第2章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能課件

第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)1.概述一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)（高級結(jié)構(gòu)決定其功能）三維結(jié)構(gòu)的多樣性（只有幾種在生物條件下占優(yōu)勢）弱鍵是穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的主要作用力肽鍵是剛性的平面2、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)a-螺旋是一種常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)（為什么a-螺旋比其他的多種可能構(gòu)象更容易形成呢？為什么組成蛋白質(zhì)的氨基酸都是L型結(jié)構(gòu)？）氨基酸序列影響a-螺旋的穩(wěn)定性（Glu,Lys,Aln,Ser,Thr,Pro,Ala是如何影響到a-螺旋的穩(wěn)定性？為什么說N-端是一個帶正電荷的氨基酸的話a-螺旋就沒那么穩(wěn)定了？C-端呢？）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)---折疊使多肽鏈折疊形成片層結(jié)構(gòu)為什么蠶絲和蜘蛛網(wǎng)的絲心蛋白中Gly，Ala較多？蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)---轉(zhuǎn)角在蛋白質(zhì)中普遍存在（幾乎占球蛋白的1/3，位于球蛋白的表面，Gly,Pro常出現(xiàn)）常見的二級結(jié)構(gòu)都有典型的鍵角和氨基酸成分（只有Gly常被發(fā)現(xiàn)）蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)：1．絕大部分球蛋白既含α-螺旋，也含β-折疊結(jié)構(gòu)。2．殘基側(cè)鏈所處位置由其極性決定：

·非極性殘基Val、Leu、Ile、Met、Phe常位于蛋白質(zhì)內(nèi)部，形成疏水性內(nèi)核；

·帶電荷極性殘基Arg、His、Lys、Asp、Glu常位于蛋白質(zhì)分子表面；

·不帶電荷的極性基團Ser、Thr、Asn、Gly、Tyr、Trp常位于蛋白質(zhì)分子表面（位于分子內(nèi)部時與其他基團形成氫鍵）。3．球蛋白核心的組裝效率高為了避開水，蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的非極性基團緊密排列，密度與某些有機分子的晶體相當(dāng)，因此蛋白質(zhì)分子內(nèi)部更象晶體結(jié)構(gòu)而不象油滴。4．長的多肽鏈形成結(jié)構(gòu)域200個以上殘基的多肽鏈常盤繞、折疊成兩個或更多的球狀聚集體，稱domain。常與功能相聯(lián)系。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)纖維蛋白適合于結(jié)構(gòu)性功能：a-角蛋白：a-螺旋以二硫鍵交聯(lián)，頭發(fā)/羽毛/指甲/角/蹄絲心蛋白：β-折疊結(jié)構(gòu)，緊密排列，富含Gly，Ala膠原蛋白：三股螺旋，拉伸強度高與鋼絲但不能伸長，肌腱/骨膠原/結(jié)締組織（每條鏈形成左手螺旋，在形成右手超螺旋，含35%Gly11%Ala21%Pro）球蛋白結(jié)構(gòu)的多樣性決定了其功能的多樣性（酶，運輸?shù)鞍祝{(diào)節(jié)蛋白，免疫蛋白等）多種球蛋白的分析揭示其共同的結(jié)構(gòu)模式（超二級結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)域，a-a轉(zhuǎn)角，β-

a-β環(huán)，β-桶）蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)有簡單的二聚體，也有大的復(fù)合體（寡聚體，多聚體，TMV）β-蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致功能喪失氨基酸序列決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)多肽鏈的折疊是一個漸進的過程某些蛋白質(zhì)的折疊需要協(xié)助（分子伴侶，熱激蛋白家族Hsp70）蛋白質(zhì)變性與折疊蛋白質(zhì)的功能與配體可逆性結(jié)合-氧合蛋白（肌紅蛋白，血紅蛋白，協(xié)同作用）鐮刀形貧血癥—分子病蛋白質(zhì)與配體間的互補作用—免疫系統(tǒng)和免疫球蛋白（巨shu細(xì)胞，B-細(xì)胞，T-細(xì)胞，免疫應(yīng)答，細(xì)胞識別，抗原抗體的結(jié)合緊密而特異）肌球蛋白與肌動蛋白（肌球蛋白沿著肌動蛋白細(xì)絲滑動）蛋白質(zhì)尋靶新生蛋白質(zhì)含有它們最終目的地的信號附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體形成分泌蛋白和膜蛋白信號序列是蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)運的標(biāo)志-信號肽信號識別顆粒SRP檢測信號序列并使核糖體附著在ER膜上蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作用是學(xué)習(xí)過程的基本機制

學(xué)習(xí)行為的神經(jīng)機制，一直是腦科學(xué)的熱門研究課題，近年腦分子生物學(xué)的研究有了新的突破：神經(jīng)細(xì)胞膜上的一些特殊蛋白質(zhì)大分子，通過其自身的變構(gòu)作用就能完成學(xué)習(xí)的基本過程。細(xì)胞膜上的酶蛋白、受體蛋白、離子通道蛋白都具有變構(gòu)特性，都可能成為學(xué)習(xí)過程的物質(zhì)基礎(chǔ)（如腺苷酸環(huán)化酶、S-100酸性蛋白質(zhì)）。蛋白質(zhì)工程從DNA入手，改變基因，定做新的蛋白質(zhì)的技術(shù)。這一新技術(shù)綜合運用蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與功能的詳細(xì)信息，重組DNA技術(shù)，用定位突變基因的方法直接修飾或人工合成基因，有目的地按照設(shè)計來改變蛋白質(zhì)分子中任何一個氨基酸殘基或結(jié)構(gòu)區(qū)域，從而定向地改造蛋白質(zhì)的性質(zhì)，使其具有人們所希望的性能的新型蛋白質(zhì)，或者創(chuàng)造自然界不存在的性質(zhì)獨特的蛋白質(zhì)。（見下圖）蛋白質(zhì)工程的研究方法與策略將某些蛋白質(zhì)的部分功能進行分解和重組，獲得單一或符合功能的新的蛋白質(zhì)。如人鼠嵌合抗體。在目的條件中，對隨機誘變基因庫進行定向的篩選和選擇。如在高溫和高pH下，篩選出耐熱和耐堿地枯草桿菌蛋白酶。用蛋白質(zhì)工程方法研究和闡明蛋白質(zhì)“結(jié)構(gòu)與功能”的關(guān)系。在對一個蛋白質(zhì)的“結(jié)構(gòu)與功能”關(guān)系深入理解的基礎(chǔ)上，通過嚴(yán)格的分子設(shè)計，把它定向改造成一個具有預(yù)期的新的特性的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)工程的應(yīng)用改變蛋白質(zhì)的生物活性：枯草桿菌蛋白酶的His64或Ser221用Ala取代時酶的催化效率只有1/2×105，而酪氨酸t(yī)RNA合成酶的Thr51改為Pro51后，催化活性提高了25倍。改變蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性：枯草桿菌蛋白酶易氧化失活，當(dāng)以Ala或Ser替代Met222后，可耐受1M的H2O2