资源描述
蛋白质在生命活动中的重要作用蛋白质在生命活动中的重要作用 F 生物催化作用：生物催化作用：酶酶F 运输作用：运输作用：如血红蛋白、转铁蛋白如血红蛋白、转铁蛋白F 调节作用：调节作用：如胰岛素、生长激素如胰岛素、生长激素F 运动作用：运动作用：如肌动蛋白和肌球蛋白如肌动蛋白和肌球蛋白F 防御功能：防御功能：如免疫球蛋白、凝血因子如免疫球蛋白、凝血因子F 营养功能：营养功能：如卵清蛋白、酪蛋白如卵清蛋白、酪蛋白F 结构蛋白：结构蛋白：如胶原蛋白、角蛋白如胶原蛋白、角蛋白F 能量转换蛋白：如能量转换蛋白：如细胞色素细胞色素F 基因调节蛋白：基因调节蛋白：如阻遏蛋白如阻遏蛋白 蛋白质在机体内的生物学功能蛋白质在机体内的生物学功能蛋白质的基本结构单位蛋白质的基本结构单位氨基酸氨基酸 氨基酸的基本结构和构型氨基酸的基本结构和构型 存在于自然界的氨基酸有存在于自然界的氨基酸有300种。动物机体的蛋白质经强酸水解之后种。动物机体的蛋白质经强酸水解之后可以得到可以得到20种氨基酸，并且均为种氨基酸，并且均为L-氨基酸（除了甘氨酸），含不对氨基酸（除了甘氨酸），含不对称的称的-碳原子。它们之间的差别在于有不同的侧链基团碳原子。它们之间的差别在于有不同的侧链基团 R氨基酸结构通式氨基酸结构通式或或H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R除了甘氨酸外，除了甘氨酸外，其他均具有不对称碳原子其他均具有不对称碳原子，具有旋光性具有旋光性含非含非极性侧链基团极性侧链基团含含极性侧链基团极性侧链基团Ser,S Thr,T Cys,CPro,P Asn,N Gln,QGly,G Ala,A Val,VLeu,L Met,M Ile,I含芳香基团含芳香基团 含碱性侧链基团（带正电荷）含碱性侧链基团（带正电荷）Phe,F;Tyr,Y;Trp,WLys,K;Arg,R;His,H含酸性侧链基团（带负电荷）含酸性侧链基团（带负电荷）Asp,D;Glu,E 氨基酸的两性解离氨基酸的两性解离氨基酸分子在水溶液中呈两性离子状态，在其氨基酸分子在水溶液中呈两性离子状态，在其等电点时，氨基酸所带的正、负电荷相等，净等电点时，氨基酸所带的正、负电荷相等，净电荷为零。电荷为零。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI带电荷为零带电荷为零 带电荷为正带电荷为正带电荷为负带电荷为负氨基酸氨基酸的两性解离及等电点的两性解离及等电点(pK1)(pK2)氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度碱度 等等电点电点(isoelectric point,pI)在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，在电场中既势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性，在电场中既不向阳极也不向阴极移动。此时不向阳极也不向阴极移动。此时溶液的溶液的pH值值称为该称为该氨基氨基酸的等酸的等电点电点氨基酸在等电点时的氨基酸在等电点时的特点：特点：1.净净电荷数等于零，在电场中不移动；电荷数等于零，在电场中不移动；2.此时此时氨基酸的溶解度氨基酸的溶解度最小最小蛋白质的化学结构和高级结构蛋白质的化学结构和高级结构 肽键（肽键（peptide bond）和肽（和肽（peptide）肽键：指蛋白质分子中，由一个氨基酸的肽键：指蛋白质分子中，由一个氨基酸的-COOH和另一个氨基酸的和另一个氨基酸的-NH2之间脱水缩合而成的酰胺键，它是蛋白质结构中的主要共价键之间脱水缩合而成的酰胺键，它是蛋白质结构中的主要共价键肽：肽：肽：肽：由肽键形成的化合物（二肽、三肽、寡肽、多肽）由肽键形成的化合物（二肽、三肽、寡肽、多肽）+-HOH肽键肽键NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸多肽（多肽（polypeptide）和多肽链（和多肽链（polypeptide