蛋白质结构的基本组件

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3. 单一构型和旋转异构体
(1)构型与构象 • 构型：原子在空间的相对分布或排列称为 分子的构型。 • 当一种构型改变为另一种构型时必须有共 价键的断裂和重新形成。 • 这种异构体在化学上可以分离，但不能通 过简单的单键旋转相互转换。
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构象是组成分子的原子或基团绕 单键旋转而形成的不同空间排布。 一种构象转变为另一种构象不要 求有共价键的断裂和重新形成， 在化学上难于区分和分离的
2006 10 03
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PDB数据库中存放的蛋白质三维结 构的条目
2009 9 6
6
Year 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000
Yearly 6152 7929 7400 6974 7209 6478 5364 5183 4167 3002 2831 2627
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3．从蛋白质的一级结构可预测它的高级结 构。下面是一段肽链的氨基酸排列顺序： “ LAHTYGPFQAAMCKWEAQPDGMECAFHR” ，问：
1)你认为此段肽链的何处会出现β转角结构? 2)何处可形成链内二硫键? 3)假定上述顺序是一个大的球蛋白分子中的一 部分结构，指出D、I、T、A、Q、K氨基酸残 基可能在蛋白质分子的表面还是内部?
一、20种基本氨基酸 1. 基本结构及分类 2. 基本性质 3.单一构型和旋转异构体
(1) 构型与构象 (2) 天然氨基酸的单一构型 (3) 优势构象与旋转异构体
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2. 基本性质
侧链基团的极性
(1) 疏水氨基酸 包括Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro,Phe和Trp(8)。 (2) 极性氨基酸 包括Gly,Ser, Thr, Asn, Gln, Cys和Tyr (7) 。 (3) 荷电氨基酸 包括Asp, Glu, Arg ，His和Lys(5)。
胰蛋白酶 Gly→Ala 提高酶水解专一性 成功 β-内酰胺酶 Ser→Cys 验证Ser对该酶 成功 的重要性 β-干扰素 Cys→Ser 提高稳定性 成功 白细胞介素-2 Cys→Ser 提高产物活性 不成功 二氢叶酸还原酶 Asp→Asn 验证酶的活性 成功 中心还原酶
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一、20种基本氨基酸 1. 基本结构及分类 2. 基本性质 3.单一构型和旋转异构体
Total 76288 70136 62207 54807 47833 40624 34146 28782 23599 19432 16430 13599
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大量精细结构的阐明显示：
一方面：蛋白质三维结构具有极 大的多样性和极高的复杂性。 同时：不同蛋白质分子结构之间 存在的共同特征，包括基本的结 构组件，多层次的结构组织方式， 在结构域水平上的结构类型等。
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遗传密码与氨基酸结构和极性的关系
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表
氨基酸残基的一些光学相关性质
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图1-3 芳香氨基酸在 pH 6的紫外吸收谱 35
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一、20种基本氨基酸 1. 基本结构及分类 2. 基本性质 3.单一构型和旋转异构体
(1) 构型与构象 (2) 天然氨基酸的单一构型 (3) 优势构象与旋转异构体
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蛋白质结构与功能
第一章 蛋白质结构的基本组件 第二章 蛋白质结构的组织形式
第三节 蛋白质结构的形成 —多肽链的生物合成与折叠 第四章 蛋白质的结构与功能
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第一章 蛋白质结构的基本组件 一、20种基本氨基酸 二、肽单位和多肽链 三、α螺旋（α-helix） 四、β层（β-sheet） 五、环肽链（loop） 六、疏水内核
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问题
1．研究发现，多聚—L-Lys在pH7.0呈随机螺旋 结构，但在pHl0为α螺旋构象，为什么?预测 多聚—L-Glu在什么pH条件下为随机螺旋，在 什么pH下为α螺旋构象?为什么? 2 ．一次突变，某蛋白质分子内的一个丙氨酸转 变为缬氨酸导致该蛋白质生物活性的丢失；然 而在另一次突变时，由于一个异亮氨酸转变为 甘氨酸而使该蛋白质的活性恢复了，请分析可 能的原因是什么?
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蛋白质设计的目标及解决办法
设计目标
热稳定性
解决办法
引入二硫桥，增加内氢键数目，改善内疏水 堆积，增加表面盐桥
对氧化的稳定性
把Cys转换为Ala或Ser，把Met转换为Gln、 Val、Ile或Leu，把Trp转换为Phe或Tyr
把Cys转换为Ala或Ser，把Met转换为Gln、 Val、Ile或Leu替代表面羧基 替换表面荷电基团His、Cys以及Tyr的置换， 内离子对的置换
蛋白质的结构与功能
1
后基因组时代
后基因时代的任务：阐释基因组中全部基 因的功能及其编码蛋白质的结构与功能
2
蛋白质结构
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蛋白质研究：结构与功能
结构：
一级 空间结构
据 2001 年 10 月国际蛋白质数据库公 布的资料，在原子或接近原子分辨 率水平解析的蛋白质三维结构数量 已超过16000。
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PDB数据库中存放的蛋白质三维 结构的条目
非极性
极性
不带电荷 带正电荷（碱性氨基酸） 带负电荷（酸性氨基酸）
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脂肪族氨基酸
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含羟基或硫氨基酸
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酸性氨基酸及其酰胺
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碱性氨基酸和杂环氨基酸
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芳香族氨基酸
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26 图1-1 天然蛋白质中常见 20种氨基酸的侧链
图1-1 天然蛋白质中常见 20种氨基酸的侧链 27
(1) 构型与构象 (2) 天然氨基酸的单一构型 (3) 优势构象与旋转异构体
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基本结构
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问题
•为什么生物体选择了α氨基酸作为蛋 白质的基本组成单元?
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氨基酸的分类

按侧链（R）基团的结构不同：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ脂肪族 芳香族：Phe,Trp,Tyr 杂环族:His,Pro

按侧链（R）基团的极性性质不同：
对重金属的稳定性
pH稳定性
提高酶学性质
专一性的改变，增加逆转数(turnover number)，改变酸碱度
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诱变蛋白质 T4溶菌酶 枯草杆菌 蛋白酶
氨基酸突变 Ile→Cys Gly→Lys
Ala→Leu α-抗凝酶 Met→Val
原定目标 结果 构建二硫键 成功 增加热稳定性 拓宽酶作用的 成功 底物范围 提高抗氧化性能 提高抗氧化性能 成功