高級(jí)生物化學(xué)

1、第1章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)（secondary structure）指多肽鏈主鏈本身折疊或盤曲所形成的局部空間構(gòu)象，包括依靠氫鍵維系的有規(guī)則構(gòu)象和多肽鏈主鏈中的無規(guī)卷曲以及非氫鍵維系的規(guī)則結(jié)構(gòu)，不涉及側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和整個(gè)肽鏈的空間排布。1、螺旋：多肽鏈主鏈C-C-N的重復(fù)排列，使它容易形成有規(guī)律的卷曲構(gòu)型，即螺旋，分為-螺旋（3.613R，即每圈約3.6個(gè)殘基，每個(gè)肽鍵N上的H與后面第四個(gè)殘基肽鍵羰基O之間形成氫鍵，其間包括13個(gè)原子，右手螺旋，是球蛋白中最常見的結(jié)構(gòu)）、310R螺旋、-螺旋等。2、-片層：兩股或多股幾乎完全伸展的肽鏈并列聚集，靠主肽鏈N上的H與相鄰鏈羰基C上的O原

2、子間規(guī)律的氫鍵，形成-折疊片，-折疊片有的是平行的，有的是反平行的。3、環(huán)肽鏈（loop）（1）回折：肽鏈要折疊成堅(jiān)實(shí)的球形，必須以多種方式多次改變其方向，如同一肽鏈形成的-折疊股之間的連接肽。34個(gè)氨基酸殘基通過特殊的氫鍵系統(tǒng)使肽鏈走向改變180°成為回折或轉(zhuǎn)角，分為-回折和-回折。-回折：由4個(gè)氨基酸殘基組成，即第一個(gè)殘基的羰基O與第四個(gè)氨基酸殘基-氨基上的H之間形成氫鍵。-回折：由3個(gè)氨基酸殘基組成，第一個(gè)殘基的羰基O與第三個(gè)殘基的-氨基H原子間形成氫鍵，常出現(xiàn)在反平行-折疊股之間。（2）發(fā)夾與凸起：發(fā)夾：通過一段短的環(huán)鏈將兩條相鄰的鏈連接在一起的結(jié)構(gòu)，稱為發(fā)夾或發(fā)夾（hair

3、pins）結(jié)構(gòu)，猶如一彎折的發(fā)卡，故名。4、環(huán)：多肽鏈中由616個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)狀片段，兩端距離小于0.1nm，狀似字形，因此得名。環(huán)形成一個(gè)內(nèi)部空腔，被環(huán)上殘基的側(cè)鏈基團(tuán)包裹，成為致密的球狀構(gòu)象。以親水殘基為主，幾乎總是位于蛋白質(zhì)分子表面，與生物活性有關(guān)。5、連接條帶：伸展的肽鏈條帶連接在結(jié)構(gòu)元件之間，它們的長度、走向頗不規(guī)則，在蛋白質(zhì)肽鏈的卷曲、折疊過程中具有明確的結(jié)構(gòu)作用。6、無規(guī)則卷曲：蛋白質(zhì)分子中存在空間結(jié)構(gòu)不確定的區(qū)域，這種無序結(jié)構(gòu)因其不斷運(yùn)動(dòng)，或是具有不同的構(gòu)象，因而得不到X-射線衍射圖像超二級(jí)結(jié)構(gòu)（super-secondary structure）：相互鄰近的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元

4、相互聚集，形成更高一級(jí)的有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，稱超二級(jí)結(jié)構(gòu)，主要涉及這些構(gòu)象元件在空間上如何聚集，超二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成主要是氨基酸殘基側(cè)鏈基團(tuán)間相互作用的結(jié)果。結(jié)構(gòu)域（structural domain）二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)模體以特定的方式組織連接，在蛋白質(zhì)分子中形成兩個(gè)或多個(gè)在空間上可以明顯區(qū)分的三級(jí)折疊實(shí)體，是三級(jí)結(jié)構(gòu)的基本單位，結(jié)構(gòu)域是相對(duì)穩(wěn)定的球狀亞結(jié)構(gòu)，其間由單肽鏈相互連接，是獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單位、獨(dú)立的功能單位和獨(dú)立的折疊單位。鋅指結(jié)構(gòu)(Zine Finger,ZF)一種DNA結(jié)合蛋白中的結(jié)構(gòu)基元，由一個(gè)含有大約30個(gè)氨基酸的環(huán)和一個(gè)與環(huán)上的4個(gè)Cys或2個(gè)Cys和2個(gè)His配位的Zn2+構(gòu)成，中間的X4

5、-20形成指狀凸出。鋅指蛋白與DNA相互作用時(shí)，鋅指部分嵌入主槽，識(shí)別特定別特定的堿基序列，每個(gè)鋅指大約識(shí)別5個(gè)堿基對(duì)。亮氨酸拉鏈（Leucine Zipper,LZ）LZ結(jié)構(gòu)的C端為螺旋區(qū)，靠近N端一側(cè)的一段螺旋富含堿性氨基酸殘基，其后的一段螺旋每隔6個(gè)殘基就有一個(gè)Leu，每個(gè)這樣的螺旋不少于4個(gè)Leu，且都處于螺旋的同一側(cè)，這樣，當(dāng)含有LZ的蛋白形成同源或異源二聚體時(shí)，LZ結(jié)構(gòu)中的Leu殘基借助疏水作用彼此靠攏，形同拉鏈。EF手（EF-hand）由兩個(gè)螺旋（E和F）與連接它們的環(huán)組成，E螺旋含9個(gè)殘基，用右手食指表示；與Ca2+結(jié)合的環(huán)含12個(gè)殘基，用彎曲的中指表示；F螺旋含18個(gè)殘基，用

6、拇指表示。蛋白質(zhì)組學(xué)：通過直接研究某一物種、個(gè)體、器官、組織及細(xì)胞中全部蛋白質(zhì)，獲得整個(gè)體系內(nèi)所有蛋白質(zhì)組分的生物學(xué)和理化參數(shù)，從而揭示生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。分子伴侶（molecular chaperone）結(jié)合并穩(wěn)定靶蛋白的不同的不穩(wěn)定構(gòu)象，通過控制與靶蛋白的結(jié)合與釋放，推動(dòng)其在活體內(nèi)正確折疊、組裝、運(yùn)輸?shù)轿唬蚩刂破湓诨罨c鈍化構(gòu)象之間轉(zhuǎn)換，但并不構(gòu)成靶蛋白組成部分的蛋白質(zhì)。熱激蛋白（heat shock protein，Hsp）廣泛存在于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞中的一類在生物體受到高溫等逆境刺激后大量表達(dá)的保守性蛋白質(zhì)家族，是多基因族編碼產(chǎn)物，有組成型和脅迫誘導(dǎo)的，具有分子伴侶功能，參與蛋白質(zhì)新

7、生肽鏈的折疊和組裝?？煞諬sp70、Hsp60、Hsp90、Hsp110等亞類。熱激蛋白的分子伴侶功能：1、Hsp70的分子伴侶功能：大腸桿菌的Hsp70幫助前體蛋白維持轉(zhuǎn)位能力，防止變性蛋白質(zhì)進(jìn)一步變性和聚集。Hsp70在線粒體前體蛋白的跨膜運(yùn)輸中發(fā)揮重要作用，Hsp70與其結(jié)合可保持其松弛狀態(tài)，以便能通過線粒體膜上的轉(zhuǎn)位酶通道。在細(xì)胞受到熱脅迫時(shí)，Hsp70可與局部變性的蛋白結(jié)合，防止其聚集，消除后，則解離，并幫助其復(fù)性。2、監(jiān)護(hù)蛋白是幫助蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶3、LMWHsp形成的熱激顆粒為變性蛋白提供一個(gè)結(jié)合表面4、Hsp90是具有調(diào)節(jié)功能的分子伴侶：Hsp90是高度保守的熱激蛋白家族，