chain）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序列，多肽链上不完整的氨基酸，称为氨基酸序列，多肽链上不完整的氨基酸，称为氨基酸残基氨基酸残基(amino acid residue)上图为：上图为：丝氨酰丝氨酰-甘氨酰甘氨酰-酪氨酰酪氨酰-丙氨酰丙氨酰-异亮氨酸异亮氨酸（N-端）端）（C-端）端）C NH OOCa C N CaH键键键键长长长长介介介介于于于于单单单单双键之间双键之间双键之间双键之间 O C NH+肽键肽键的结构特点的结构特点 氮氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用，肽原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用，肽 键键中的中的C-N键具有部分双键性质，不能自由键具有部分双键性质，不能自由旋转旋转肽平面肽平面/酰胺酰胺平面平面肽平面肽平面肽平面肽平面 由由由由肽键周围的肽键周围的肽键周围的肽键周围的6 6 6 6个原子组成的刚性平面个原子组成的刚性平面个原子组成的刚性平面个原子组成的刚性平面由于由于-碳原子与其他原碳原子与其他原子之间均形成子之间均形成单键单键，因，因此此两相邻的肽键平面可两相邻的肽键平面可以作相对以作相对旋转旋转 Ca肽平面肽平面一个具有生物活性的蛋白质多肽链在一定条件下往往只有一种一个具有生物活性的蛋白质多肽链在一定条件下往往只有一种或很少的几种构象。主要是因为肽链结构的高度共振稳定性或很少的几种构象。主要是因为肽链结构的高度共振稳定性 蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 一级结构一级结构（primary structure）：即蛋白质的化学结构，是指多肽链）：即蛋白质的化学结构，是指多肽链上各种氨基酸残基的种类和排列顺序，也包括二硫键的数目上各种氨基酸残基的种类和排列顺序，也包括二硫键的数目牛牛胰岛素的一级结构：胰岛素的一级结构：51个氨基酸，个氨基酸，A（21肽）、肽）、B（30肽）两条肽肽）两条肽链，链，A链内一对链内一对S-S，A和和B链间链间2对对S-S蛋白质结构蛋白质结构 将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序 将肽段分离并测出顺序专一性裂解末端氨基酸测定拆开二硫键纯蛋白质蛋白质顺序测蛋白质顺序测 定基本定基本战略战略一级结构测定的基本流程一级结构测定的基本流程:(1)拆拆分蛋白质分子的多肽链分蛋白质分子的多肽链;(2)鉴鉴定多肽链的定多肽链的N一末端和一末端和C一末端残基一末端残基;(3)用用两种或几种不同的断裂方法将多肽链裂解两种或几种不同的断裂方法将多肽链裂解成较成较 小的小的片段片段;(4)测测定各肽段的氨基酸序列定各肽段的氨基酸序列;(5)重重建完整多肽链的一级结构建完整多肽链的一级结构;(6)确确定半胱氨酸残基间形成的二硫键的定半胱氨酸残基间形成的二硫键的位置位置 拆分非共价键：可用拆分非共价键：可用8mol/L尿素尿素或或6mol/L盐酸胍盐酸胍处理处理 拆分拆分二硫键：几条多肽链通过二二硫键：几条多肽链通过二二硫键：几条多肽链通过二二硫键：几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在硫键交联在一起。可在硫键交联在一起。可在硫键交联在一起。可在8mol/L8mol/L尿素尿素尿素尿素或或或或6 6mol/Lmol/L盐酸胍盐酸胍盐酸胍盐酸胍存在下，存在下，存在下，存在下，用过量的用过量的用过量的用过量的 -巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基巯基巯基巯基拆分拆分N-末端和末端和C-末端氨基酸残基的确末端氨基酸残基的确定定 为为氨氨基酸基酸序列排列建立两个重要的参考点序列排列建立两个重要的参考点N端分析方法：端分析方法：二硝基氟二硝基氟苯法苯法(DNFB法法)丹磺酰丹磺酰氯法氯法(DNS法法)丹磺酰丹磺酰-氨氨基酸有很强基酸有很强的荧光性质的荧光性质 苯异硫氰酸苯异硫氰酸(酯酯)法法(PITC法、法、PTC法、法、PTH法、法、Edman降解法降解法)由于其连续反应特性，由于其连续反应特性，成为蛋白质序列分析仪成为蛋白质序列分析仪的分析原理！