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1、生物大分子 (分子量从1041012 道尔顿不等),蛋白质 主要的结构和功能分子 核酸 遗传信息的载体 多糖 提供能量,第一篇 蛋白质,蛋白质的结构和功能 脂蛋白 糖蛋白与蛋白聚糖 蛋白质的转运、加工与修饰,第一章 蛋白质的结构与功能,第一节 组成蛋白质的氨基酸,氨基酸的结构特点 1.与羧基相邻的-碳原子上都有氨基(Pro除外) 2.除Gly外，所有-氨基酸的-碳原子均为不对称性碳原子 （手性碳原子）,H3N+,C,H,R,COO,H,C,NH3+,R,COO,L-氨基酸,D-氨基酸,-氨基酸的两种构型,构型：指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。构型的改变涉及共价键的破裂和重建。,两种
2、结构特殊的氨基酸,CH2,CH2,CH2,CH,NH,COOH,脯氨酸(Pro）,H,C,COOH,NH2,H,甘氨酸(Gly),氨基酸的分类,非极性疏水氨基酸：侧链为非极性疏水基团，如脂肪烃或芳香烃 不解离的极性氨基酸：侧链中含不解离的极性基团，如巯基、羟基和酰胺基团 解离的极性氨基酸： a. 酸性氨基酸：侧链中有羧基 b. 碱性氨基酸：侧链中有碱性基团,第二节 蛋白质的一级结构 （primary sturcture）,基本概念 肽键 / 肽 / 二肽 / 多肽,肽链 / 氨基酸残基 / 主链与侧链,C,C,R,NH2,C,R,N,H,O,H,H,C,R,N,H,H,C,O,C,O,OH,氨
3、基酸残基,N-末端,C-末端,一级结构 指多肽链中氨基酸的排列顺序 稳定因素：肽键,第三节 蛋白质的空间结构 （构象高级结构）,构象(conformation) 指构成分子的原子和基团因为化学键的旋转而形成在三维空间上不同的排布、走向。构象的改变不涉及共价键的破裂，仅涉及氢键、疏水键等次级键的变化。,蛋白质分子中的非共价键 a.氢键：分子两极一端具有正电性，另一端具有负电性，由于这一特点两个分子间有静电引力，此类引力称为氢键 b.非极性疏水键：疏水基团在水中聚集成簇的凝聚力 c.离子键：异性电荷间的静电引力所形成的键 d.范德华力：分子中原子与原子之间的相互作用力（吸引力）,定义 稳定因素：氢
4、键 基本类型： -螺旋和-折叠（有规则） -转角和环（部分有规则） 无序结构,蛋白质的二级结构 （secondary structure）,肽平面（peptide plane） 肽单元 (peptide unit)酰胺平面(amide planes),C,C,O,C,N,H,C,C,-O,C,N+,H,二面角 （dihedral angle） a. 单键的旋转角度 C-C:（psi） C-N:（phi） b.二面角决定了两个相邻肽平面的空间相对位置,肽平面 构成蛋白质二级结构的基本单位,-螺旋（-helix）,结构特征：以3.613螺旋为例,3.613螺旋,a. 3.6 指每圈螺旋含3.6个残
5、基 b. 13表示氢键封闭的环内含13个原子 (氢键在第一个肽键的亚氨基-NH的H原子与其 前方第四个肽键的羰基C=O的O原子之间形成 ),C,C,R,N,O,H,H,N,H,C,O,n=3,其它局部螺旋,-左手螺旋 310 -螺旋 4.4 16-螺旋 (螺旋),影响-helix结构的因素 a. 脯氨酸 b. 侧链R基的大小： 过大，产生空间位阻 过小，空间占位太小 c. 带同种电荷的R基临近： 产生静电排斥，不能形成氢键,CH2,CH2,CH2,CH,NH,COOH,脯氨酸(Pro）,-折叠 （-pleated sheet）,结构特征,反向平行,顺向平行,转角（ turn）,结构特征 a.
