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1、第一章 蛋白质结构与功能关系蛋白质的二级结构（secondary structure）指多肽链主链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象，包括依靠氢键维系的有规则构象和多肽链主链中的无规卷曲以及非氢键维系的规则结构，不涉及侧链结构和整个肽链的空间排布。1、螺旋：多肽链主链C-C-N的重复排列，使它容易形成有规律的卷曲构型，即螺旋，分为-螺旋（3.613R，即每圈约3.6个残基，每个肽键N上的H与后面第四个残基肽键羰基O之间形成氢键，其间包括13个原子，右手螺旋，是球蛋白中最常见的结构）、310R螺旋、-螺旋等。2、-片层：两股或多股几乎完全伸展的肽链并列聚集，靠主肽链N上的H与相邻链羰基C上的O原
2、子间规律的氢键，形成-折叠片，-折叠片有的是平行的，有的是反平行的。3、环肽链（loop）（1）回折：肽链要折叠成坚实的球形，必须以多种方式多次改变其方向，如同一肽链形成的-折叠股之间的连接肽。34个氨基酸残基通过特殊的氢键系统使肽链走向改变180成为回折或转角，分为-回折和-回折。-回折：由4个氨基酸残基组成，即第一个残基的羰基O与第四个氨基酸残基-氨基上的H之间形成氢键。-回折：由3个氨基酸残基组成，第一个残基的羰基O与第三个残基的-氨基H原子间形成氢键，常出现在反平行-折叠股之间。（2）发夹与凸起：发夹：通过一段短的环链将两条相邻的链连接在一起的结构，称为发夹或发夹（hairpins）结
3、构，犹如一弯折的发卡，故名。4、环：多肽链中由616个氨基酸残基组成的环状片段，两端距离小于0.1nm，状似字形，因此得名。环形成一个内部空腔，被环上残基的侧链基团包裹，成为致密的球状构象。以亲水残基为主，几乎总是位于蛋白质分子表面，与生物活性有关。5、连接条带：伸展的肽链条带连接在结构元件之间，它们的长度、走向颇不规则，在蛋白质肽链的卷曲、折叠过程中具有明确的结构作用。6、无规则卷曲：蛋白质分子中存在空间结构不确定的区域，这种无序结构因其不断运动，或是具有不同的构象，因而得不到X-射线衍射图像超二级结构（super-secondary structure）：相互邻近的二级结构单元相互聚集，形
4、成更高一级的有规律的结构，称超二级结构，主要涉及这些构象元件在空间上如何聚集，超二级结构的形成主要是氨基酸残基侧链基团间相互作用的结果。结构域（structural domain）二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，是三级结构的基本单位，结构域是相对稳定的球状亚结构，其间由单肽链相互连接，是独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。锌指结构(Zine Finger,ZF)一种DNA结合蛋白中的结构基元，由一个含有大约30个氨基酸的环和一个与环上的4个Cys或2个Cys和2个His配位的Zn2+构成，中间的X4-20形成指
5、状凸出。锌指蛋白与DNA相互作用时，锌指部分嵌入主槽，识别特定别特定的碱基序列，每个锌指大约识别5个碱基对。亮氨酸拉链（Leucine Zipper,LZ）LZ结构的C端为螺旋区，靠近N端一侧的一段螺旋富含碱性氨基酸残基，其后的一段螺旋每隔6个残基就有一个Leu，每个这样的螺旋不少于4个Leu，且都处于螺旋的同一侧，这样，当含有LZ的蛋白形成同源或异源二聚体时，LZ结构中的Leu残基借助疏水作用彼此靠拢，形同拉链。EF手（EF-hand）由两个螺旋（E和F）与连接它们的环组成，E螺旋含9个残基，用右手食指表示；与Ca2+结合的环含12个残基，用弯曲的中指表示；F螺旋含18个残基，用拇指表示。蛋
