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第三章 蛋白质的生态适应及其分子进化 蛋白质的组成与结构 蛋白质组及其基本技术路线 蛋白质的生态适应 蛋白质的分子进化 1.蛋白质的组成与结构 1.1 蛋白质的分子组成 1.2 蛋白质的分子结构 1.2.1 蛋白质分子的一级结构 多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构。氨基酸的排列顺序是决定蛋白质空间结构的基础. 氨基酸排列顺序是由遗传信息决定的，而蛋白质的空间结构则是实现其生物学功能的基础。 1.2.2 蛋白质分子的空间结构 蛋白质的空间结构指蛋白质分子内各原子围绕某些共价键的旋转而形成的各种空间排布及相互关系，这种空间结构称为构象。按不同层次，蛋白质的高级结构可分为二，三和四级结构。 多肽链主链中各原子在各局部的空间排布，即多肽链主链构象称为蛋白质的二级结构。 1.3 蛋白质结构与功能的关系 一级结构不同, 生物学功能各异 加压素 H2N—半—酪—苯—谷—天—半—脯—精—甘—COOH 催产素 H2N—半—酪—异—谷—天—半—脯—亮—甘—COOH 1.3.1 蛋白质一级结构与构象和功能的关系 分子病 蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正常有所不同的遗传病。如镰刀形细胞贫血病（sickle cell anenmia）其血红蛋白β链的第六位Glu被Val取代。 2.蛋白质组及其基本技术策略 蛋白质组学 3.1 新生肽链的折叠 3.1.1 肽链折叠（protein folding）意义 结构上：使伸展的肽链形成特定的三维结构 功能上：使无活性的分子成为具有特定生物学功能的蛋白质 3.1.2 决定肽链正确折叠的因素 肽链的折叠不是随机的，其折叠信息贮存于其氨基酸的一级结构中 新生肽链在合成早期即开始折叠 新生肽链在延伸的同时进行折叠 随着肽链的延伸，后合成的肽段可影响先合成肽段的空间构象 二硫键的形成和其他对完整肽链的化学共价修饰可进一步调整完整肽链的空间构象 3.1.3 参与体内肽链折叠的蛋白质 分子伴侣（molecular chaperone） 有关系的蛋白质，它们的功能是帮助其他含多肽结构的物质在体内进行正确的非共价的组装，但不是组装完成后的结构在发挥其正常的生物功能时的组成部分（Ellis，1987） 分子伴侣的作用是防止新生肽链的错误折叠和聚集，而自身并不成为其最后结构的一部分 酶：蛋白质二硫键异构酶，肽基脯氨酸顺-反异构酶 3.2 分子伴侣 分子伴侣是能够结合和稳定另外一种蛋白质的不稳定构象，并能通过有控制的结合和释放，促进新生多肽的折叠、多聚体的装配或降解及细胞器蛋白的跨膜运输等的一类蛋白。 分子伴侣是进化上非常保守的一些蛋白质家族，广泛分布干各种生物体内，由于分子伴侣能够防止未折叠的蛋白质变性和促进聚集的蛋白质溶解复性，所以在细胞经受高温或其他胁迫时特别重要。 3.2.1 分子伴侣的类别 3.2.2 热休克蛋白（Hsp）70家族 Hsp70的分子量为70×103，含ATPase活性 Hsp70识别和结合新合成的、部分折叠的新生肽链，使其稳定，防止错误折叠和聚集 一旦合成完毕，多肽就从Hsp70上释放下来并进一步调整折叠成天然态 3.2.3 Hsp60家族 Hsp60家族有两种成分，Chaperonin-60(cpn-60)，分子量600×103，14个相同的亚基组成；Chaperonin-10(cpn-10)：分子量10×103，7个相同的亚基组成 Hsp60的作用是促进与其结合的蛋白质肽链的折叠或装配成天然态 Hsp60识别的结构，不是靶蛋白的氨基酸顺序或天然态，而是它们的部分折叠的非天然态 Hsp60的作用是捕捉蛋白质的非天然态，并提供一个表面或工作台面，然后通过一系列的ATP水解，最后完成蛋白质的正确折叠或装配 3.2.4 分子伴侣的应用前景及展望 辅助蛋白质复性 分子伴侣的免疫保护作用 监测环境污染情况 估计人体老化程度 研究开发分子伴侣的重复利用性及稳定性是实现分子伴侣实际应用的关键。 3.3 生态酶和调节酶 3.3.1 生态酶 生态酶是活细胞所产生的一类具有特殊催化能力的蛋白质，是促进生化反应的高效物质，参与机体的各种生化反应。 生态酶的特性：一是专一性，二是有高效的有机催化特性。 生态酶的种类：β-葡聚糖酶、植酸酶、淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、半纤维素酶 3.3.2 调节酶 调节酶是对代谢调节起特殊作用的酶类。调节酶分子中有活性区和调节区，其催化活力可因与调节剂的结合而改变，有调节代谢反应的功能。调节酶一般可分为共价调节酶及变构酶两类。 共价调节酶：指调节剂通过共价键与酶分子结合，以增、减酶分子上的基团从而调节酶的活性状态与非活性状态的相互转化。 主要化学修饰类型有6种：①磷酸化／去磷酸化，②乙酰化／去乙酰化，③腺苷酰化／去腺苷酰化，④尿苷酰化尿苷酰化，⑤甲