蛋白质的合成与功能之

2 6.1 4 l 除 甘 氨 酸 和 脯 氨 酸 外 ， 其 他 均 具 有 如 下 结 构 通式 。各 种 氨 基 酸 的 区 别 在 于 侧 链 R基 的 不 同 。 20种 基本 氨 基 酸 按 R的 极 性 可 分 为 非 极 性 氨 基 酸 、 极 性性 氨 基 酸 、 酸 性 氨 基 酸 和 碱 性 氨 基 酸 。COOHC HH 2N R-氨基酸可 变 部分不 变 部分 5 l 20种 基 本 氨 基 酸 6 7 8 9 l 蛋 白 质 是 由 一 条 或 多 条 多 肽 (polypeptide)链 以 特 殊 方 式 结 合 而 成 的 生 物 大 分 子 。l 蛋 白 质 与 多 肽 并 无 严 格 的 界 线 ， 通 常 是将 分 子 量 在 6000道 尔 顿 以 上 的 多 肽 称 为蛋 白 质 。l 蛋 白 质 分 子 量 变 化 范 围 很 大 , 从 大 约6000到 1000000道 尔 顿 甚 至 更 大 。 10 l 一 个 氨 基 酸 的 氨 基 与另 一 个 氨 基 酸 的 羧 基之 间 失 水 形 成 的 酰 胺键 称 为 肽 键 ， 所 形 成的 化 合 物 称 为 肽 。l由 两 个 氨 基 酸 组 成 的 肽 称 为 二 肽 ， 由 多 个 氨 基 酸 组 成 的肽 则 称 为 多 肽 。 组 成 多 肽 的 氨 基 酸 单 元 称 为 氨 基 酸 残 基 。 11 C C N C C N C C N C C N CCH2 CH CH2 CH2 CH2 COO-OH CO2H CH2CONH2OHCH3H3N+ O O O OH H H H HH H H HSer Val Tyr Asp GlnCH3N-端 C-端肽键l 在 多 肽 链 中 ， 氨 基 酸 残 基 按 一 定 的 顺 序 排 列 ， 这 种 排列 顺 序 称 为 氨 基 酸 顺 序l 通 常 在 多 肽 链 的 一 端 含 有 一 个 游 离 的 -氨 基 ， 称 为 氨基 端 或 N-端 ； 在 另 一 端 含 有 一 个 游 离 的 -羧 基 ， 称 为羧 基 端 或 C-端 。l 氨 基 酸 的 顺 序 是 从 N-端 的 氨 基 酸 残 基 开 始 ， 以 C-端 氨基 酸 残 基 为 终 点 的 排 列 顺 序 。 如 上 述 五 肽 可 表 示 为 ： l Ser-Val-Tyr-Asp-Gln 12l 肽 键 的 特 点 是 氮 原 子 上 的 孤 对 电 子 与 羰 基 具 有明 显 的 共 轭 作 用 。l 组 成 肽 键 的 原 子 处 于 同 一 平 面 。 13 l 肽 键 中 的 C-N键 具 有 部 分双 键 性 质 ， 不 能 自 由 旋转 。l 在 大 多 数 情 况 下 ， 以 反式 结 构 存 在 。 14 l 蛋 白 质 的 一 级 结 构(Primary structure)包括 组 成 蛋 白 质 的 多 肽 链数 目 .l 多 肽 链 的 氨 基 酸 顺 序 ，l 以 及 多 肽 链 内 或 链 间 二硫 键 的 数 目 和 位 置 。l 其 中 最 重 要 的 是 多 肽 链的 氨 基 酸 顺 序 ， 它 是 蛋白 质 生 物 功 能 的 基 础 。 15 l蛋 白 质 的 二 级 (Secondary)结构 是 指 肽 链 的 主 链 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 。l主 要 有 -螺 旋 、 -折 叠 、 -转角 。 