01 生物大分子的结构和功能(蛋白质篇)

试述蛋白质的一级结构与高级结构及生物功能 和关系
二、蛋白质的空间构象与功能
（一）概述
1.蛋白质的构象
又称空间结构、立体结构、高级结构、三 维结构。 是指蛋白质分子中原子和基团在三维空间 上的排列、分布及肽链的走向。 取决于一级结构，为蛋白质功能所需。 蛋白质的构象可分为二、三、四级结构。
2. 蛋 白 质 空 间 结 构 的 表 示 方 法
生物名称 不同氨基酸数 生物名称 不同氨基酸数
黑猩猩
猪、牛、羊 鸡 金枪鱼 小麦
0
10 13 21 35
恒河猴
马 海龟 小蝇 酵母
1
12 15 25 44
不同种属
人-猴 人-马 人-狗 猪-牛-羊 马-牛 哺乳类-鸡
氨基酸残基的差异数 目 1 12 10 0 3 10-15
分歧时间(百万年)
50-60 70-75 70-75
总目录
第一篇 生物大分子的结构与功能
第二篇 生物信息的传递
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描述蛋白质,核酸,脂类和糖类四种生物大分子
的主要功能和结构特征.
第一篇 生物大分子结构与功能
第一章 蛋白质的结构与功能 第二章 核酸的结构与功能
第一章 蛋白质的结构与功能
蛋白质的一级结构与功能的关系
蛋白质的空间结构与功能的关系
3、一级结构中关键部分变化，其生物活
性也改变。
ACTH (adreno-cortico-tropic-hormone，促
肾上腺皮质激素,39肽), N端24个氨基酸切去 一个就会影响活性
4、一级结构与疾病的关系
如镰刀形红细胞贫血症系链N-端第6位氨基 酸残基由Glu→Val的结果。 再如糖尿病胰岛素分子病系胰岛素第24位 Phe →Leu。

分子病(molecular disease)：基因突变导致蛋白质的 一级结构改变，表现出生理功能的异常，使机体出 现病态现象。 如镰刀状红细胞贫血。
镰刀样红细胞性贫血 (Sickle cell anemia)
镰刀状细胞贫血症和疯牛病有相似的致病分
子机制，请叙述。（6分）
5、蛋白质的结构与生物进化
3、二级结构的类型 α-螺旋（α-helix）
结构要点：
（1）一条肽链绕成螺旋，每圈有 3.6个氨基酸，螺旋间距离为 0.54nm，每个残基沿轴旋转100°。 （2）螺旋稳定因素为氢键。每个 肽键的羰基氧与其前面第三个肽 基上的氢形成氢键。氢键的走向 平行于螺旋轴。
H —C—(NH—C—CO)3
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在PH7的水溶液中,下列多聚氨基酸中能自发




形成α-螺旋的是 A.Poly-Pro B. Poly-Ala C. Poly-His D. Poly-Glu
1 什么是蛋白质的二级结构?稳定二级结构的
主要作用力是什么?多肽链中存在的脯氨酸对 α螺旋的形成有何影响,为什么?哪种蛋白质完 全由α螺旋构成?
蛋白质二级结构与功能 蛋白质的超二级结构与结构域 蛋白质三级结构与功能 蛋白质四级结构与功能
蛋白质的分子结构包括
一级结构(primary structure)
二级结构(secondary structure)
三级结构(tertiary structure)
四级结构(quaternary structure)
60-65 280
哺乳类-猢
脊椎动物-酵母
17-21
43-48
400
1,100
马 骡 狗 人 猴
鲸 兔 猪
袋鼠
企鹅
鸡鸭
Hale Waihona Puke Baidu
响尾蛇
龟
苍蝇 蛾 脉孢菌属 念珠菌属 面包酵母菌
鸟
哺乳动物
牛蛙
昆虫
爬行动物
小麦
金枪鱼
鱼
两栖动物
脊椎动物
动物
植物
从细胞色素C的一级结构看生物进化
褐背拟地鸦：别名地鸦、土里钻钻，藏名“迪迪”。
金属丝模型
空间填充模型 Spacefilling model
主链金属丝模型 Backbone wire model
飘带模型 Ribbon model
香肠模型Sausage model
肽单元 (peptide unit)
参与组成肽键的6个原子位于同一平面， 又叫酰胺平面或肽键平面。它是蛋白质构 象的基本结构单位。
下列哪种氨基酸为非编码氨基酸：
A.甘氨酸 B.羟脯氨酸
C.组氨酸
D.赖氨酸
氨基酸的性质