8、通過參與許多激酶、受體、轉(zhuǎn)錄因子的折疊、組裝、解聚或構(gòu)象改變調(diào)節(jié)其活性。5、Hsp104是幫助聚集物解聚的分子伴侶：其以一種依賴ATP的方式幫助在嚴(yán)重的熱沖擊條件下形成的聚集體解聚。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是指氨基酸在肽鍵中的排列順序和二硫鍵的位置，肽鏈中氨基酸間以肽鍵為連接鍵。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是最基本的結(jié)構(gòu)，它決定了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)，其三維結(jié)構(gòu)所需的全部信息都貯存于氨基酸的順序之中。二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中彼此靠近的氨基酸殘基之間由于氫鍵相互作用而形成的空間結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊、盤曲而形成的特定球狀分子結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)是由兩條或者兩條以上具有三

9、級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈聚合而成的具有特定三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)想。不同的蛋白質(zhì)，由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能是蛋白質(zhì)分子的天然構(gòu)象所具有的性質(zhì)，功能與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。（1）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)功能有相適應(yīng)性和統(tǒng)一性。蛋白質(zhì)中的氨基酸序列與生物功能密切相關(guān)，一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化往往導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的變化。如鐮刀型細(xì)胞貧血癥，其病因是血紅蛋白基因中的一個(gè)核苷酸的突變導(dǎo)致該蛋白分子中-鏈第6 位谷氨酸被纈氨酸取代。這個(gè)一級(jí)結(jié)構(gòu)上的細(xì)微差別使患者的血紅蛋白分子容易發(fā)生凝聚，導(dǎo)致紅細(xì)胞變成鐮刀狀，容易破裂引起貧血，即血紅蛋白的功能發(fā)生了變化。（2）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)

10、系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能之間有密切相關(guān)性，其特定的空間結(jié)構(gòu)是行使生物功能的基礎(chǔ)。從以下三方面均可說明這種相關(guān)性：核糖核酸酶的變性與復(fù)性及其功能的喪失與恢復(fù)核糖核酸酶是由124 個(gè)氨基酸組成的一條多肽鏈，含有四對(duì)二硫鍵，空間構(gòu)象為球狀分子。將天然核糖核酸酶在8mol/L 尿素溶液中的-巰基乙醇處理，則分子內(nèi)的四對(duì)二硫鍵斷裂，分子變成一條松散的肽鏈，此時(shí)酶活性完全喪失。但用透析法除去-巰基乙醇和脲后，此酶經(jīng)氧化又自發(fā)地折疊成原有的天然構(gòu)象，同時(shí)酶活性又恢復(fù)。血紅蛋白的變構(gòu)現(xiàn)象血紅蛋白是一個(gè)四聚體蛋白質(zhì)，具有氧合功能，可在血液中運(yùn)輸氧。研究發(fā)現(xiàn)，脫氧血紅蛋白與氧的親和力很低，不易與氧結(jié)合。一旦血紅蛋

11、白分子中的一個(gè)亞基與O2 結(jié)合，就會(huì)引起該亞基構(gòu)象發(fā)生改變，并引起其它三個(gè)亞基的構(gòu)象相繼發(fā)生變化，使它們易于和氧結(jié)合，說明變化后的構(gòu)象最適合與氧結(jié)合肌紅蛋白與氧結(jié)合肌紅蛋白由一條153 個(gè)氨基酸組成的肽鏈和一個(gè)血紅素輔基組成。血紅素輔基中的鐵原子是氧結(jié)合部位，血紅素中的Fe 可以是亞鐵，也可以是高鐵，只有亞鐵態(tài)的蛋白質(zhì)才能結(jié)合氧。結(jié)合氧的同時(shí)改變肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的改變對(duì)肌紅蛋白意義不大，但顯著的改變了血紅蛋白的性質(zhì)，改變了四聚體的亞基間的作用，是之具有別構(gòu)作用。總之，各種蛋白質(zhì)都有特定的空間構(gòu)象，而特定的空間構(gòu)象又與它們特定的生物學(xué)功能相適應(yīng)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是高度統(tǒng)一的。肌紅蛋白的

12、結(jié)構(gòu)與功能（自己補(bǔ)充）肌紅蛋白的分子包括一條153個(gè)氨基酸殘基組成的多肽鏈和一個(gè)血紅素，整個(gè)肽鏈有8個(gè)長短不一的螺旋段，即A.B.C.D.E.F.G.H，螺旋間的連接肽為無規(guī)卷曲，在側(cè)鏈基團(tuán)相互作用下盤曲形成扁園的球體。絕大多數(shù)親水殘基分布在分子表面，使肌紅蛋白可溶于水；疏水殘基則埋藏于分子內(nèi)部，血紅素結(jié)合于E與F螺旋之間的裂隙內(nèi)。脫氧肌紅蛋白中-螺旋含量約60%，三維結(jié)構(gòu)比較松散，穩(wěn)定性下降。與血紅素結(jié)合后，構(gòu)象發(fā)生變化，-螺旋含量恢復(fù)至75%，分子結(jié)構(gòu)比較緊湊，穩(wěn)定性也明顯提高。這說明血紅素輔基對(duì)肽鏈折疊也有影響。血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（自己補(bǔ)充）血紅蛋白由四個(gè)亞基組成（22），每個(gè)亞基含一

13、條多肽鏈和1個(gè)血紅素輔基。亞基多肽有141個(gè)氨基酸殘基，亞基多肽鏈有146個(gè)氨基酸殘基。Hb的亞基與Mb的氨基酸序列雖有明顯不同，但血紅素結(jié)合部卻非常保守。血紅蛋白的四個(gè)亞基按四面體排布，亞基間凹凸互補(bǔ)。兩個(gè)與兩個(gè)亞基按雙重對(duì)稱軸排布，沿X或Y軸旋轉(zhuǎn)180°，外形相似；沿Y軸兩個(gè)與兩個(gè)亞基間均有空隙，形成中心空穴。Hb在體內(nèi)的主要功能為運(yùn)輸氧氣，而Hb的別位效應(yīng)，極有利于它在肺部與O2結(jié)合及在周圍組織釋放O2.Hb是通過其輔基血紅素的Fe+與氧發(fā)生可逆結(jié)合的，血紅素的鐵原子共有6個(gè)配位鍵，其中4個(gè)與血紅素的吡咯環(huán)的N結(jié)合，一個(gè)與珠蛋白亞基F螺旋區(qū)的第8位組氨酸（F8）殘基的咪唑基的N

14、相連接，空著的一個(gè)配位鍵可與O2可逆地結(jié)合，結(jié)合物稱氧合血紅蛋白。在血紅素中，四個(gè)吡咯環(huán)形成一個(gè)平面，在未與氧結(jié)合時(shí)Fe+的位置高于平面0.7，一旦O2進(jìn)入某一個(gè)亞基的疏水“口袋”時(shí)，與Fe+的結(jié)合會(huì)使Fe+嵌入四吡咯平面中，也即向該平面內(nèi)移動(dòng)約0.75，鐵的位置的這一微小移動(dòng)，牽動(dòng)F8組氨酸殘基連同F(xiàn)螺旋段的位移，再波及附近肽段構(gòu)象，造成兩個(gè)亞基間鹽鍵斷裂，使亞基間結(jié)合變松，并促進(jìn)第二亞基的變構(gòu)并氧合，后者又促進(jìn)第三亞基的氧合使Hb分子中第四亞基的氧合速度為第一亞基開始氧合時(shí)速度的數(shù)百倍。此種一個(gè)亞基的別構(gòu)作用，促進(jìn)另一亞基變構(gòu)的現(xiàn)象，稱為亞基間的協(xié)同效應(yīng)（cooperativity），所以

15、在不同氧分壓下，Hb氧飽和曲線呈“S”型。第2章 酶的結(jié)構(gòu)與功能酶活性中心：是指酶分子中直接與底物結(jié)合，并和酶催化作用直接有關(guān)的基團(tuán)所構(gòu)成的微區(qū)。 共價(jià)催化：某些酶可以和底物形成一個(gè)反應(yīng)活性很高的不穩(wěn)定的共價(jià)中間產(chǎn)物，這個(gè)中間產(chǎn)物極易變成過渡態(tài)，因此反應(yīng)的活化能大大降低。共價(jià)催化分為親核催化和親電催化。親和催化：是指酶活性中心的親核催化基團(tuán)提供一對(duì)電子，與底物分子中缺少電子具有部分正電荷的碳原子形成共價(jià)鍵，從而產(chǎn)生不穩(wěn)定的共價(jià)中間物。Km值：Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時(shí)的底物濃度，單位是mol/L?？赡嫘砸种谱饔茫阂种苿┩ǔＲ苑枪矁r(jià)鍵與酶或酶-底物復(fù)合物可逆性結(jié)合，使酶的活性降低