的分析原理！C末端分析方法末端分析方法肼解法：肼解法：多肽与肼在无水条件下加热，多肽与肼在无水条件下加热，C-端氨基酸即从肽链上端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸端氨基酸分离分离多肽链部分裂解成较小的片段多肽链部分裂解成较小的片段化大为小化大为小，获得短获得短肽段肽段酶酶解法解法:胰蛋白酶胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶酶等等胃蛋白酶：胃蛋白酶：在在疏水性氨基酸疏水性氨基酸处部分水解，最适反应处部分水解，最适反应pH为为23胰蛋白酶：胰蛋白酶：R1=赖氨酸赖氨酸Lys和精氨酸和精氨酸Arg侧侧链链(专专一性较强，水解速一性较强，水解速度快度快)R1=苯丙氨酸苯丙氨酸Phe,色氨酸色氨酸Trp,酪酪氨酸氨酸Tyr 糜蛋白酶糜蛋白酶重建重建完整多肽链完整多肽链的一级结构的一级结构获得获得多肽链的完整序列多肽链的完整序列利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序测定测定各短肽段的氨基酸序列各短肽段的氨基酸序列测定二硫键的位置测定二硫键的位置分子进化分子进化 细胞色素细胞色素c 是由是由104个氨基酸组个氨基酸组成的蛋白质成的蛋白质比较比较50种不同的种不同的生物，发现生物，发现35个是保守的个是保守的凡与人类亲缘关凡与人类亲缘关系越远的生物，系越远的生物，其氨基酸顺序与其氨基酸顺序与人类的差异越大人类的差异越大从细胞色素c的一级结构看生物进化蛋白质的高级结构蛋白质的高级结构 一条或数条多肽链上所有原子和基团在三维空间上一条或数条多肽链上所有原子和基团在三维空间上的排布，即构象的排布，即构象（conformation）或空间结构或空间结构 蛋白质的高级结构由明显的结构层次蛋白质的高级结构由明显的结构层次 一级结构是空间结构的基础一级结构是空间结构的基础（1 1）非共价键）非共价键 氢键氢键 离子键离子键 范德瓦尔力范德瓦尔力 疏水作用疏水作用（2 2）S-SS-S键键 维持蛋白质空间结构中重要的化学键维持蛋白质空间结构中重要的化学键蛋白质结构层次蛋白质结构层次 蛋白质结构极其复杂，但具有明显的结构层次蛋白质结构极其复杂，但具有明显的结构层次一级结构（多肽链上的氨基酸排列顺序）一级结构（多肽链上的氨基酸排列顺序）二级结构（多肽链主链骨架的局部空间结构）二级结构（多肽链主链骨架的局部空间结构）超二级结构（二级结构单位的集合体）超二级结构（二级结构单位的集合体）结构域（多肽链上可以明显区分的球状区域）结构域（多肽链上可以明显区分的球状区域）三级结构（多肽链上所有原子和基团的空间排布）三级结构（多肽链上所有原子和基团的空间排布）四级结构（由球状亚基或分子缔合而成的集合体）四级结构（由球状亚基或分子缔合而成的集合体）蛋白质的主要结构层次蛋白质的主要结构层次二级结构二级结构 二级结构二级结构（secondary structure）：指多肽链主链在一级结构的基础上）：指多肽链主链在一级结构的基础上进一步的盘旋或折叠，形成的周期性构象，维系二级结构的力是氢键进一步的盘旋或折叠，形成的周期性构象，维系二级结构的力是氢键 二级结构主要形式有：二级结构主要形式有：-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、-转角、无规卷曲转角、无规卷曲 6 -螺旋（螺旋（-helix）在角蛋白中最常见的构在角蛋白中最常见的构象，为右手螺旋。每圈象，为右手螺旋。每圈螺旋螺旋3.6个氨基酸残基。个氨基酸残基。侧链基团侧链基团R在螺旋外侧。在螺旋外侧。