Arg，Lys，Asp，Glu四种氨基酸 对于决定蛋白质分子的静电荷起主要作用 在中性pH条件下，前两者呈正电荷， 后两者呈负电荷。
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有一球状蛋白质,在pH7的水溶液中能折叠成一 定的空间结构.通常情况下,非极性氨基酸侧链 位于分子内部形成疏水核,极性氨基酸的侧链 位于分子外部形成亲水面.请问: (1)虽然Ser,Thr,Asn和Gln是极性氨基酸,为什么 它们多数是位于球状蛋白质的分子内部? (2)在球状蛋白质分子内部和外部都可以发现 Cys,为什么?(10分)
A.组氨酸 B.色氨酸
C.半胱氨酸
D.精氨酸
蛋白质在近紫外区的吸收主要是以下氨基酸
侧链的吸收：_____ ， _____ ， _____ Phe，Tyr，Trp
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下列在280nm波长处吸光值最大的是
A.色氨酸 B.半胱氨酸
C.赖氨酸
D.苯丙氨酸
0.54nm
一、解释名词 1、3.613螺旋
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典型的蛋白质α-螺旋结构是
A.2.613 B.3.613
C.310
D.5.610
α螺旋结构形成的限制因素:
凡是有Pro或羟脯氨酸、Gly存在的地方,不能形
成。 静电斥力。多聚Glu或Asp：负电荷相斥 多聚赖氨酸：正电荷相斥 位阻。如Asn、ILe侧链很大，妨碍α螺旋的形成。
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糖蛋白
是以蛋白质为主,在蛋白质多肽链骨架上共价
连接着寡糖链形成的生物大分子
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免疫蛋白是
A.铁蛋白 B.糖蛋白
C.铜蛋白
D.核蛋白
寡糖与蛋白的O连接指与Ser或Thr的侧链羟
基O连接,N连接指----------------
（二）结构组成-氨基酸
a-角蛋白完全由α螺旋构成
β-折叠（β-pleated sheet）
β-转角( -turn ) 无规卷曲（random coil） π-螺旋 Ω环（ Ω-loop）
RNase的某些二级结构
膜内在蛋白跨膜区域的结构主要为α-螺旋和
β-桶状结构
判断
4.二级结构的可变性
影响因素：
肽单元
H
O
H
N C Cα Cα N
R
ψ
φ
C
H
R
H
O
什么是α-碳原子的二面角(Dihedral angle)(φ
和ψ)
3.两面角
两面角“+，-” 的规定： 从Ca沿键轴方向观察， “+”：按顺时针方向旋转的φ和ψ角度 “-”：按逆时针方向旋转的φ和ψ角度
两面角0o和180o的规定： 当Ca –N旋转键两侧的主链 顺式排布时，规定φ= 0o 反式排布时，规定φ= 180o 当Ca –C旋转键两侧的主链 顺式排布时，规定ψ = 0o 反式排布时，规定ψ = 180o
O
H
N—
R
3.613 -螺旋
（ 3 ）R侧链基团伸向螺旋的外侧。 R R R R R R R R R
螺旋的横截面
（ 4 ）绝大多数为右手螺旋。 因为左手螺旋中R基团的空间位阻大。 所以，多聚甘氨酸可以左手螺旋。
10．蛋白质分子典型的α-螺旋，螺距为
（1）0.15nm
(2) 0.34nm (3) 0.45nm (4)
E.酪氨酸
（三）蛋白质的一级结构与功能的关系
一级结构是蛋白质功能的结构基础，也决定
蛋白质的空间结构。
蛋白质一级结构中的特定序列也会阻碍蛋白
质表现出生物功能。 如牛胰岛素原和酶原中的序列。
1、一级结构不同，生物学功能各异