16、或喪失；抑制劑可用透析、超濾等方法除去。競爭性抑制作用：抑制劑與底物的結(jié)構(gòu)相似，能與底物競爭酶的活性中心，從而阻礙ES復(fù)合物的形成，使酶的活性降低。這種抑制作用稱為競爭性抑制作用。 非競爭性抑制作用：底物和抑制劑與酶的結(jié)合沒有競爭性。底物和酶結(jié)合后還可與抑制劑結(jié)合，同樣抑制劑與酶結(jié)合后還可能與底物結(jié)合；即酶可以同時(shí)和抑制劑及底物結(jié)合，形成酶-底物-抑制劑三元復(fù)合物；但后者不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物。反競爭性抑制作用：抑制劑不與酶結(jié)合，只與ES復(fù)合物結(jié)合。當(dāng)反應(yīng)體系中存在反競爭性抑制劑時(shí)，不僅不排斥E和S的結(jié)合，反而增加了二者的親和力；這與競爭性抑制作用恰巧相反，故稱為反競爭性抑制用。別構(gòu)調(diào)節(jié)：指酶分子的非

17、催化部位與某些化合物可逆地非共價(jià)結(jié)合后，引起酶的構(gòu)象的改變，進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)，酶的這種調(diào)節(jié)作用稱為別構(gòu)調(diào)節(jié)。共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：指一類可在其它酶的作用下其結(jié)構(gòu)通過共價(jià)修飾，使該酶活性發(fā)生改變，這種調(diào)節(jié)稱為共價(jià)修飾調(diào)節(jié)。 核酶：具有酶促活性的RNA稱為核酶抗體酶：抗體酶 或催化抗體（Catalytic antibody) 是一種具有催化功能的抗體分子，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性。它是利用現(xiàn)代生物學(xué)與化學(xué)的理論與技術(shù)交叉研究的成果，是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結(jié)合的產(chǎn)物。乒乓反應(yīng)：是雙底物雙產(chǎn)物酶促反應(yīng)中的一種，在該反應(yīng)中，酶結(jié)合一個(gè)底物并釋放一個(gè)產(chǎn)物，留下一個(gè)取代酶，然后該取代酶再結(jié)合第

18、二個(gè)底物和釋放出第二個(gè)產(chǎn)物，最后酶恢復(fù)到它的起始狀態(tài)。如谷-丙轉(zhuǎn)氨酶（EA-FP）（FB-EQ）酶的催化機(jī)制誘導(dǎo)契合機(jī)制：酶與底物靠近定向酶與底物相互誘導(dǎo)變形契合成中間產(chǎn)物產(chǎn)物脫離（1）底物的鄰近效應(yīng)與定向效應(yīng)底物的鄰近效應(yīng)(proximity)是指酶與底物通過專一的相互識(shí)別，形成中間絡(luò)合物，把底物分子間的反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻j(luò)合物分子內(nèi)的反應(yīng)。定向效應(yīng)(orientation)則是指在酶底物中間絡(luò)合物內(nèi)，底物的反應(yīng)基團(tuán)與酶的催化基團(tuán)的正確取向。通過鄰近效應(yīng)和定向效應(yīng)，是酶的活性中心底物濃度大大增加，ES平均壽命延長，從而極大的增加了發(fā)生反應(yīng)的幾率。（2）底物的變形(distortion)和誘導(dǎo)契合(i

19、nduced fit)酶在底物的誘導(dǎo)下構(gòu)象改變，轉(zhuǎn)變?yōu)楦呋盍?gòu)象，同時(shí)，底物分子在酶的誘導(dǎo)下發(fā)生各類扭曲和去穩(wěn)定作用，底物比較接近它的過渡態(tài)，降低了反應(yīng)活化能，使反應(yīng)易于發(fā)生。（3）廣義酸堿催化(acid-base catalysis)：廣義酸提供H+促進(jìn)過渡態(tài)絡(luò)合物的形成，降低反應(yīng)活化能，從而加速反應(yīng)的進(jìn)行。（4）共價(jià)催化(covalent catalysis)：酶活性中心親電/親核基團(tuán)參與S敏感鍵斷裂，形成的中間產(chǎn)物不穩(wěn)定，易斷裂而形成產(chǎn)物，酶復(fù)原。（5）金屬離子催化：需要金屬離子的酶分為金屬酶（含緊密結(jié)合的金屬離子）和金屬激活酶（含松散結(jié)合的金屬離子），金屬離子可以參與底物反應(yīng)的定向、通

20、過價(jià)態(tài)改變參與電子轉(zhuǎn)移、通過靜電穩(wěn)定或者屏蔽負(fù)電荷。（6）多元催化和協(xié)同效應(yīng)：多元催化是指幾個(gè)基團(tuán)反應(yīng)協(xié)同作用結(jié)果，活性中心是由多個(gè)基團(tuán)共同構(gòu)成；（7）活性部位微環(huán)境的影響：活性中心周圍為非極性環(huán)境，即低介電環(huán)境，酶催化基團(tuán)和底物分子的敏感鍵之間有很大反應(yīng)力，有助于加速酶促反應(yīng)。別構(gòu)酶活性調(diào)節(jié)模型：別構(gòu)酶是一種活性受到結(jié)合在活性部位以外部位的其他分子調(diào)節(jié)的酶。配體與寡聚蛋白中的一個(gè)原體結(jié)合，使該原體發(fā)生構(gòu)象改變，并通過四級(jí)結(jié)構(gòu)的相互聯(lián)系引起其余原體的構(gòu)象變化，從而影響后續(xù)配體的結(jié)合。先結(jié)合的配體使后續(xù)配體更易結(jié)合成為正協(xié)同，反之為負(fù)協(xié)同。先結(jié)合的配體影響同種配體與同種空閑部位結(jié)合，稱為同促效應(yīng)

21、，影響異種配體與異種空閑部位結(jié)合稱為異促效應(yīng)。同促效應(yīng)既表現(xiàn)為正協(xié)同，又表現(xiàn)為負(fù)協(xié)同，而異促效應(yīng)只表現(xiàn)為正協(xié)同。（1）齊變模型（concerted modle）或?qū)ΨQ（symmetry）模型：別構(gòu)酶分子中的亞基以旋轉(zhuǎn)對(duì)稱方式排列；每個(gè)亞基對(duì)每種配體（底物或調(diào)節(jié)物）只有一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)。整個(gè)酶分子以兩種構(gòu)象存在，分別是松弛型（R型）和緊密型(T型)，R型有利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合，T型不利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合同一酶分子中，不存在構(gòu)象雜合體（RT型），它的亞基要么都以R型存在，要么都以T型存在。兩種構(gòu)象狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變，對(duì)每個(gè)亞基來說，都是同時(shí)、齊步發(fā)生的。當(dāng)?shù)孜锊淮嬖跁r(shí)，絕大多數(shù)酶分子均為T型，加入底物后

22、，T型各亞基齊步向R型轉(zhuǎn)變，且對(duì)稱性保持不變。轉(zhuǎn)變?yōu)镽型后加大了對(duì)底物的親和性。（2）序變模型（sequential modle）別構(gòu)酶的亞基只有兩種構(gòu)象狀態(tài)，R型和T型，其中R型為“開”的構(gòu)象，有利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合，T型為“關(guān)”的構(gòu)象，不利于與底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合。當(dāng)?shù)孜锘蛘{(diào)節(jié)物不存在時(shí)，別構(gòu)酶只以一種構(gòu)象存在，即T構(gòu)象當(dāng)?shù)孜锱c一個(gè)亞基結(jié)合時(shí)，此亞基構(gòu)象發(fā)生變化，并使鄰近的亞基易于發(fā)生同樣的構(gòu)象變化，當(dāng)?shù)诙€(gè)底物與第二個(gè)亞基結(jié)合后，又導(dǎo)致第三個(gè)亞基易于發(fā)生同樣的變化，如此順序傳遞下去，直到最后一個(gè)亞基發(fā)生類似的夠象變化。即同一酶分子中，各亞基從T向R轉(zhuǎn)變是逐個(gè)依次進(jìn)行的。一個(gè)亞基與底物結(jié)合引