主链内部形成主链内部形成H-键，不键，不涉及侧链涉及侧链R典型的典型的-螺旋是螺旋是3.613螺螺旋，一周螺旋旋，一周螺旋3.6个氨个氨基酸，跨越基酸，跨越13个原子个原子卷发卷发(烫发烫发)的生物化学基础的生物化学基础永久性卷发永久性卷发(烫发烫发)是一项生物化学工程是一项生物化学工程(biochemical biochemical engineeringengineering),),-角蛋白角蛋白在烫发剂、湿热条件下头发中的二在烫发剂、湿热条件下头发中的二硫键和氢键打破，伸展转变为硫键和氢键打破，伸展转变为-构象，在定型剂作用下冷却构象，在定型剂作用下冷却干燥时，发芯干燥时，发芯结构重组并稳定结构重组并稳定这是因为这是因为-角蛋白的侧角蛋白的侧链链R基一般都比较大，不适于处在基一般都比较大，不适于处在-构象状态，此外构象状态，此外-角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多的二硫角蛋白中的螺旋多肽链间有着很多的二硫键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原状键交联，这些交联键也是当外力解除后使肽链恢复原状(-螺旋构象螺旋构象)的重要力量。的重要力量。这就是卷发行业的生化基础这就是卷发行业的生化基础6 -折叠（折叠（-sheet）平平行行结结构构反反平平行行结结构构存在于丝心蛋白、角蛋白。呈平行的和反平行的比较伸展的构象。主链之间存在于丝心蛋白、角蛋白。呈平行的和反平行的比较伸展的构象。主链之间形成形成H H键，侧链基团键，侧链基团R R交替地位于片层的上、下交替地位于片层的上、下-角蛋白角蛋白丝心蛋白丝心蛋白(fibroin)：这是这是蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。蚕丝和蜘蛛丝的一种蛋白质。丝心蛋白具有抗张强度高，丝心蛋白具有抗张强度高，质地柔软的特性，但不能拉质地柔软的特性，但不能拉伸。丝心蛋白是典型的伸。丝心蛋白是典型的反平反平行式行式-折叠片折叠片，多肽链取锯，多肽链取锯齿状折叠构象齿状折叠构象6 -转角（转角（-turn）肽链肽链1800的回折的回折6 无规无规卷曲（卷曲（random coil）两种主要类型的-转角 蛋白质的肽链中没有确定蛋白质的肽链中没有确定规律性的那部分肽段构象规律性的那部分肽段构象超二级结构超二级结构 超二级结构超二级结构（super secondary structure）：在蛋白质中经常存在由若）：在蛋白质中经常存在由若干相邻的二级结构单元按一定规律组合在一起，形成有规则的二级结干相邻的二级结构单元按一定规律组合在一起，形成有规则的二级结构集合体，超二级结构又称基序或模体（构集合体，超二级结构又称基序或模体（motif）四种类型的超二级结构 结构域结构域 结构域结构域（domain）：在较大的蛋白质分子里，多肽链的空间折叠常常）：在较大的蛋白质分子里，多肽链的空间折叠常常形成两个或多个近似球状的三维实体形成两个或多个近似球状的三维实体,它们之间连接松散它们之间连接松散由-折叠、-螺旋形成的结构域 丙酮酸激酶丙酮酸激酶的一个结构的一个结构域域 免疫球蛋白免疫球蛋白的一个结构的一个结构域域 三级结构三级结构 三级结构三级结构（tertiary structure）：指一条多肽链在二级结构（超二级结）：指一条多肽链在二级结构（超二级结构及结构域）的基础上，进一步盘绕、折叠而成的具有特定肽链走向的构及结构域）的基础上，进一步盘绕、折叠而成的具有特定肽链走向的紧密球状结构紧密球状结构,或者说三级结构是指多肽链中所有原子和基团在三维空或者说三级结构是指多肽链中所有原子和基团在三维空间的排布间的排布肌红蛋白的三级结构及其结合的血红素亚基三级结构的稳定主要靠非共价三级结构的稳定主要靠非共价相互作用相互作用氨基酸亲水的基团倾向于分布氨基酸亲水的基团倾向于分布在分子的表面，疏水的基团在在分子的表面，疏水的基团在分子的内部分子的内部 四级结构四级结构 四级结构四级结构（quaternary structure）：多个具有三级结构的多肽链）：多个具有三级结构的多肽链（称亚基，（称亚基，Subunit）的聚合。或者说四级结构指亚基的种类、数的聚合。