如催产素和加压素均为9肽，仅第3、第8两个 氨基酸残基不同，但功能迥异。
①是Trp还是Gln更有可能出现在蛋白质分子
表面？②是Ser还是Val更有可能出现在蛋白 质分子的内部？ 解答： ①Gln是亲水性残基， ②Val是非极性残基
在球蛋白分子外部主要是-----基团,分子内部
主要是-------基团
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下列氨基酸中,哪个含有吲哚环
PH，温度，离子强度等。
两可肽： 蛋白质存在某些肽段，他们的序列相同，却可以生
成不同的构象。 例如五肽VAHAL分别位于丙糖磷酸异构酶和灰色链 球菌的蛋白水解酶中，但分别以α-螺旋和β-折叠存 在。
③是Leu还是Ile更少可能出现在α-螺旋的中间？ ④是Cys还是Ser更有可能出现在β-折叠中？ 解答： ③Ile在它的β碳位上有分支，不利于α-螺旋 的形成，因此它通常不出现在α-螺旋中。 ④侧链小的氨基酸残基常出现在β-折叠中， 因为这有利于片层的形成。 所以Ser更有可能出现在β-折叠中。
14、哪一组中的氨基酸均为人体必需氨基酸
______________。 A、异亮氨酸、组氨酸、苯丙氨酸 B、亮氨酸、色氨酸、蛋氨酸 C、苏氨酸、缬氨酸、酪氨酸、 D、赖氨酸、脯氨酸、天冬氨酸 E、异亮氨酸、丙氨酸、丝氨酸 答案： B 赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、异 亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸8种
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
2、一级结构中关键部分相同，其功能也相同，
如不同动物来源的同种激素.
如胰岛素。
胰岛素来 源 人 猪 狗 兔 牛 羊 马 抹香猄 鲤猄
氨基酸残基的差异部分 A5 Thr Thr Thr Thr Ala Ala Thr Thr Ala A6 Ser Ser Ser Ser Ser Gly Gly Ser Ser A10 Ile Ile Ile Ile Val Val Ile Ile Thr B30 Thr Ala Ala Ser Ala Ala Ala Ala Ala
φ= 180o ψ = 180o
φ= 0o ψ = 0o
中国海洋大学2010生化
蛋白质二级结构
（二） 二级结构与功能
1、二级结构定义 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 。 是完整肽链构象（三级结构）的结构单元，是蛋白质 复杂的立体结构的基础，因此二级结构也可以称为 构象单元。 2、主要的化学键： 氢键
高级 结构
一、蛋白质一级结构与功能
（一）定义：
蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸残 基的排列顺序。
主要的化学键
肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
因此蛋白质一级结构还可以定义为蛋白
质分子内部的共价结构。
对于复合蛋白质来说：
完整的一级结构还应包括除肽链之外的其他
成分（如糖，脂质等）以何种方式连接于肽 链的哪些残基上。
中山大学2009生化
某同源蛋白质中的Ala残基被替换为Val,此类
替换属于-------
蛋白质一级结构的比较：
比较功能相似的蛋白质
通过比较，发现功能越相近的蛋白质，其
一级结构上的同源性也越高。 比较不同生物物种来源的同一蛋白质 如通过比较，发现物种间越接近，则蛋白 质的一级结构越相似。
不同生物和人的细胞色素c 中氨基酸组成的差异
蛋白质的一级结构有30%以上同源性，就可
以认为它们是属于同一个蛋白质家族。 如G-proteins
有些蛋白质家族之间一级结构同源性较低，
但它们的结构和功能存在一定的相似性。 这些蛋白质家族属于同一超家族（ protein superfamily） 。
15.蛋白质的形状基本决定了其功能
DNA突变→蛋白质变异
①变异在非关键部位，不影响功能，可被保留，
如同源蛋白质。 同源蛋白质: 在不同生物体中行使相同或相似功能的蛋白质 具有明显序列同源的蛋白质也叫同源蛋白质.
②变异在关键部位，功能改变或丧失，导致疾病甚
至致命。 ③变异产生功能更完善、更适应环境的蛋白质，保 留，进化。