23、起的構(gòu)象變化，會(huì)增強(qiáng)或減弱同一酶分子中其余亞基對(duì)底物的親和力，即可為正協(xié)同效應(yīng)也可為負(fù)協(xié)同效應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)酶活性調(diào)節(jié)方式：（1）變構(gòu)調(diào)節(jié)：酶分子的非催化部位與某些化合物可逆地非共價(jià)結(jié)合后，發(fā)生構(gòu)象的改變，進(jìn)而改變酶的活性狀態(tài)。（2）共價(jià)修飾調(diào)節(jié)：通過其他酶對(duì)其多肽鏈上的某些基團(tuán)進(jìn)行了可逆的共價(jià)修飾，使其處于活性與非活性的互變狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)酶活性。（3）酶原激活：體內(nèi)合成的蛋白質(zhì)有時(shí)不具有生物活性，經(jīng)過蛋白質(zhì)水解專一作用后，構(gòu)象發(fā)生變化，形成酶的活性部位，變成活性蛋白，該活化過程是生物體的一種調(diào)節(jié)機(jī)制。第三章 生物膜與物質(zhì)運(yùn)輸膜脂運(yùn)動(dòng) (1)膜脂的流動(dòng)性膜脂流動(dòng)性反映膜脂分子在脂雙層中的分子內(nèi)和分子

24、間運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)可歸納為以下幾種方式。側(cè)向擴(kuò)散，即膜脂分子在脂雙層同一片層內(nèi)與鄰近分子進(jìn)行換位，擴(kuò)散速率的大小可用擴(kuò)散系數(shù)DL表示。在生物膜和人工膜都存在膜脂分子的側(cè)向擴(kuò)散，而且速度很快。旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散：即膜脂分子從脂雙層的一葉翻轉(zhuǎn)到另一片層。由于膜脂均為兩親性分子，這種翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)必須通過脂雙層的疏水核，因此要比側(cè)向擴(kuò)散慢得多。脂?；漠悩?gòu)化運(yùn)動(dòng)：膜脂分子中的脂酰基烴鏈可繞C-C單鍵旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致其構(gòu)型發(fā)生轉(zhuǎn)變。在低溫條件下，脂?；鶡N鏈主要表現(xiàn)為全反式構(gòu)型，隨著溫度升高，偏轉(zhuǎn)構(gòu)型增多，膜流動(dòng)性增大。膜脂分子繞與膜平面垂直的軸左右擺動(dòng)，其極性頭部運(yùn)動(dòng)較快，甘油骨架運(yùn)動(dòng)較慢，脂?；鶡N鏈部運(yùn)動(dòng)也較快，其尾部

25、運(yùn)動(dòng)得最快。膜脂分了圍繞與膜平面垂直的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)動(dòng)速率約為每10ns轉(zhuǎn)動(dòng)2角度。(2)膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性脂雙層可視為整合蛋白的分散介質(zhì)，因此脂質(zhì)分子的物理狀態(tài)就成了整合蛋白運(yùn)動(dòng)性的重要決定因素。膜整合蛋白的主要運(yùn)動(dòng)方式包括側(cè)向擴(kuò)散、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、構(gòu)象變化以及蛋白復(fù)合物的聚集與解聚等。膜蛋白的側(cè)向擴(kuò)散，即膜蛋白沿膜平面作側(cè)向移動(dòng)。膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性取決于脂雙層的微粘度和膜蛋白自身的大小，以及蛋白質(zhì)之間的相互作用，尤其是與膜骨架的聯(lián)系。膜蛋白的側(cè)向擴(kuò)散對(duì)膜酶復(fù)合物和受體系統(tǒng)發(fā)揮功能具有重要的意義。膜蛋白可繞與膜平面垂直的軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。膜蛋白的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與周圍脂質(zhì)有密切關(guān)系，脂雙層的微粘度同樣也影響膜蛋白

26、的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。膜蛋白膜蛋白(Membrane Protein)是指能夠結(jié)合或整合到細(xì)胞或細(xì)胞器的膜上的蛋白質(zhì)的總稱。而細(xì)胞中一半以上的蛋白質(zhì)可以與膜以不同形式結(jié)合。根據(jù)與膜結(jié)合強(qiáng)度的不同，膜蛋白可以被分為兩類：外周膜蛋白和內(nèi)在膜蛋白內(nèi)在膜蛋白（整合蛋白）是整合于膜上的蛋白質(zhì)，總是與膜結(jié)合在一起?？梢远x為需要通過人工加入去垢劑（如SDS或Triton X-100）或其他非極性溶劑才能夠從膜中分離出來的蛋白質(zhì)。內(nèi)在膜蛋白還可以根據(jù)與雙分子膜之間結(jié)合關(guān)系的差異細(xì)分為：跨膜蛋白，顧名思義即跨越膜的兩端的蛋白質(zhì)，其跨膜部分為桶或螺旋結(jié)構(gòu)；單向內(nèi)在膜蛋白，其只從一個(gè)方向（膜外或膜內(nèi)）與膜結(jié)合，雖然部分插入

27、膜中，但不跨膜。外周膜蛋白（外在蛋白）是能夠暫時(shí)與膜或內(nèi)在膜蛋白結(jié)合的蛋白質(zhì)，主要是通過疏水、靜電和其他非共價(jià)相互作用來進(jìn)行結(jié)合，這種結(jié)合可以通過加入極性試劑，如高pH或高鹽溶液來破壞。脂錨定蛋白（脂連接蛋白）通過共價(jià)健的方式同脂分子結(jié)合，位于脂雙層的外側(cè)。同脂的結(jié)合有兩種方式，一種是蛋白質(zhì)直接結(jié)合于脂雙分子層，另一種方式是通過一個(gè)糖分子間接同脂結(jié)合，可以分為兩類，一類是糖磷脂酰肌醇(GPI)連接的蛋白，GPI位于細(xì)胞膜的外小葉，用磷脂酶C（能識(shí)別含肌醇的磷脂）處理細(xì)胞，能釋放出結(jié)合的蛋白；另一類脂錨定蛋白與插入質(zhì)膜內(nèi)小葉的長碳?xì)滏溄Y(jié)合，如三聚體GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白（trimeric 

28、GTP-binding regulatory protein）的 和亞基。物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式1.小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸跨膜運(yùn)輸?shù)男》肿游镔|(zhì)包括代謝物、輔因子、金屬離子、氣體分子、藥物等，按照物質(zhì)運(yùn)輸時(shí)自由能的變化情況，基本上劃分為被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸兩大類：（1）被動(dòng)運(yùn)輸：小分子物質(zhì)借助于膜兩側(cè)濃度（活度）差順著化學(xué)勢(shì)差從高濃度一側(cè)自發(fā)地?cái)U(kuò)散到低濃度一側(cè)，無需另外消耗能量，稱為被動(dòng)運(yùn)輸或擴(kuò)散傳送，包括簡單擴(kuò)散和促進(jìn)擴(kuò)散（物質(zhì)經(jīng)被動(dòng)運(yùn)輸?shù)乃俾始纫蕾囉谠撐镔|(zhì)在膜兩側(cè)的濃度差，又與其分子量大小、電荷以及在脂雙層中的溶解性有關(guān)）。簡單擴(kuò)散即物質(zhì)經(jīng)由親水通道或膜脂流動(dòng)造成的在分子

