蛋白质-3

¾ Anfinsen与摩尔和斯坦分享 1972年诺贝尔化学奖。
蛋白质（核糖核酸酶）变性 与复性作用
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
2. 酶原激活
前胰岛素原
信号肽
胰岛素原
活性胰岛素
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
3. 同源蛋白：是指在不同有机体中实现同一功能的蛋白质。
不变残基：同源蛋白中的一级结构中有许多位置的氨 基酸对所有种属来说都是相同的。
2.1 α-螺旋(α-helix) 铁蛋白
2.2 β-折叠(β-pleated sheet)
β-折叠或β -折叠片也称β -结构或β -构象，它是蛋白质中 第二种最常见的二级结构。 肽链的主链呈锯齿状折叠构象。 主链相对较伸展，平行或反平行排列，侧向聚集，相邻肽链 主链上的一NH和C=O之间形成有规则的氢键。
溶菌酶(129AA)： 水解细菌细胞壁的多糖成分 乳清蛋白(123AA)：调节乳腺中乳糖的合成 序列同源性：48个残基相同，具有共同的起源
¾ 相似结构，功能不同
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
4. 血红蛋白分子病
镰刀型红细胞贫血
¾ 保守序列、保守氨基酸改变，功能改变；保守氨 基酸不变，功能不变
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
生物化学(Biochemistry) 蛋白质 (Protein)
张玉慧
复习:
¾肽键 ¾肽的理化性质 ¾蛋白质一级结构的测定 ¾肽的固相合成
蛋白质的一级结构(primary structure)
一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺 序；主要靠肽键维系。 一级结构的连接键：肽键（主要）、二硫键
蛋白质的一级结构(primary structure)
生物
与人不同的AA数目
黑猩猩
0
恒河猴
1
兔
9
袋鼠
10
牛、猪、羊、狗
11
马
12
鸡、火鸡
13
响尾蛇
14
海龟
15
金枪鱼
21
角饺
23
小蝇
25
蛾
31
小麦
35
粗早链孢霉
43
酵母
44
同源蛋白
细胞色素C： 进化树 ¾ 一级结构中的保守序列决定空间结构 不同蛋白质之间的比较：相似结构相似功能、不 同结构不同功能
同源蛋白
可变残基：其他位置的可变化的氨基酸。不同种属的 可变残基有很大变化。可用于判断生物体 间亲缘关系的远近。
同源蛋白
细胞色素C（电子转运蛋白）：
¾60 个物种中，有 27 个位 置上的氨基酸残基完全不 变，是维持其构象中发挥特 有功能所必要的部位，属于 不变残基.
¾可变残基可能随着进化而 变异，而且不同种属的细胞 色素 C氨基酸差异数与种属 之间的亲缘关系相关。亲缘 关系相近者，氨基酸差异 少，反之则多（进化树）.
2.2 β-折叠(β-pleated sheet)
β-折叠结构的氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以 在同一肽链的不同部分之间形成。几乎所有肽键都参与链 间氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。 侧链R基团垂直于折叠片的平面，并交替地从平面上下两 侧伸出
2.2 β-折叠(β-pleated sheet)
蛋白质（核糖核酸酶）变性 与复性作用
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
1. Anfinsen 实验
¾ 其内容是：在正常的生理环 境下，天然蛋白质的三维结 构是整个系统中吉布斯自由 能（Gibbs free energy）最 低的。也就是说，蛋白质的 天然形态，在一定的环境条 件下，完全由原子间的相互 作用决定，亦即由氨基酸序 列来决定（1963）。
蛋白质（核糖核酸酶）变性 与复性作用
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
1. Anfinsen 实验
¾ 1960年2月，安芬森实验室 的Frederick H. White摸索 出了一套能够使完全变性 的核糖核酸酶恢复99%活 性的氧化条件。
¾ 1963年，安芬森把这个假 说推广到其他蛋白质，正 式提出所谓的“热动力学 假说”（thermodynamic hypothesis），又称“安 芬森信条”（Anfinsen’s dogma）。
氢键
二硫键
范德华力
疏水作用
一级结构
蛋 primary structure
白
质
二级结构
结 secondary structure
构
超二级结构
的 主
supersecondary
structure
结构域
要 Structure domain
层 次
三级结构
Tertiary structure
四级结构
Quaternary structure