6、白质组学：通过直接研究某一物种、个体、器官、组织及细胞中全部蛋白质，获得整个体系内所有蛋白质组分的生物学和理化参数，从而揭示生命活动规律的科学。分子伴侣（molecular chaperone）结合并稳定靶蛋白的不同的不稳定构象，通过控制与靶蛋白的结合与释放，推动其在活体内正确折叠、组装、运输到位，或控制其在活化与钝化构象之间转换，但并不构成靶蛋白组成部分的蛋白质。热激蛋白（heat shock protein，Hsp）广泛存在于原核细胞和真核细胞中的一类在生物体受到高温等逆境刺激后大量表达的保守性蛋白质家族，是多基因族编码产物，有组成型和胁迫诱导的，具有分子伴侣功能，参与蛋白质新生肽链的折叠
7、和组装。可分Hsp70、Hsp60、Hsp90、Hsp110等亚类。热激蛋白的分子伴侣功能：1、Hsp70的分子伴侣功能：大肠杆菌的Hsp70帮助前体蛋白维持转位能力，防止变性蛋白质进一步变性和聚集。Hsp70在线粒体前体蛋白的跨膜运输中发挥重要作用，Hsp70与其结合可保持其松弛状态，以便能通过线粒体膜上的转位酶通道。在细胞受到热胁迫时，Hsp70可与局部变性的蛋白结合，防止其聚集，消除后，则解离，并帮助其复性。2、监护蛋白是帮助蛋白质折叠的分子伴侣3、LMWHsp形成的热激颗粒为变性蛋白提供一个结合表面4、Hsp90是具有调节功能的分子伴侣：Hsp90是高度保守的热激蛋白家族，通过参与许多
8、激酶、受体、转录因子的折叠、组装、解聚或构象改变调节其活性。5、Hsp104是帮助聚集物解聚的分子伴侣：其以一种依赖ATP的方式帮助在严重的热冲击条件下形成的聚集体解聚。蛋白质结构和功能的关系蛋白质一级结构是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫键的位置，肽链中氨基酸间以肽键为连接键。蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定了蛋白质的二级结构和三级结构，其三维结构所需的全部信息都贮存于氨基酸的顺序之中。二级结构是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键相互作用而形成的空间结构。三级结构是指多肽链在二级结构的基础上进一步折叠、盘曲而形成的特定球状分子结构。四级结构是由两条或者两条以上具有三级结构的多肽
9、链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想。不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。（1）一级结构与功能的关系蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性。蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子中-链第6 位谷氨酸被缬氨酸取代。这个一级结构上的细微差别使患者的血红蛋白分子容易发生凝聚，导致红细胞变成镰刀状，容易破裂引起贫血，即血红蛋白的功能发生了变化。（2）蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质的空
10、间结构与功能之间有密切相关性，其特定的空间结构是行使生物功能的基础。从以下三方面均可说明这种相关性：核糖核酸酶的变性与复性及其功能的丧失与恢复核糖核酸酶是由124 个氨基酸组成的一条多肽链，含有四对二硫键，空间构象为球状分子。将天然核糖核酸酶在8mol/L 尿素溶液中的-巯基乙醇处理，则分子内的四对二硫键断裂，分子变成一条松散的肽链，此时酶活性完全丧失。但用透析法除去-巯基乙醇和脲后，此酶经氧化又自发地折叠成原有的天然构象，同时酶活性又恢复。血红蛋白的变构现象血红蛋白是一个四聚体蛋白质，具有氧合功能，可在血液中运输氧。研究发现，脱氧血红蛋白与氧的亲和力很低，不易与氧结合。一旦血红蛋白分子中的一
11、个亚基与O2 结合，就会引起该亚基构象发生改变，并引起其它三个亚基的构象相继发生变化，使它们易于和氧结合，说明变化后的构象最适合与氧结合肌红蛋白与氧结合肌红蛋白由一条153 个氨基酸组成的肽链和一个血红素辅基组成。血红素辅基中的铁原子是氧结合部位，血红素中的Fe 可以是亚铁，也可以是高铁，只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。结合氧的同时改变肌红蛋白的结构。这种结构的改变对肌红蛋白意义不大，但显著的改变了血红蛋白的性质，改变了四聚体的亚基间的作用，是之具有别构作用。总之，各种蛋白质都有特定的空间构象，而特定的空间构象又与它们特定的生物学功能相适应，蛋白质的结构与功能是高度统一的。肌红蛋白的结构与功能（