29、間瞬時(shí)出現(xiàn)的微孔，從高濃度一側(cè)自由擴(kuò)散到低濃度一側(cè)；促進(jìn)擴(kuò)散指糖、氨基酸、核苷酸、羧酸等代謝物和金屬離子以比簡單擴(kuò)散快得多的速率順著濃度梯度跨膜運(yùn)輸，這是由于膜上有幫助其通過的特異的運(yùn)輸?shù)鞍?，因此稱為促進(jìn)擴(kuò)散，參與促進(jìn)擴(kuò)散的重要的運(yùn)輸?shù)鞍子虚T通道（激動(dòng)劑或配體門通道；電位門通道）和載體蛋白（未在膜上形成跨膜通道，具有高度的特異性，只能與某一類型或某一種物質(zhì)暫時(shí)性可逆結(jié)合，通過引發(fā)構(gòu)象變化）。（2）主動(dòng)運(yùn)輸：細(xì)胞必須經(jīng)常逆著濃度梯度選擇性地吸收或排出這些物質(zhì)，同時(shí)伴隨能量的消耗，稱為主動(dòng)運(yùn)輸。主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)主要表現(xiàn)為：需要供給能量；專一性；運(yùn)輸速率可達(dá)到“飽和”狀態(tài)；方向性；選擇性抑制。主動(dòng)運(yùn)輸

30、可再劃分為初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸、次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸和基團(tuán)移位:初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸:初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)直接通過ATP等高能化合物提供能量，推動(dòng)離子和某些代謝物的主動(dòng)運(yùn)輸;離子泵和離子通道的區(qū)別：離子泵是多亞基的載體蛋白在運(yùn)輸?shù)倪^程中很多需要與被轉(zhuǎn)運(yùn)分子結(jié)合且運(yùn)輸過程中需要ATP提供能量，屬于主動(dòng)運(yùn)輸;離子通道則不同,在運(yùn)輸過程中由特定條件（如離子濃度、壓力、電信號(hào)等）激活通道后，通道打開離子通過在離子通過過程中通道不與離子結(jié)合，屬于被動(dòng)運(yùn)輸 三種離子泵的一些性質(zhì)離子泵類型亞基組成功能催化機(jī)制抑制劑實(shí)例P型單肽鏈水解ATPE1-E2構(gòu)象變化VO3-Ca2+-ATPase烏本苷Na+-K+-ATPaseF型多亞基合成AT

31、P結(jié)合變構(gòu)寡霉素，DCCDF1-F0-ATPaseV型多亞基水解ATP結(jié)合變構(gòu)NEM，NO3-V-ATPase次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸:次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)并不直接通過水解ATP提供能量來推動(dòng)，而是依賴于以離子梯度形式貯存的能量;基團(tuán)轉(zhuǎn)位:物質(zhì)跨膜運(yùn)輸通常并不需進(jìn)行化學(xué)修飾，但有些細(xì)菌攝入糖時(shí)需進(jìn)行磷酸化反應(yīng)，以糖-磷酸形式進(jìn)入細(xì)胞，稱為基團(tuán)轉(zhuǎn)位2.大分子的跨膜運(yùn)輸?核質(zhì)運(yùn)輸過程核被膜將細(xì)胞核與胞漿分隔開，二者之間的物質(zhì)運(yùn)輸需經(jīng)核孔復(fù)合物進(jìn)行。分子量小于5kDa的物質(zhì)隨機(jī)擴(kuò)散通過核孔；550kDa的物質(zhì)可能經(jīng)被動(dòng)擴(kuò)散進(jìn)入核內(nèi)，也可能經(jīng)由主動(dòng)運(yùn)輸；分子量50kDa的物質(zhì)，像組裝的核糖體亞基和信息體等巨大的核蛋白

32、復(fù)合物，必須經(jīng)由NPC主動(dòng)運(yùn)輸。大分子的核質(zhì)運(yùn)輸依賴于溫度和能量供給，還需要運(yùn)輸因子的介導(dǎo)和核孔復(fù)合物蛋白的參與。（1）核輸入：輸入細(xì)胞核的蛋白質(zhì)內(nèi)有一段特殊的氨基酸序列作為輸入信號(hào)，稱為核定位信號(hào)（nuclear localization signal, NLS）。NLS介導(dǎo)的蛋白質(zhì)核輸入是個(gè)多步驟、單向、溫度和能量依賴的復(fù)雜過程，并表現(xiàn)出競爭飽和性。輸入素（58kDa）有識(shí)別NLS的功能，是NLS受體；輸入素（97kDa）則與NPC組分相互作用。NLS蛋白與異源二聚體結(jié)合是核輸入的起始步驟；輸入素·NLS蛋白復(fù)合物借助于在核孔周圍聚集。NLS蛋白-輸入素復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核需消耗能量

33、，而且至少需要Ran和NTF2（p10）蛋白，可能還需要一些Ran結(jié)合蛋白（Ran BP）和Ran GAP的協(xié)同作用。Ran是廣泛參與細(xì)胞過程的一種小G蛋白，通過結(jié)合輸入素使二聚體解聚，并促進(jìn)輸入素從核孔復(fù)合物結(jié)合部位釋放出來。NTF2（p10）可與NPC中心區(qū)的糖蛋白p62結(jié)合，引導(dǎo)NLS蛋白·輸入素復(fù)合物到達(dá)中心通道。還有一些蛋白和受體入核需要Hsp70Hsc70的參與。（2）核輸出：與核輸入形成對(duì)照，輸出的多為巨大的核蛋白顆粒（RNP），轉(zhuǎn)位時(shí)打開成為直徑的25nm的顆粒，可能是NPC最大輸出尺寸。對(duì)蛋白質(zhì)等大分子上核輸出信號(hào)(nuclear export signal, NE

34、S)所知有限，這些NES常常是接應(yīng)蛋白的結(jié)合部位。已鑒定的輸出素（exportin）為CRM1CAS。CRM1與NPC的CANNup 214相結(jié)合；CAS以一種依賴Ran·GTP的方式與輸入素結(jié)合。泡囊運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)等生物大分子通過質(zhì)膜進(jìn)出細(xì)胞（內(nèi)吞外排），以及經(jīng)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-Golgi器運(yùn)輸?shù)劫|(zhì)膜和其它內(nèi)膜系統(tǒng)，均需依賴有被泡囊運(yùn)輸系統(tǒng)。1.泡囊運(yùn)輸過程可劃分成三個(gè)階段：貨物在供體膜上聚集，膜發(fā)生凹陷，出芽，形成有被小泡；運(yùn)輸小泡在細(xì)胞內(nèi)定向轉(zhuǎn)移（靶向）；小泡?？吭谑荏w膜（靶膜）上，拆卸外被，小泡膜與靶膜融合，釋放出內(nèi)涵物，完成貨物運(yùn)送。2.泡囊運(yùn)輸中至少形成三類不同的外被：網(wǎng)格蛋白或包涵

35、素包被的小泡，負(fù)責(zé)運(yùn)輸液泡溶酶體蛋白； 接合蛋白或適配素（adaptin）；COP包被的小泡，負(fù)責(zé)ER到Golgi器以及Golgi器各區(qū)間的蛋白質(zhì)運(yùn)輸；lace-like包被的小泡，負(fù)責(zé)Golgi網(wǎng)到質(zhì)膜及分泌蛋白的運(yùn)輸。3.以受體介導(dǎo)的內(nèi)吞（receptor-mediated endocytosis）為例，說明泡囊運(yùn)輸?shù)牟襟E接合蛋白復(fù)合物AP2被募集到質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，停靠在synptotagmin上；AP2在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)自動(dòng)群集，并募集網(wǎng)格蛋白三叉輻射體組裝成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)；dynamin被募集到AP2-網(wǎng)格蛋白網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)上，彎曲，形成有被小窩；受體自動(dòng)聚集到有被小窩（有的受體在結(jié)合配體時(shí)才聚集到有被小窩

36、）；配體與受體結(jié)合，觸發(fā)有被小窩內(nèi)陷（開始出芽），通過一個(gè)狹口粘在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，dynamin在缺口上重新分配；膜的外葉開始融合，小泡出芽，這個(gè)過程需水解ATP和GTP；釋放網(wǎng)格蛋白，Hsc70和auxilin介導(dǎo)外被的拆卸，這個(gè)過程也要水解ATP；釋放AP2，失去外被的內(nèi)吞小泡與胞內(nèi)體融合，釋放出所結(jié)合的配體。內(nèi)吞小泡與初級(jí)溶酶體融合形成次級(jí)溶酶體，其中的水解酶可將配體降解。含有受體的小泡可與質(zhì)膜融合，使受體循環(huán)使用，或?qū)⑹荏w送入溶酶體降解。氧化磷酸化機(jī)制ATP合酶是生物體能量代謝的關(guān)鍵酶，在跨膜質(zhì)子電化學(xué)勢(shì)的推動(dòng)下催化ATP的合成，因而又稱H+-ATPase。由突出于膜外的F1和嵌入膜內(nèi)的FO