蛋白质一级结构是空间结构和生物功能的基础，一级 结构决定空间结构
一级结构并非影响空间结构的唯一因素
分子伴娘(molecular chaperons，分子伴侣)：在蛋白质 加工、折叠形成特定空间构象及穿膜进入细胞器的转位过 程中起关键作用的一类蛋白质。 ¾与未折叠的肽段（疏水部分）进行可逆的结合，辅助二 硫键的正确形成； ¾引导肽链的正确折叠并集合多条肽链成为较大的结构； ¾可以解聚错误聚合的肽段，防止错误发生。
2.3 β-转角
两种类型：
I型
II 型
区别:中央肽基旋转了180°
2.4 β-凸起
β-凸起： 小片的非重复结构，大部分存在于反平行β-折叠片中
2.5 无规卷曲
无规卷曲（random coil)：不能被归入明确的二级结构的 多肽区段。
¾非重复性，但是仍是紧密 有序的结构，常构成酶的活 性部位和特异的功能部分,灵 活易变。
1.3．疏水作用：在水介质中，蛋白质中非极性的疏水基 团埋藏在分子内部的现象，使有序的水分 子转变成自由的水分子（熵增加）以缩小 界面，降低能量，其热力学本质是熵驱动
¾对稳定三维结构特别重要
1. 维持蛋白质空间结构的作用力
1.4．离子键：正、负电荷的静电相互作用 ¾酸性氨基酸残基侧链，碱性氨基酸残基侧链在蛋白质内部 ¾离子键数量小
3.3 Ramachandran Plot（拉式构象图， ϕ- φ作图）
根据最小接触距离（原子的范德华 半径）确定允许构像和不允许构像。 暗影：所有氨基酸残基 中等阴影：除Val、Ile外的氨基酸 残基； 浅色：某些不稳定的构像 黄色：不允许区
3. 蛋白质二级结构的预测
3.3 Ramachandran Plot（拉式构象图， ϕ- φ作图）
蛋白质（核糖核酸酶）变性 与复性作用
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
1. Anfinsen 实验
¾1956-1957年间，安芬森 和他的同事发现，核糖核 酸酶的活性随着二硫键的 还原（断裂）而消失；而 完全失去二硫键的核糖核 酸酶，在重新氧化形成二 硫键之后，又出现了1219%的活性（Sela et al., 1957）。
１.1．氢键：电负性强的原子：N，O，S 与正电荷的氢之 间静电吸引力
¾ 稳定蛋白质二级结构的主要作用力
1. 维持蛋白质空间结构的作用力
1.2．范德华力：非极性分子/基团间瞬时偶极诱导 产生的诱导偶极之间的非专一性的 相互作用----范德华半径
¾虽然键能小，但数量大
1. 维持蛋白质空间结构的作用力
2. 蛋白质的二级结构 (secondary structure)
二级结构：指多肽链的主链本身在空间的排列、或 规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉 及肽链主链的构象及链内或链间形成的 氢键。氢键是稳定二级结构的主要作用 力。
主要有:
α-螺旋(α-helix) β-折叠(β-pleated sheet) β-转角(β-turn) 无规卷曲(random coil)
4. 蛋白质的二级结构的预测
肽平面；二面角；拉氏构象图
问题
1. 从热力学上考虑，一个多肽的片段在下列两 种情况下哪种更容易形成α-螺旋？为什么？
A）完全暴露在水环境中； B）完全埋藏在蛋白质的非极性内部。
习题答案: Ala-Arg-Ser-Phe-Lys-Lys-Met-Ser-Ala
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
研究蛋白质一级结构与功能的关系，主要是：研究 多肽链中不同部位的残基与生物功能的关系。
进行这方面的研究常用的方法有：同源蛋白质氨基
酸顺序相似性分析、氨基酸残基的化学修饰及切割
实验等
1. Anfinsen 实验
1. 维持蛋白质空间结构的作用力
1.5．二硫键 ¾二硫键稳定蛋白质构象
1. 维持蛋白质空间结构的作用力
¾氢键、范德华力、疏水、离子键，均为次级键 ¾氢键、范德华力虽然键能小，但数量力 疏水相互作用力
12-30 13-30 210
4-8
12-20
离子键
特性： ①偶极矩：氢键方向几乎与中心轴平行，指向同一方
向，产生偶极。
2.1 α-螺旋(α-helix)
② 手性：多数为右手（较稳定），少数左 手螺旋（不稳定）
③ 协同性：形成一个后，使后面的容易快 速
④ 存在尺寸不同的螺旋
2.1 α-螺旋(α-helix)
¾右手螺旋：3.6个AA/圈，13 元环，螺距0.54nm； ¾氢键维系：链内氢键 （AA1…AA4），平行长轴
2. 酶原激活
3. 同源蛋白
4. 血红蛋白分子病
第二节、蛋白质一级结构与生物功能
1. Anfinsen 实验
¾ 1954年，安芬森发现，核 糖核酸酶是一个单链蛋白质 ，通过四个二硫键折叠成一 个紧密的三维结构（ Anfinsen et al., 1954）。
¾ 1955年，安芬森发现核糖核 酸酶在变性的环境下仍旧具 有生物活性，因此推测这个 酶的活性中心受到了二硫键 的保护，得以免遭破坏（ Anfinsen et al., 1955）。