12、自己补充）肌红蛋白的分子包括一条153个氨基酸残基组成的多肽链和一个血红素，整个肽链有8个长短不一的螺旋段，即A.B.C.D.E.F.G.H，螺旋间的连接肽为无规卷曲，在侧链基团相互作用下盘曲形成扁园的球体。绝大多数亲水残基分布在分子表面，使肌红蛋白可溶于水；疏水残基则埋藏于分子内部，血红素结合于E与F螺旋之间的裂隙内。脱氧肌红蛋白中-螺旋含量约60%，三维结构比较松散，稳定性下降。与血红素结合后，构象发生变化，-螺旋含量恢复至75%，分子结构比较紧凑，稳定性也明显提高。这说明血红素辅基对肽链折叠也有影响。血红蛋白的结构与功能（自己补充）血红蛋白由四个亚基组成（22），每个亚基含一条多肽链和1
13、个血红素辅基。亚基多肽有141个氨基酸残基，亚基多肽链有146个氨基酸残基。Hb的亚基与Mb的氨基酸序列虽有明显不同，但血红素结合部却非常保守。血红蛋白的四个亚基按四面体排布，亚基间凹凸互补。两个与两个亚基按双重对称轴排布，沿X或Y轴旋转180，外形相似；沿Y轴两个与两个亚基间均有空隙，形成中心空穴。Hb在体内的主要功能为运输氧气，而Hb的别位效应，极有利于它在肺部与O2结合及在周围组织释放O2.Hb是通过其辅基血红素的Fe+与氧发生可逆结合的，血红素的铁原子共有6个配位键，其中4个与血红素的吡咯环的N结合，一个与珠蛋白亚基F螺旋区的第8位组氨酸（F8）残基的咪唑基的N相连接，空着的一个配位键
14、可与O2可逆地结合，结合物称氧合血红蛋白。在血红素中，四个吡咯环形成一个平面，在未与氧结合时Fe+的位置高于平面0.7，一旦O2进入某一个亚基的疏水“口袋”时，与Fe+的结合会使Fe+嵌入四吡咯平面中，也即向该平面内移动约0.75，铁的位置的这一微小移动，牵动F8组氨酸残基连同F螺旋段的位移，再波及附近肽段构象，造成两个亚基间盐键断裂，使亚基间结合变松，并促进第二亚基的变构并氧合，后者又促进第三亚基的氧合使Hb分子中第四亚基的氧合速度为第一亚基开始氧合时速度的数百倍。此种一个亚基的别构作用，促进另一亚基变构的现象，称为亚基间的协同效应（cooperativity），所以在不同氧分压下，Hb氧饱
15、和曲线呈“S”型。第二章 酶的结构与功能酶活性中心：是指酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的基团所构成的微区。 共价催化：某些酶可以和底物形成一个反应活性很高的不稳定的共价中间产物，这个中间产物极易变成过渡态，因此反应的活化能大大降低。共价催化分为亲核催化和亲电催化。亲和催化：是指酶活性中心的亲核催化基团提供一对电子，与底物分子中缺少电子具有部分正电荷的碳原子形成共价键，从而产生不稳定的共价中间物。Km值：Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。可逆性抑制作用：抑制剂通常以非共价键与酶或酶-底物复合物可逆性结合，使酶的活性降低或丧失；抑制剂可用透析、
16、超滤等方法除去。竞争性抑制作用：抑制剂与底物的结构相似，能与底物竞争酶的活性中心，从而阻碍ES复合物的形成，使酶的活性降低。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。 非竞争性抑制作用：底物和抑制剂与酶的结合没有竞争性。底物和酶结合后还可与抑制剂结合，同样抑制剂与酶结合后还可能与底物结合；即酶可以同时和抑制剂及底物结合，形成酶-底物-抑制剂三元复合物；但后者不能转变为产物。反竞争性抑制作用：抑制剂不与酶结合，只与ES复合物结合。当反应体系中存在反竞争性抑制剂时，不仅不排斥E和S的结合，反而增加了二者的亲和力；这与竞争性抑制作用恰巧相反，故称为反竞争性抑制用。别构调节：指酶分子的非催化部位与某些化合物可逆地非共价结合后，引