37、兩部分組成，F(xiàn)1部分有3個(gè)催化位點(diǎn)，催化ATP的水解或合成；FO是一個(gè)疏水蛋白復(fù)合體，形成跨膜的H+通道。氧化磷酸化偶聯(lián)機(jī)制：化學(xué)滲透假說認(rèn)為能源物質(zhì)氧化時(shí)高能電子經(jīng)呼吸鏈傳遞激活O2，生成了H2O，同時(shí)推動(dòng)H+從線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移到外側(cè)，建立跨膜的H+電化學(xué)梯度，再由這種跨膜的H+電化學(xué)勢(shì)驅(qū)動(dòng)F1-F0 ATPase合成ATP。但是化學(xué)滲透假說為泛醌在電子傳遞中作用提出的Q循環(huán)還有待進(jìn)一步證明；化學(xué)滲透假說的基礎(chǔ)是膜的完整性，而類囊體膜并未形成閉合的基粒；據(jù)測定，線粒體內(nèi)膜的電化學(xué)勢(shì)大約可合成1分子ATP，而實(shí)際上每生成1分子H2O合成3分子ATP。故這種觀點(diǎn)尚待確認(rèn)。第四章 糖蛋白與蛋白聚

38、糖N-聚糖：連接在蛋白質(zhì)肽鏈中天冬酰胺殘基側(cè)鏈酰胺氮上的寡糖。此類寡糖通常均有一個(gè)核心的五糖和類似結(jié)構(gòu)的外周糖鏈。聚糖的生物學(xué)作用（1）聚糖在蛋白質(zhì)分子正確折疊和亞基締合中的作用N-糖基化是伴翻譯過程，N-聚糖的引入可作為肽鏈正確折疊的重要信號(hào)、分子伴侶等。（2）聚糖對(duì)蛋白質(zhì)的屏蔽效應(yīng)聚糖覆蓋于糖蛋白表面，聚糖越大，天線數(shù)越多，覆蓋的面積就越大，就更有利于糖蛋白抗御蛋白酶的水解。（3）聚糖在糖蛋白細(xì)胞內(nèi)分揀、投送和分泌中的作用合成溶酶體蛋白上Man-6-P的關(guān)鍵酶N-乙酰氨基葡萄糖磷酸轉(zhuǎn)移酶的缺失導(dǎo)致溶酶體酶無法投送到位，造成胎死腹中。（4）聚糖對(duì)糖蛋白生物活性的影響糖鏈?zhǔn)怯H水結(jié)構(gòu)，酸性糖鏈還

39、帶有負(fù)電荷，糖鏈的引入必然改變蛋白分子親水表面的大小與布局和/或電荷平衡，影響蛋白質(zhì)的構(gòu)象，從而不同程度地影響其生物學(xué)性質(zhì)。（5）聚糖在分子識(shí)別和細(xì)胞識(shí)別中的作用糖鏈最重要的生物學(xué)功能是在分子識(shí)別和細(xì)胞識(shí)別中充當(dāng)信號(hào)分子，其能夠在受體-配體相互識(shí)別、維持血漿糖蛋白平衡、構(gòu)成某些抗原決定簇、凝集素對(duì)單糖和聚糖的識(shí)別、病原體-寄主細(xì)胞的識(shí)別、配子識(shí)別與結(jié)合和細(xì)胞粘附中發(fā)揮作用。糖蛋白生物合成調(diào)控（1）糖基化位點(diǎn)的選擇除多肽鏈中的N-糖基化位點(diǎn)Asn-x-Ser/Thr三聯(lián)序列子外，決定是否糖基化的因素有這個(gè)三聯(lián)序列子如處于親水片段才能被N-糖基化。三聯(lián)序列子約70%處于-轉(zhuǎn)角，N-糖基化的幾率最高

40、；約20%處于-折疊，而10%處于-螺旋中的三聯(lián)序列子N-糖基化幾率最低。三聯(lián)序列子中的X也明顯影響N-糖基化效率。鄰近三聯(lián)序列子的氨基酸也可影響其糖基化率，如Pro則降低糖基化率，羥基化氨基酸（2）糖基供體的可利用性ER-Golgi膜上的糖核苷酸運(yùn)輸系統(tǒng)是雙向搬運(yùn)工，一方面把各種活化糖基供體運(yùn)入ER-Golgi腔內(nèi)，保證了糖基化反應(yīng)對(duì)供體的需求；另一方面糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)生成的5-NMP通過抑制運(yùn)輸裝置和糖基轉(zhuǎn)移酶的活性，來保證糖基轉(zhuǎn)移酶有足夠的活性。（3）遺傳控制聚糖生物合成主要涉及糖基轉(zhuǎn)移酶，其有極高的底物專一性，即對(duì)糖基供體和受體的結(jié)構(gòu)有高度選擇性，前一個(gè)酶的產(chǎn)物優(yōu)先被另一糖基轉(zhuǎn)移酶用作后續(xù)

41、糖基化的受體底物，結(jié)果一組相關(guān)的糖基轉(zhuǎn)移酶按一定的順序作用，以非凡的精確度把單糖基彼此連接成特定的聚糖。第六章 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體：是細(xì)胞表面或亞細(xì)胞組分中的一類特殊的蛋白質(zhì)分子，可識(shí)別并專一地結(jié)合有生物活性的信號(hào)分子，從而激活或觸發(fā)一系列生化反應(yīng)，最終產(chǎn)生該信號(hào)特定的生物學(xué)效應(yīng)。受體多為糖蛋白，一般有兩個(gè)以上的結(jié)構(gòu)域：配體結(jié)合區(qū)和效應(yīng)調(diào)節(jié)區(qū)。受體的基本特征：特異性、敏感性、飽和性和可調(diào)控性。接頭蛋白：通常含有多個(gè)結(jié)合其它分子的特殊蛋白模塊（如SH2、SH3、PTB、PTD、WW、PH等），或與蛋白模塊結(jié)合的結(jié)構(gòu)（如磷酸化的酪氨酸、富含脯氨酸的模體、磷脂等），因此可以把上游和下游的信號(hào)分子連接在

42、一起，協(xié)助信號(hào)的傳遞。錨定蛋白：是一類特殊的接頭蛋白，除結(jié)合多種信號(hào)分子外，還通過它的一端與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合，把胞漿中與同一信號(hào)傳遞過程密切相關(guān)的信號(hào)分子定位在近膜區(qū)。第二信使：是指受體被激活后在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的活性物質(zhì).已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的第二信使有許多種，如Ca2+、cAMP、cGMP、IP3和DG。G蛋白：即GTP結(jié)合蛋白或鳥苷酸調(diào)節(jié)蛋白，已發(fā)現(xiàn)它是一個(gè)蛋白質(zhì)家族，其中有許多在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著偶聯(lián)膜受體與效應(yīng)器的中介作用。G蛋白的GTP結(jié)合形式為其活化狀態(tài)；GDP結(jié)合形式為其非活化狀態(tài)。通常按其分子大小分為異源三聚體（）G蛋白，縮寫為Gp，和單鏈小分子G蛋白。小分子G蛋白:家族至少

43、有60多個(gè)成員，均為分子量2030kDa的單肽鏈，GTP結(jié)合形式為活化狀態(tài)，GDP結(jié)合形式為非活化狀態(tài)。根據(jù)氨基酸序列同源性，將其劃分為6個(gè)家族，即Ras、Rho、Arf、Sar、Ran和Rab。小G蛋白都有4個(gè)保守的結(jié)構(gòu)域（），和區(qū)有GTPase活性區(qū)，區(qū)為GTP/GDP結(jié)合部位。小G蛋白的GTPase活性很低，在生理?xiàng)l件下不能把結(jié)合的GTP水解成GDP和Pi，需要GAP（GTPase activating protein）的幫助才能水解GTP。許多小G蛋白的GDP結(jié)合形式與GDI（GDP dissociated factor）形成穩(wěn)定的復(fù)合物存在于胞漿中。在GDF（GDI dissocia

