硕士研究生课程高级生物化学.pptVIP

蛋白质是活细胞中含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，是各种生物功能主要的体现者。以核酸-蛋白质的结构、功能及其相互关系为中心，逐渐形成了分子生物学，成为带领生命科学进入新时代的龙头。 蛋白质的功能与其特殊结构有着十分密切的内在联系， 结构是特定功能的内在依据， 功能则是特定结构的外在表现。 因此，阐明蛋白质的分子结构及其与功能的关系是现代生物化学的基本命题，是揭示生命运动规律的必由之路。 蛋白质的分子组成 一、组成人体蛋白质的组成单位 --氨基酸 （一）氨基酸的构型 组成蛋白质的氨基酸均属 ?-氨基酸（脯氨酸除外）。 组成蛋白质的氨基酸除甘氨酸外其?碳原子均属不对称碳原子，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。 自然界中虽然存在一些D-氨基酸（细菌、细胞壁和某些抗生素），但在人体组成中为什么均为L-氨基酸？ （三）蛋白质的修饰氨基酸 蛋白质长肽链合成后或蛋白质翻译过程中。有些氨基酸残基经过修饰，改变其侧链的化学结构而出现的氨基酸叫修饰氨基酸（modified ammino acid) 磷酸丝氨酸、磷酸苏氨酸、磷酸酪氨酸 羟基脯氨酸、羟基赖氨酸等，使原有的蛋白出现了新的结构与功能 如胶原中出现的羟脯氨酸、羟赖氨酸是形成坚韧的胶原纤维的必要条件 二、蛋白质的连接方式 一级结构 指多肽链中氨基酸残基的数目、组成及其排列顺序（N-端→C-端），即由共价键维系的多肽链的二维（线性）结构，不涉及空间排列。 二级结构 是多肽链主链（backbone）在氢键等次级键作用下折叠成的构象单元或局部空间结构，未考虑侧链的构象和整个肽链的空间排布。 三级结构 则指整个肽链的氨基酸残基侧链基团互相作用以及与环境间的相互作用下形成的三维结构。 四级结构 寡聚体内亚基的空间排列 （二）结构域 结构域的概念： 结构域是三级结构层次上的局部折叠区 分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域 (domain) 。 结构域的概念具有三种不同而又相互联系的涵义：即独立的结构单位、独立的功能单位和独立的折叠单位。 球状蛋白质三维结构的特征 （1）球状蛋白质分子含有多种二级结构元件 （2）球状蛋白质三维结构具有明显的折叠层次 （3）球状蛋白质分子是紧密的球状或椭球状实体 （4）球状蛋白质具有疏水的内核和亲水的表面 （5）球状蛋白质分子表面有一空穴 四级结构的形式具有以下优越性： （1）四级结构赋予蛋白质更加复杂的结构，以便执行更为复杂的功能。 （2）通过亚基间的协同效应，可以对酶活性进行别构调节。 （3）中间代谢途径中有关的酶分子以亚基的形式组装成结构化多酶复合物，可避免中间产物的浪费，提高了催化效率。 （4）寡聚体的形成在一定程度上降低了细胞内渗透压。 (5）可将大小、种类有限的亚基组装成具有特殊几何形状的超分子复合物 2、同源蛋白质 指来自同一祖先，随着进化而分化为具有不同功能特征的蛋白质，近年由于大量蛋白质一级结构的阐明，为同源蛋白质分化的研究提供了理论基础。如：谷胱甘肽还原酶与硫辛酰胺还原酶均有转移氢到含硫化合物的催化功能，其一级结构中40%以上位置的氨基酸相同。 3、蛋白家族与超家族 也属同源蛋白质(氨基酸残基组成少于50%） 因其仍为同源蛋白质，或者是同一祖先的复制产物，或者其功能近似，称超家族。 。 二、 蛋白质二级结构 蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。 定义: 主要的化学键：氢键 （一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上 参与肽键的6个原子C?1、C、O、N、H、C?2位于同一平面，C?1和C?2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。 ?-螺旋 (? -helix) ?-折叠 (?-pleated sheet) ?-转角 (?-turn) 无规卷曲 (random coil) （二）α-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构 蛋白质二级结构 ?-螺旋 α-螺旋是多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象，其结构特征为： ⑴ 为一右手螺旋； ⑵ 螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基， 螺距 为5.4 A； ⑶ 螺旋以氢键维系稳定。 α-螺旋特征 影响α-螺旋稳定的因素有： ⑴ 极大的侧链基团（存在空间位阻）； ⑵ 连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应） ⑶