基的排列顺序。主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。因此蛋白质一级结构还可以定义为蛋白质分子内部的共价结构。对于复合蛋白质来说：完整的一级结构还应包括除肽链之外的其他成分（如糖，脂质等）以何种方式连接于肽链的哪些残基上。厦门大学2010生化糖蛋白是以蛋白质为主,在蛋白质多肽链骨架上共价连接着寡糖链形成的生物大分子浙江大学2010生化免疫蛋白是A.铁蛋白B.糖蛋白C.铜蛋白D.核蛋白寡糖与蛋白的O连接指与Ser或Thr的侧链羟基O连接,N连接指----------------14、哪一组中的氨基酸均为人体必需氨基酸______________。A、异亮氨酸、组氨酸、苯丙氨酸B、亮氨酸、色氨酸、蛋氨酸C、苏氨酸、缬氨酸、酪氨酸、D、赖氨酸、脯氨酸、天冬氨酸E、异亮氨酸、丙氨酸、丝氨酸答案：B赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸8种（二）结构组成-氨基酸下列哪种氨基酸为非编码氨基酸：A.甘氨酸B.羟脯氨酸C.组氨酸D.赖氨酸氨基酸的性质Arg，Lys，Asp，Glu四种氨基酸对于决定蛋白质分子的静电荷起主要作用在中性pH条件下，前两者呈正电荷，后两者呈负电荷。厦门大学2009生化有一球状蛋白质,在pH7的水溶液中能折叠成一定的空间结构.通常情况下,非极性氨基酸侧链位于分子内部形成疏水核,极性氨基酸的侧链位于分子外部形成亲水面.请问:(1)虽然Ser,Thr,Asn和Gln是极性氨基酸,为什么它们多数是位于球状蛋白质的分子内部?(2)在球状蛋白质分子内部和外部都可以发现Cys,为什么?(10分)①是Trp还是Gln更有可能出现在蛋白质分子表面？②是Ser还是Val更有可能出现在蛋白质分子的内部？解答：①Gln是亲水性残基，②Val是非极性残基在球蛋白分子外部主要是-----基团,分子内部主要是-------基团厦门大学2009生化下列氨基酸中,哪个含有吲哚环A.组氨酸B.色氨酸C.半胱氨酸D.精氨酸蛋白质在近紫外区的吸收主要是以下氨基酸侧链的吸收：_____，_____，_____Phe，Tyr，Trp浙江大学2010生化下列在280nm波长处吸光值最大的是A.色氨酸B.半胱氨酸C.赖氨酸D.苯丙氨酸E.酪氨酸（三）蛋白质的一级结构与功能的关系一级结构是蛋白质功能的结构基础，也决定蛋白质的空间结构。蛋白质一级结构中的特定序列也会阻碍蛋白质表现出生物功能。如牛胰岛素原和酶原中的序列。1、一级结构不同，生物学功能各异

如催产素和加压素均为9肽，仅第3、第8两个氨基酸残基不同，但功能迥异。

加压素H2N—半—酪—苯—谷—天—半—脯—精—甘—COOH

催产素H2N—半—酪—异—谷—天—半—脯—亮—甘—COOH2、一级结构中关键部分相同，其功能也相同，如不同动物来源的同种激素.如胰岛素。胰岛素来源氨基酸残基的差异部分A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrSerIleSer牛AlaSerValAla羊AlaGlyValAla马ThrGlyIleAla抹香猄ThrSerIleAla鲤猄AlaSerThrAla3、一级结构中关键部分变化，其生物活性也改变。ACTH(adreno-cortico-tropic-hormone，促肾上腺皮质激素,39肽),N端24个氨基酸切去一个就会影响活性4、一级结构与疾病的关系

如镰刀形红细胞贫血症系链N-端第6位氨基酸残基由Glu→Val的结果。再如糖尿病胰岛素分子病系胰岛素第24位Phe→Leu。分子病(moleculardisease)：基因突变导致蛋白质的一级结构改变，表现出生理功能的异常，使机体出现病态现象。如镰刀状红细胞贫血。镰刀样红细胞性贫血(Sicklecellanemia)镰刀状细胞贫血症和疯牛病有相似的致病分子机制，请叙述。（6分）5、蛋白质的结构与生物进化DNA突变→蛋白质变异①变异在非关键部位，不影响功能，可被保留，如同源蛋白质。同源蛋白质:在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质具有明显序列同源的蛋白质也叫同源蛋白质.②变异在关键部位，功能改变或丧失，导致疾病甚至致命。③变异产生功能更完善、更适应环境的蛋白质，保留，进化。中山大学2009生化某同源蛋白质中的Ala残基被替换为Val,此类替换属于-------蛋白质一级结构的比较：比较功能相似的蛋白质通过比较，发现功能越相近的蛋白质，其一级结构上的同源性也越高。