44、ted factor）和GEF（guanine nucleotide exchange factor）的幫助下，非活化狀態(tài)的小G蛋白與GDI和GDP解離，與GTP結(jié)合。這些蛋白因子共同組成了一個(gè)調(diào)節(jié)小G蛋白活性的體系。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：指細(xì)胞感受、轉(zhuǎn)導(dǎo)環(huán)境刺激的分子途徑及其對(duì)代謝生理反應(yīng)和基因表達(dá)的調(diào)控，即胞外信號(hào)首先刺激細(xì)胞質(zhì)膜，通過跨膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)引發(fā)胞內(nèi)各種特定的反應(yīng)，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)包括信號(hào)分子的接收、信號(hào)的放大和效應(yīng)的產(chǎn)生三個(gè)階段。MAPK：MAPK是一類蛋白激酶家族，普遍存在于動(dòng)植物與真菌中，參與細(xì)胞因子、一下激素的信號(hào)傳導(dǎo)以及應(yīng)激等刺激下的細(xì)胞反應(yīng)，分ERK、JNK/SAPK和p38三

45、個(gè)亞家族。cAMP信號(hào)通路（ PKA系統(tǒng)）（1）cAMP信號(hào)通路（ PKA系統(tǒng)）是細(xì)胞外信號(hào)和G蛋白偶聯(lián)的受體結(jié)合，導(dǎo)致胞內(nèi)第二信使cAMP的水平變化而引起細(xì)胞反應(yīng)的信號(hào)通路。（2）cAMP通路涉及的反應(yīng)鏈：配體G蛋白耦聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMP依賴cAMP的蛋白激酶A基因調(diào)控蛋白基因轉(zhuǎn)錄（3）cAMP通路的組成要素：胞外信息分子（第一信使）；膜受體；G蛋白；腺苷酸環(huán)化酶 (adenylate cyclase，AC)；第二信使cAMP ；蛋白激酶A (protein kinase A，PKA)（4）G蛋白偶聯(lián)受體的信號(hào)傳導(dǎo)過程：激動(dòng)信號(hào)與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合后導(dǎo)致受體構(gòu)象改變，受體與G蛋白

46、受體結(jié)合形成復(fù)合體，G蛋白的亞基構(gòu)象改變，結(jié)合GTP活化。亞基解離，活化腺苷酸環(huán)化酶（AC），AC可利用ATP生成cAMP。cAMP與依賴cAMP的蛋白激酶（PKA）的調(diào)節(jié)亞基和催化亞基分離，活化催化亞基。催化亞基將代謝途徑中的一些靶蛋白中的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，將其激活或鈍化。被磷酸化的靶蛋白往往是調(diào)節(jié)酶或重要功能蛋白，因而可以介導(dǎo)細(xì)胞外信號(hào)，調(diào)節(jié)細(xì)胞反應(yīng)。Ca2+信號(hào)通路信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之間的關(guān)系（cAMP與Ca2+通路間的互作）：下圖較系統(tǒng)地展示了cAMP與Ca2+信號(hào)途徑之間在不同層面上的交談：圖6.37 cAMP與Ca2+信號(hào)途徑的交談Ca2+活化CaM之后，可激活依賴Ca2+-Ca

47、M的PDE，從而降低cAMP的濃度；另一方面，PKA可將與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+泵結(jié)合的受磷蛋白磷酸化，或使質(zhì)膜Ca2+泵C-端磷酸化激活Ca2+泵，把Ca2+泵入鈣庫或胞外而降低胞漿中的Ca2+濃度。在這一點(diǎn)上兩條信號(hào)通路之間實(shí)為負(fù)反饋相互抑制作用。Ca2+·CaM激活的肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）如先被PKA磷酸化便難以結(jié)合Ca2+·CaM，二者在此相互拮抗。PKA和CaMPK共同的底物糖原合酶被磷酸化后鈍化，而糖原磷酸化酶激酶（PhK）同時(shí)被PKA激活，PhK的一個(gè)調(diào)節(jié)亞基實(shí)際就是CaM，必須與Ca2+結(jié)合才能被激活，因此cAMP和Ca2+信號(hào)促進(jìn)糖原的降解同時(shí)抑制糖原合成，

48、兩條信號(hào)途徑在這一點(diǎn)上相互協(xié)同。PKA和CaMPK都能活化轉(zhuǎn)錄因子CREB，促進(jìn)相同的基因表達(dá)，也表現(xiàn)為協(xié)同作用。大多數(shù)ACase亞型都能被Ca2+·CaM激活，表現(xiàn)為Ca2+信號(hào)可促進(jìn)cAMP信號(hào)；而PKA將IP3R磷酸化使這個(gè)Ca2+通道對(duì)IP3刺激的敏感性下降，抑制Ca2+信號(hào)的強(qiáng)度。Ca2+·CaM活化的蛋白磷酸酶2B（PP2B）可使PDE脫磷酸而活化，加速cAMP的降解；PP2B還催化PP1抑制蛋白（I-1）脫磷酸而失去抑制作用，從而使PP1活化，把被PKA磷酸化的靶蛋白脫磷酸，逆轉(zhuǎn)cAMP信號(hào)途徑的作用，表現(xiàn)為拮抗性相互作用。其實(shí)PKA的靶蛋白還有許多，受Ca2

49、+調(diào)節(jié)的酶和生理過程更多，這兩條信號(hào)途徑之間的關(guān)系還要錯(cuò)綜復(fù)雜得多。信號(hào)網(wǎng)絡(luò)本身及其中的信息流動(dòng)都無時(shí)無刻受到細(xì)胞結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)、代謝活動(dòng)和內(nèi)外環(huán)境變化的限制與調(diào)節(jié)。徹底揭示活體內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行機(jī)制，將是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)和長期奮斗的目標(biāo)。第五章 蛋白質(zhì)降解（要考的比較少）1.蛋白質(zhì)降解的意義.維持細(xì)胞內(nèi)氨基酸代謝庫的動(dòng)態(tài)平衡，有助于維持細(xì)胞家政和生長發(fā)育需要；.參與細(xì)胞程序性死亡和貯藏蛋白的動(dòng)員，按化學(xué)計(jì)量或脫輔基蛋白/輔因子比率累積寡聚蛋白的亞基 .蛋白質(zhì)前體分子的水解裂解加工，切去多余的殘基或片段生成成熟的蛋白質(zhì)分子；清除反常蛋白質(zhì)以免其累積到對(duì)細(xì)胞有害的水平，如基因突變、自由基損失和病

50、理狀態(tài)等產(chǎn)生的反常蛋白?？刂萍?xì)胞內(nèi)關(guān)鍵蛋白的濃度，調(diào)節(jié)代謝或控制發(fā)育進(jìn)程參與細(xì)胞防御機(jī)制，如補(bǔ)體系統(tǒng)中許多組分具有蛋白酶活性。蛋白質(zhì)降解機(jī)制研究用于生物技術(shù)，例如Lon-E.coli中La缺失，可避免將引入的外源基因編碼的蛋白質(zhì)降解。2.蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)（1）溶酶體系統(tǒng)溶酶體富含在酸性條件下起作用的酶，能把經(jīng)內(nèi)吞被攝入細(xì)胞的外源蛋白或經(jīng)受體介導(dǎo)胞飲進(jìn)入的脂蛋白、鐵傳遞蛋白、激素、受體等長壽命蛋白迅速降解成肽和氨基酸?，F(xiàn)已查明，溶酶體中至少有60多種水解酶，包括多種組織蛋白酶。實(shí)驗(yàn)表明溶酶體系統(tǒng)在一定的營養(yǎng)和內(nèi)分泌狀況下似乎是細(xì)胞蛋白降解的主要途徑。（2）蛋白質(zhì)降解的泛肽途徑3.蛋白質(zhì)泛素降解的過