6、通常由4个氨基酸构成 b. 第1个氨基酸残基的C=O与第4个氨 基酸残基的NH形成氢键 c. 多数位于球状蛋白质分子的表面 d.常为磷酸化或N-糖基化的位点 e. 分型：I型和II型,型(反式),型(顺式),环（ loop）,结构特征： a. 由616（常为68）个氨基酸残基 组成，外形象“”。 b. 常见残基有Gly、Pro和Tyr，和亲 水性的Asp、Asn和Ser c. 常位于蛋白质分子表面，是识别配体 和分子进化突变的位点,无序结构,对一种确定的蛋白质而言，无序结构的长度和方向是一定的 含有Lys、Arg等氨基酸残基, 常与蛋白质的结合功能和催化功能有关,二级结构与一级结构的关系,氨基
7、酸残基并非均匀地分布在所有 类型的二级结构中 -螺旋 34.3% -转角 33.2% -折叠 17.1%,各种氨基酸残基在不同的二级结构中出现的频率不同 a. 形成-螺旋能力强的氨基酸有：Glu、 Met、Ala、Leu b. 形成-折叠能力强的氨基酸有：Val、 Ile、Tyr c. 形成-转角能力强的氨基酸有：Pro、 Gly、Asn、Asp、Ser,蛋白质的三级结构,定义 稳定因素：侧链R基团之间相互作用形成的各种非共价键，包括疏水键、氢键、离子键和范德华力等 举例：肌红蛋白（myoglobin, Mb）,血红素结构,蛋白质的四级结构,定义 组成单位：亚基 稳定因素： 主要靠疏水键，氢键
8、和离子键也 参与维持四级结构的稳定 举例：血红蛋白（hemoglobin,Hb）,血红蛋白结构,血红蛋白的别构效应（allosteric effect）,定义：指蛋白质与配基结合后能改变蛋白质的构象，进而改变蛋白质的生物活性的现象。 机理： 正协同效应：当第一个亚基与配体结合后，可促进下一个亚基与配体的结合，称为正协同效应。,紧密型（T）,松弛型（R）,血红蛋白不同亚基间的盐键（离子键）,第四节 蛋白质的超二级结构和结构域,超二级结构（supersecondary structure ） 定义：基序（motif） 类型： ,组合,EF 手型（EF hand）,左手超螺旋（left-handed
9、 superhelix）,亮氨酸拉链（leucine zipper）,组合,组合,特点: 由两股平行的-链通过一条-螺旋和两个环连接而成。整个结构呈松散的右手螺旋。,蛋白质的结构域（domain）,定义： 类型： 平行/型 反平行-型 全-型 小的不规则结构,平行/型,特点： a.由-螺旋和-折叠交替连接成多层结构，平行-折叠片层在内，-螺旋覆盖在外 b.平行-片层的疏水侧链分布于片层的两侧,(1) 单绕平行-筒 （singly wound parallel -barrel） 特点：中心部分由平行的-链组成内筒，周围由-螺旋以右手交叉的连接方式沿同一个方向逐个连接-链形成外筒 举例：磷酸丙糖异
10、构酶,(2) 双绕平行-片层 （doubly wound parallel -sheet） 特点：多个平行的-链右手扭曲成马鞍形， -螺旋分别沿两个不同的方向连接相邻的-链而分布在-片层的两侧 举例：,反平行-型,特点： a. 主要由反平行-链组成 b.反平行-片层的疏水侧链位于片层的一侧，而另一侧具有亲水性,(1) 希腊花边-筒 特点： 一条伸展的多肽链往 返缠绕，方向类似希 腊花边，而相邻的各 -链反向平行,(2) 升降-筒 特点： 由相邻的反平行-链以发夹连接形成升降式的筒形结构,全-型,(1) 升降螺旋束 特点： 相邻的反向排列的基序首尾相连，形成左手扭曲的筒 形螺旋束,(2) 希腊花
11、边螺旋束 特点： 连续的基序相互垂直地折叠起来，形成回形花边,myoglobin,小的不规则结构,特点: 分子量小,富含金属或半胱氨酸,分子构象易受其金属辅基或二硫键的影响,第五节 蛋白质的结构和功能,蛋白质变性（denaturation） 定义： 实质： 破坏维系蛋白质空间构象的次级键，但不涉及一级结构的改变 举例： 牛胰核糖核酸酶的可逆变性实验,蛋白质前体的激活,定义： 举例：胰蛋白酶原的激活 生理意义： a.避免自身消化 b.具有级联反应性质，可使信号放大,胰蛋白酶原的激活过程,蛋白质家族与超家族,蛋白质家族（family） 蛋白质超家族（superfamily） 来源: 同一祖先趋异（divergent）或不同祖先趋同（convergent）进化而来,蛋白质结构异常与分子病,分子病 举例: 镰刀状细胞贫血,