比较不同生物物种来源的同一蛋白质如通过比较，发现物种间越接近，则蛋白质的一级结构越相似。

不同生物和人的细胞色素c中氨基酸组成的差异生物名称不同氨基酸数生物名称不同氨基酸数黑猩猩0恒河猴1猪、牛、羊10马12鸡13海龟15金枪鱼21小蝇25小麦35酵母44不同种属氨基酸残基的差异数目分歧时间(百万年)人-猴150-60人-马1270-75人-狗1070-75猪-牛-羊0

马-牛360-65哺乳类-鸡10-15280哺乳类-猢17-21400脊椎动物-酵母43-481,100狗人猴马骡鲸兔猪袋鼠企鹅鸡鸭响尾蛇龟苍蝇蛾脉孢菌属念珠菌属面包酵母菌小麦牛蛙金枪鱼动物爬行动物两栖动物鱼哺乳动物鸟昆虫植物脊椎动物从细胞色素C的一级结构看生物进化褐背拟地鸦：别名地鸦、土里钻钻，藏名“迪迪”。

蛋白质的一级结构有30%以上同源性，就可以认为它们是属于同一个蛋白质家族。如G-proteins

有些蛋白质家族之间一级结构同源性较低，但它们的结构和功能存在一定的相似性。这些蛋白质家族属于同一超家族（proteinsuperfamily）。15.蛋白质的形状基本决定了其功能试述蛋白质的一级结构与高级结构及生物功能和关系（一）概述1.蛋白质的构象

又称空间结构、立体结构、高级结构、三维结构。是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。取决于一级结构，为蛋白质功能所需。

蛋白质的构象可分为二、三、四级结构。二、蛋白质的空间构象与功能2.蛋白质空间结构的表示方法

金属丝模型空间填充模型Space-fillingmodel

主链金属丝模型Backbonewiremodel

飘带模型Ribbonmodel香肠模型Sausagemodel肽单元(peptideunit)

参与组成肽键的6个原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构象的基本结构单位。HHHH什么是α-碳原子的二面角(Dihedralangle)(φ和ψ)3.两面角两面角“+，-”

的规定：从Ca沿键轴方向观察，“+”：按顺时针方向旋转的φ和ψ角度“-”：按逆时针方向旋转的φ和ψ角度两面角0o和180o的规定：

当Ca

–N旋转键两侧的主链顺式排布时，规定φ=0o

反式排布时，规定φ=180o

当Ca

–C旋转键两侧的主链顺式排布时，规定ψ=0o

反式排布时，规定ψ=180oφ=180o

ψ=180oφ=0o

ψ=0o中国海洋大学2010生化蛋白质二级结构（二）二级结构与功能1、二级结构定义蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即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

。是完整肽链构象（三级结构）的结构单元，是蛋白质复杂的立体结构的基础，因此二级结构也可以称为构象单元。2、主要的化学键：

氢键3、二级结构的类型α-螺旋（α-helix）结构要点：（1）一条肽链绕成螺旋，每圈有3.6个氨基酸，螺旋间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转100°。（2）螺旋稳定因素为氢键。每个肽键的羰基氧与其前面第三个肽基上的氢形成氢键。氢键的走向平行于螺旋轴。—C—(NH—C—CO)3N—OHHR3.613-螺旋（3）R侧链基团伸向螺旋的外侧。RRRRRRRRR螺旋的横截面（4）绝大多数为右手螺旋。因为左手螺旋中R基团的空间位阻大。

所以，多聚甘氨酸可以左手螺旋。10．蛋白质分子典型的α-螺旋，螺距为（1）0.15nm(2)0.34nm(3)0.45nm(4)0.54nm一、解释名词1、3.613螺旋厦门大学2009生化典型的蛋白质α-螺旋结构是A.2.613B.3.613C.310D.5.610α螺旋结构形成的限制因素:凡是有Pro或羟脯氨酸、Gly存在的地方,不能形成。静电斥力。多聚Glu或Asp：负电荷相斥多聚赖氨酸：正电荷相斥位阻。如Asn、ILe侧链很大，妨碍α螺旋的形成。厦门大学2009生化在PH7的水溶液中,下列多聚氨基酸中能自发形成α-螺旋的是A.Poly-ProB.Poly-AlaC.Poly-HisD.Poly-Glu1什么是蛋白质的二级结构?稳定二级结构的主要作用力是什么?多肽链中存在的脯氨酸对α螺旋的形成有何影响,为什么?哪种蛋白质完全由α螺旋构成?a-角蛋白完全由α螺旋构成β-折叠（β-pleatedsheet）

β-转角(

-turn)

无规卷曲（randomcoil）π-螺旋Ω环（Ω-loop）RNase的某些二级结构膜内在蛋白跨膜区域的结构主要为α-螺旋和β-桶状结构判断4.二级结构的可变性