51、程及生物學(xué)意義（1）過程：泛肽途徑的酶促過程概括如下：在E1催化下活化的泛肽以硫酯鍵連接在E1上，消耗一分子ATP；在E2作用下，活化的泛肽分子以硫酯鍵結(jié)合于E2上；之后，E3可直接或間接地與特定的靶蛋白結(jié)合，直接或間接地將泛肽從硫酯中間物轉(zhuǎn)移到底物蛋白一個(gè)Lys殘基的-氨基N上，形成多泛肽鏈。在E1、E2、E3的作用下，靶蛋白被多泛肽化，隨即被26S蛋白酶體識(shí)別并講解。泛肽再經(jīng)去泛肽酶再生之后重復(fù)利用。多泛肽鏈的形成通常還需要多泛肽鏈延伸因子（E4）的幫助。去泛肽化酶（DUB）可消除錯(cuò)誤的泛肽化。泛肽結(jié)合蛋白（UBPs）則通過與泛肽化蛋白的相互作用防止單泛肽變成多泛肽鏈，或把信號(hào)從泛肽化蛋白

52、傳向下游。（2）生物學(xué)意義：主要負(fù)責(zé)細(xì)胞溶膠和細(xì)胞核內(nèi)短壽命蛋白和反常蛋白的降解，如轉(zhuǎn)錄因子和限速酶等。這些如不及時(shí)降解，會(huì)干擾正常的生理活動(dòng)。降解后，這些酶的數(shù)量由基因表達(dá)來調(diào)控，可以得到更精確的控制。4.胱天蛋白酶及其調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡的機(jī)制細(xì)胞凋亡：是正常機(jī)體細(xì)胞在受到生理和病理性刺激后出現(xiàn)的一種自發(fā)的死亡過程，它受相關(guān)基因的調(diào)控，因此又稱程序性死亡（programmed cell death），在多細(xì)胞生物的組織分化、器官發(fā)育以及維持自身穩(wěn)定中具有重要意義。細(xì)胞凋亡一旦失控或發(fā)生紊亂，必將導(dǎo)致疾病、畸形甚至死亡。胱天蛋白酶：是一類介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的Cys蛋白酶家族，分子量3050kDa，能特異地

53、識(shí)別四肽模體并切斷Asp之后的肽鍵，活性中心為半胱氨酸，均以酶原形式合成與存在，基本結(jié)構(gòu)包括：N-端結(jié)構(gòu)域，一個(gè)大亞基（20kDa）和一個(gè)小亞基（10kDa）。N-端結(jié)構(gòu)域由23216個(gè)殘基組成，序列高度可變，參與酶原激活的調(diào)節(jié)。pro-caspase活化時(shí)，首先要切下C-端的小亞基，再從大亞基片段前切除N-端結(jié)構(gòu)域，活性酶就是兩個(gè)大亞基和兩個(gè)小亞基組成的異源四聚體。5.caspase誘發(fā)細(xì)胞凋亡的機(jī)理：誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的因素經(jīng)由不同的信號(hào)途徑傳遞和放大，最后都集中于caspase，在3060min內(nèi)，活化的caspase運(yùn)用不同手段有效性地選擇性地破壞維持細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)，最終將細(xì)胞殺

54、死。（1）滅活細(xì)胞抗凋亡蛋白：活化的caspase-3可以把CAD（caspase-activated DNase 或DNA fragmentation factor）-ICAD (inhibitor of CAD)中的ICAD降解，釋放出有活性的CAD，進(jìn)入細(xì)胞核之后在核小體之間裂解染色體DNA，使之片段化。凋亡抑制因子Bcl-2家族的一些抗凋亡成員也被活化的caspase降解而喪失抗凋亡作用，有些片段甚至具有促凋亡作用。（2）破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)：活化的caspase-6可通過剪切直接拆毀細(xì)胞結(jié)構(gòu)，如特異地切割核纖層蛋白和使染色質(zhì)組織化的剛性結(jié)構(gòu)核板，促使染色質(zhì)固縮。活化的caspase-3可將膠

55、溶蛋白裂解，導(dǎo)致細(xì)胞骨架崩塌，并進(jìn)一步活化下游caspase，引起核裂解和細(xì)胞死亡。（3）破壞細(xì)胞損傷監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和修復(fù)機(jī)制：細(xì)胞中存在著精巧的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以便及時(shí)探測DNA的損傷，并在DNA修復(fù)期間推遲細(xì)胞周期的進(jìn)程。監(jiān)測基因組狀態(tài)和調(diào)節(jié)細(xì)胞周期進(jìn)程的兩種重要的蛋白質(zhì)p53和pRb在凋亡期間被caspase-3和其它效應(yīng)caspase裂解。（4）激活啟動(dòng)細(xì)胞死亡的蛋白激酶：至少有13種蛋白激酶被caspase-3和其它效應(yīng)caspase裂解為具有組成型活性的催化片段，這些失控的激酶活性通過活化促凋亡基因的轉(zhuǎn)錄而啟動(dòng)細(xì)胞凋亡。（5）細(xì)胞凋亡期間被caspase裂解的還有一些與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)的蛋白質(zhì)

56、。6.caspase對(duì)細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié)pro-caspase在活細(xì)胞中不斷表達(dá)，在神經(jīng)元中能存活一生，而細(xì)胞凋亡仍能迅速地被誘導(dǎo)，說明caspase前體的加工與活性受到十分精密而有效的調(diào)控。（1）轉(zhuǎn)錄調(diào)控：pro-caspase基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控很重要。例如caspase-3的水平在淋巴細(xì)胞和成熟髓細(xì)胞中相當(dāng)高，而在乳腺上皮細(xì)胞和中樞神經(jīng)中以低水平出現(xiàn)，凋亡啟動(dòng)后腦和神經(jīng)細(xì)胞中pro-caspase-3的mRNA濃度上升。（2）死亡受體誘導(dǎo)的活化作用的調(diào)控：死亡受體相關(guān)的接應(yīng)蛋白對(duì)pro-caspase的活化作用受FLIP等調(diào)節(jié)因子的抑制。（3）Bcl-2家族對(duì)Cytc: Apaf-1途徑的調(diào)控：按

57、分子結(jié)構(gòu)Bcl-2凋亡調(diào)控蛋白家族可劃分為Bcl-2、Bax和BH-3亞家族。通過對(duì)Cytc: Apaf-1途徑的調(diào)控，Bcl-2亞家族抑制凋亡，Bax和BH-3亞家族促進(jìn)細(xì)胞凋亡。（4）IAP的調(diào)節(jié)作用：IAP能結(jié)合并抑制活化的caspase-3和caspase-7，與 pro-casepase-9結(jié)合并防止其活化。（5）翻譯后修飾調(diào)節(jié)：在不同模型中，NO可抑制或誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；有許多間接證據(jù)暗示caspase是磷酸化的靶標(biāo)。（6）有些病毒蛋白也可抑制caspase的活性，如牛痘病毒編碼的CrmA作為假底物結(jié)合并抑制caspase-1的活性。第七章 蛋白質(zhì)共價(jià)修飾1.蛋白質(zhì)可逆磷酸化作用的特點(diǎn)（1）專一性強(qiáng)：胞外信號(hào)經(jīng)胞內(nèi)信使控制蛋白激酶和蛋白磷酸酶的活性，通過對(duì)特定靶蛋白進(jìn)行可逆的磷酸化修飾調(diào)節(jié)細(xì)胞生理過程，與別構(gòu)調(diào)節(jié)相比顯然較少受胞內(nèi)代謝物的影響，能較專一地對(duì)胞外刺激作出準(zhǔn)確的應(yīng)答。（2）級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程包括一系列連鎖反應(yīng)，前面的反應(yīng)對(duì)下一步的酶進(jìn)行可逆磷酸化修飾，從而使微弱的原始信號(hào)逐級(jí)放大，同時(shí)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)各層次的可調(diào)控性增強(qiáng)了對(duì)生理生化過程的調(diào)控作用。（3）節(jié)省而有效的調(diào)節(jié)：可逆的磷酸化使被修飾的蛋白質(zhì)激活或被“凍結(jié)”，在不改變蛋白質(zhì)總量的情況下，只需消