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1、 蛋白蛋白质的分子构造和功能的分子构造和功能宋长征1. 蛋白质的生物学作用蛋白质是生物体的根本组成成份。蛋白质与一切的生命活动亲密联络。机体新陈代谢过程中的生物催化作用的酶。调理物质代谢的激素。其它诸如肌肉的收缩，血液的凝固，免疫功能，组织修复以及生长、繁衍等。在遗传信息的控制、细胞膜的通透性、神经激动的发生和传导以及高等动物的记忆等方面都起着重要的作用。 2. 氨基酸蛋白质的根本组成单位构成天然蛋白质的20种氨基酸为L-氨基酸(L-amino acid)，其构造通式： 3. 多肽链的构成肽链的顺序方向定义为从氨基端到羧基端的方向。肽链的每个氨基酸残基均由侧链原子和主链原子构成。肽单位中的一切
2、主链原子都处于一个称之为肽平面的平面内，而且键长键角等立体化学参数在每个肽单位中都是一样的。侧链原子不包括在肽平面中。肽键平面(amide plane)：六个原子根本上同处于一个平面。4. 多肽链的构成5. 主链构象Bond angles, bond lengths and general geometry of a peptide bond.6. 蛋白质的一级构造各种氨基酸按遗传密码的顺序，经过肽键衔接起来，成为多肽链。肽键是蛋白质构造中的主键。 蛋白质的一级构造决议了蛋白质的二级、三级等高级构造，决议每一种蛋白质的生物学活性的构造特点。 组成蛋白质的氨基酸各具特殊的侧链，侧链基团的理化性质
3、和空间排布各不一样，按照不同的序列关系组合，可构成多种多样的空间构造和不同生物学活性的蛋白质分子。7. 蛋白质的空间构造 蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间构造。蛋白质的生物学活性和理化性质主要决议于空间构造的完好。蛋白质的空间构培育是指蛋白质的二级、三级和四级构造。 8. 蛋白质的二级构造多肽链中主链的部分空间排布，不涉及侧链部分的构象。水溶性球状蛋白质分子折叠的重要驱动力是将疏水侧链置于分子内部，产生一个“疏水内核和一个亲水外表。为了把侧链放到分子内部去，相应的高度极化亲水的主链也必需折叠到内部去，主链上的极性基团必需由疏水环境下的氢键所中和。经过在蛋
4、白质分子内部构成规律的二级构造可妥善处理这个问题。这些二级构造通常是-螺旋或-折叠。此两种类型的二级构造的特征是主链的NH基团和C=O基团相互构成氢键。蛋白质的二级构造-螺旋是蛋白质分子的主要构呵斥分之一，是由一段延续的肽链片段构成的。规范-螺旋为每圈3.6个残基，第n个残基的C=O和第n+4个残基的NH之间构成氢键。除最后一个C=O基团和第一个NH基团外，-螺旋的其他一切NH和C=O基团均构成了氢键。蛋白质的另一种主要构呵斥分是-折叠，这种构造是由蛋白质分子中几段区域的称为-链的多肽链构成的。-链可以两种方式构成-折叠。一种是一切-链均具有一样的方向，称为平行-折叠；另一种是相互接近的两条-
5、链具有相反的方向，称为反平行-折叠。9. 蛋白质的超二级构造假设干二级构造可以特殊的几何组合出如今蛋白质构造中，这些组合起来的构造单元称作超二级构造或花样。超二级构造可与某些特殊的生物功能相联络，也可仅作为构造的组装块。-环-花样：含有两个-螺旋，并以一个环区域相衔接的具有特殊功能的超二级构造。发夹花样：两条反平行的-链，经过一个环相衔接构成的超二级构造，在蛋白质构造中频繁出现。希腊图案花样：四个临近的反平行-链通常被陈列为类似于古希腊装饰图案，常见于蛋白质构造中，但与特殊功能无直接关联。 -花样：发夹花样通常用来衔接两条反平行的-链。10. 构造域是蛋白质三级构造的根本构造和功能单位一个蛋白