16 l 在 -螺 旋 中 肽 平 面 的 键 长 和 键 角 一 定 ；l 肽 键 的 原 子 排 列 呈 反 式 构 型 ；l 相 邻 的 肽 平 面 构 成 两 面 角 ； CO N C N +O -C NCO HC 17 l 多 肽 链 中 的 各 个 肽 平 面 围 绕同 一 轴 旋 转 ， 形 成 螺 旋 结 构 ，螺 旋 一 周 ， 沿 轴 上 升 的 距 离即 螺 距 为 0.54nm,含 3.6个 氨基 酸 残 基 ； 两 个 氨 基 酸 之 间的 距 离 为 0.15nm;l 肽 链 内 形 成 氢 键 ， 氢 键 的 取向 几 乎 与 轴 平 行 ， 第 一 个 氨基 酸 残 基 的 酰 胺 基 团 的 -CO基 与 第 四 个 氨 基 酸 残 基 酰 胺基 团 的 -NH基 形 成 氢 键 。l 蛋 白 质 分 子 为 右 手 -螺 旋 。 18 19 l -折 叠 是 由 两 条 或 多 条 几 乎 完 全 伸 展 的 肽链 平 行 排 列 ， 通 过 链 间 的 氢 键 交 联 而 形 成 的 。肽 链 的 主 链 呈 锯 齿 桩 折 叠 构 象l 在 -折 叠 中 ， -碳 原 子 总 是 处 于 折 叠 的 角上 ， 氨 基 酸 的 R基 团 处 于 折 叠 的 棱 角 上 并 与棱 角 垂 直 ， 两 个 氨 基 酸 之 间 的 轴 心 距 为0.35nm； 20l -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 内 氢 键 的 交 联 ， 氢 键 与 链 的 长 轴接 近 垂 直 。l -折 叠 有 两 种 类 型 。 一 种 为 平 行 式 ， 即 所 有 肽 链的 N-端 都 在 同 一 边 。 另 一 种 为 反 平 行 式 ， 即 相 邻两 条 肽 链 的 方 向 相 反 。 21 l 在 -转 角 部 分 ， 由 四 个氨 基 酸 残 基 组 成 ;l 弯 曲 处 的 第 一 个 氨 基 酸残 基 的 -C=O 和 第 四 个残 基 的 N-H 之 间 形 成氢 键 ， 形 成 一 个 不 很 稳定 的 环 状 结 构 。l 这 类 结 构 主 要 存 在 于 球状 蛋 白 分 子 中 。 22 l 蛋 白 质 的 三 级 结 构 (Tertiary Structure)是 指 在 二 级 结 构 基 础 上 ， 肽 链 的 不 同 区段 的 侧 链 基 团 相 互 作 用 在 空 间 进 一 步 盘绕 、 折 叠 形 成 的 包 括 主 链 和 侧 链 构 象 在内 的 特 征 三 维 结 构 。l 维 系 这 种 特 定 结 构 的 力 主 要 有 氢 键 、 疏水 键 、 离 子 键 和 范 德 华 力 等 。 尤 其 是 疏水 键 ， 在 蛋 白 质 三 级 结 构 中 起 着 重 要 作用 。 23 24 l 蛋 白 质 的 四 级 结 构 (Quaternary Structure)是 指由 多 条 各 自 具 有 一 、 二 、 三 级 结 构 的 肽 链 通 过非 共 价 键 连 接 起 来 的 结 构 形 式 ； 各 个 亚 基 在 这些 蛋 白 质 中 的 空 间 排 列 方 式 及 亚 基 之 间 的 相 互作 用 关 系 。l 这 种 蛋 白 质 分 子 中 ， 最 小 的 单 位 通 常 称 为 亚 基或 亚 单 位 Subunit， 它 一 般 由 一 条 肽 链 构 成 ，无 生 理 活 性 ；l 维 持 亚 基 之 间 的 化 学 键 主 要 是 疏 水 力 。l 由 多 个 亚 基 聚 集 而 成 的 蛋 白 质 常 常 称 为 寡 聚 蛋白 ； 25 26 27 28 蛋白质纯化 29 30 1.凝胶过滤层析法2.SDS凝胶电泳法3质谱法法 31 X射线晶体学与核磁共振法 如HIV的3D X 图谱 32 1.分离和纯化2.基因诱变3.突变体表现型研究4.蛋白质序列比较 33 l 1.在给定条件下对任何特定类型的所有表达蛋白进行分析与鉴定即蛋白质组学l 2.方法：l 二维凝胶电泳l 多肽分子质量指纹图谱等