或者说四级结构指亚基的种类、数目及各个亚基在寡聚蛋白中的空间排布和亚基之间的相互作用目及各个亚基在寡聚蛋白中的空间排布和亚基之间的相互作用 血红蛋白的四级结构 四级结构的稳定主要靠是疏水作四级结构的稳定主要靠是疏水作用力，另外还有离子键、氢键、范德用力，另外还有离子键、氢键、范德华引力等华引力等 血红蛋白由血红蛋白由4 4个亚基组成（个亚基组成（22），每个亚基都与肌红蛋白非常相似每个亚基都与肌红蛋白非常相似多肽、蛋白结构与功能的关系多肽、蛋白结构与功能的关系 一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系 F 氨基酸组成变化改变其功能氨基酸组成变化改变其功能 F 一级结构改变引起分子病一级结构改变引起分子病 基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下基因突变导致蛋白质一级结构的突变，导致蛋白质生物功能的下降或丧失，就会产生疾病，这种病称为降或丧失，就会产生疾病，这种病称为分子病（分子病（molecular disease）正常红细胞与镰刀正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电形红细胞的扫描电镜图镜图镰刀形红镰刀形红细胞细胞正常红正常红细胞细胞-链链N端氨基酸排列顺序端氨基酸排列顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A(正常人正常人)Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys Hb-S(患患 者者)Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys 谷氨酸（极性）谷氨酸（极性）缬氨酸（非极性）缬氨酸（非极性）由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力由于缬氨酸上的非极性基团与相邻非极性基团间在疏水力作用下相互靠拢，并引发作用下相互靠拢，并引发所在链扭曲为束状所在链扭曲为束状，整个蛋白质由球，整个蛋白质由球状变为镰刀形，与氧结合功能丧失，导致病人窒息甚至死亡状变为镰刀形，与氧结合功能丧失，导致病人窒息甚至死亡镰刀状贫血病镰刀状贫血病血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧血液中大量出现镰刀红细胞，患者因此缺氧 窒息窒息正常细胞 镰刀形细胞w它是它是最早认识的一种分子病最早认识的一种分子病。流行于非洲，死亡率极高，大部分。流行于非洲，死亡率极高，大部分患者童年时就夭折，活过童年的寿命也不长，它是由于遗传基因患者童年时就夭折，活过童年的寿命也不长，它是由于遗传基因突变导致血红蛋白分子结构的突变，突变导致血红蛋白分子结构的突变，但病人可抗非洲疟疾但病人可抗非洲疟疾蛋白质的正确折叠与分子伴侣蛋白质的正确折叠与分子伴侣 多肽链的多肽链的特定空间结构特定空间结构是其功能的保证是其功能的保证肽链的肽链的正确折叠正确折叠或或亚基装配亚基装配常常需要由一些蛋白质，例如常常需要由一些蛋白质，例如热激热激蛋白蛋白（Heat shock protein,Hsp）和某些酶的帮助，并且消耗和某些酶的帮助，并且消耗ATPATP。但是，这样的蛋白质与酶并不加入到最终的折叠产物或但是，这样的蛋白质与酶并不加入到最终的折叠产物或装配复合物中。它们被称为装配复合物中。它们被称为分子伴侣分子伴侣（molecular chaperone）疯牛病病牛的海绵样脑组织疯牛病疯牛病可能是由可能是由于于朊蛋白朊蛋白（Pron protein，PrP）的的错误折叠引起错误折叠引起蛋白质的变构蛋白质的变构变构作用变构作用（Allosteric effect）：效应剂（变构剂）作用于多）：效应剂（变构剂）作用于多亚基蛋白质后，导致其构象改变，继而引起其他亚基构象的改亚基蛋白质后，导致其构象改变，继而引起其他亚基构象的改变，结果是蛋白质或酶生物活性的变化。变，结果是蛋白质或酶生物活性的变化。可能是变构激活，也可能是变构抑制可能是变构激活，也可能是变构抑制血红蛋白血红蛋白中的中的4个亚基与氧分子的亲和性不同。