6、质可以只包含一个构造域也可以由 几个构造域组成，故构造域是可以独立折叠为稳定的三级构造的多肽链的一部分或全部。构造域是由不同的二级构造和超二级构造组合构成的。在蛋白质中，这种组合的数目是有限的，一些结合方式似乎是蛋白质构造所偏爱的，并且类似的构造域构造在具有不同功能不同残基序列的蛋白质中经常反复出现。构造域也是功能单位，通常多构造域蛋白质中不同的构造域是与不同的功能相关联的。例如，脂肪酸的合成需求七种不同的催化反响，在植物的叶绿体中，这些反响由七种不同的酶所催化，而在哺乳动物中，这些反响那么由一条多肽链的七个构造域来完成。 11. 蛋白质三级构造的分类 型构造域构造主要由-螺旋组成，经过构造域
7、外表的环区域相衔接。如四螺旋束的RNA结合蛋白，球状折叠的肌红蛋白和血红蛋白。型构造域构造的内核由四到十几个-链所构成，这些-链主要以反平行的方式陈列，并构成两个交联在一同并相互堆积的-回折。如酶、输运蛋白、抗体和病毒外壳蛋白等。 / 型构造含有一个由-螺旋包围着的平行或混合-回折的核。在 / 型构造中，由环区域构成结合裂痕，这些区域虽对构造的稳定无作用，但通常参与结合和催化活性。如一切的糖酵解酶、结合运输蛋白。12. 蛋白质的四级构造蛋白质的四级构造是指几个各具独立三级构造之多肽链的相互结集、以特定的方式接触、陈列构成更高层次的大分子蛋白质的空间构象。具有四级构造的蛋白质有变构作用。在蛋白质
8、四级构造中，每个各具独立三级构造的多肽链称为亚基。组成蛋白质的亚基数多为偶数，可以是同种或不同种的亚基，不同种的亚基普通都用、命名，酶调理与催化亚基多用R、C表示。13. 蛋白质的构造演化14. 蛋白质分子构造和功能1. 蛋白质的一级构造决议了蛋白质的高级构造，决议每一种蛋白质的生物学活性的构造特点。 蛋白酶原的激活：以无活性的蛋白质原的方式在体内合成、分泌，其肽链以特定的方式断裂，才呈现出生物学活性。这是生物体自我维护及调控的重要方式。镰刀型血红蛋白贫血病人的血红蛋白链的N端第六位为缬氨酸替代正常血红蛋白该位置的谷氨酸。 蛋白质分子构造和功能2. 氨基酸侧链为蛋白质构象稳定和功能发扬提供构造
9、根底。两个位于肽链不同部分的半胱氨酸Cys，假设彼此在空间上相互接近，那么有能够被氧化构成二硫键。这种反响需求一个氧化环境，二硫键通常不能存在于胞内蛋白中，由于胞内蛋白主要处于复原形状。二硫键在胞外蛋白中那么频繁出现，在真核生物中这种二硫键的构成发生于内质网的腔中。二硫键可稳定蛋白质的三维构造。在一些蛋白质中，这些二硫键可把不同的肽链衔接在一同构成稳定的三维构造，例如胰岛素的A链和B链即依托两个二硫键相衔接。蛋白质分子构造和功能分子内的二硫键稳定单个多肽链的折叠，使蛋白质分子不易被降解。对于许多蛋白质和酶，人们可以经过定向突变技术引入二硫键的方法，使这些蛋白质和酶更稳定，以利于工业化的运用，例
10、如对一些医药、食品等工业所运用的催化酶进展改造，提高酶活力和热稳定性等。蛋白质分子构造和功能 3. 蛋白质空间构象和功能的关系。变构作用是指一些生理小分子物质，作用于具有四级构造的蛋白质，与其活性中心外的某一部位结合，可引起其亚基间一些键的断裂或构成，改动了亚基及亚基间空间接触和排布，使整个蛋白质分子的构象发生细微变化，包括一些分子变得稍松散或严密，从而使蛋白质的生物活性增高或降低的过程。蛋白质的变构作用使得蛋白质在生物体内可以不断调整其活性，更好地顺应环境的变化，从而能更有效地完成其生理功能，这是蛋白质分子进化到具有四级构造程度的重要特点。 蛋白质分子构造和功能在具有四级构造蛋白质分子中，亚基单独存在不具有生物活性，但并不是一切蛋白质分子都具有四级构造的，大多数蛋白质只具三级构造已有生物活性，只需分子更大的蛋白质才具有四级构造。如血红蛋白分子就是由二个由141个氨基酸残基组成的亚基和二个由146个氨基酸残基组成的亚基按特定的接触和陈列组成的一个球状蛋白质分子，每个亚基中各有一个含亚铁离子的血红素辅基。四个亚基间靠氢键和八个盐键维系着血红蛋白分子严密的空间构象。2002/2