氧分子与血红个亚基与氧分子的亲和性不同。氧分子与血红蛋白的一个亚基结合后，引起其构象发生改变，这种变化在亚蛋白的一个亚基结合后，引起其构象发生改变，这种变化在亚基之间传递，从而改变了其他亚基与氧的结合能力基之间传递，从而改变了其他亚基与氧的结合能力(R)relaxed state(T)tense state 血中氧分子的运送Lung氧分子HemoglobinHemoglobinMyoglobinMyoglobinMuscle静脉静脉动脉环境氧高时Hb 快速吸收氧分子环境氧低时Hb 迅速释放氧分子释放氧分子后 Hb变回 T state任何一个亚基接受氧分子后，会增进其它亚基吸附氧分子的能力血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线 与肌红蛋白相比，与肌红蛋白相比，血红蛋白的多个亚基之间的相互作用使其与氧的结血红蛋白的多个亚基之间的相互作用使其与氧的结合能力总体上削弱了合能力总体上削弱了（氧合曲线右移（氧合曲线右移,由双曲线转变成由双曲线转变成S S形曲线），但形曲线），但赋予赋予其新的能力其新的能力可以容易地将其结合的氧从氧分压高的组织（肺泡）向氧可以容易地将其结合的氧从氧分压高的组织（肺泡）向氧分压低的组织（肌肉）输送和转移分压低的组织（肌肉）输送和转移26S Proteason-蛋白质的泛素化降解系统蛋白质的泛素化降解系统2004 Nobel Prize:Ubiquitin Ubiquitin(originally,ubiquitous immunopoietic polypeptide)was first identified in 1975 as an 8.5-kDa protein of unknown function expressed in all eukaryotic cells.The basic functions of ubiquitin and the components of the ubiquitination pathway were elucidated in the early 1980s in groundbreaking work performed at Fox Chase Cancer Center by Aaron Ciechanover,Avram Hershko,and Irwin Rose for which the Nobel Prize in Chemistry was awarded in 2004 在高等植物中在高等植物中分布很广分布很广，根、茎、叶、花、果实、根、茎、叶、花、果实、种子及胚芽鞘中都有，大种子及胚芽鞘中都有，大多多集中在生长旺盛部位集中在生长旺盛部位生长素生长素-AuxinAux/IAA介导生长素介导生长素信号途径信号途径When to flower-to be or not to be 何时开花何时开花-这是一个大问题这是一个大问题Photoreceptor regulation of CO蛋白质工程蛋白质工程蛋白质工程：蛋白质工程：以蛋白质以蛋白质空间结构空间结构及其与及其与生物学功能生物学功能的关系为基础，通过的关系为基础，通过分子分子设计设计和由设计结果所指导的特定的和由设计结果所指导的特定的基因修饰基因修饰，而实现的对天然蛋白，而实现的对天然蛋白质的质的定向改造定向改造目的：目的：对自然界存在的蛋白质加以改造，改造的目的是得到性能更符对自然界存在的蛋白质加以改造，改造的目的是得到性能更符合人类要求的非天然蛋白质，以合人类要求的非天然蛋白质，以应用应用于工业、农业、医药卫生等各于工业、农业、医药卫生等各领域。同时，为分子生物学的基础理论领域。同时，为分子生物学的基础理论研究研究提供强有力的新手段提供强有力的新手段 蛋白质的改造蛋白质的改造 通过改造它们的基因，再用基因工程的方法由工程菌通过改造它们的基因，再用基因工程的方法由工程菌种来生产新的蛋白质种来生产新的蛋白质需要三类知识：需要三类知识：蛋白质蛋白质空间结构测定空间结构测定 通过X射线晶体结构分析等方法，对蛋白质分子的空间结构进行实验测定蛋白质蛋白质分子设计分子设计 通过理论方法，提出蛋白质改性的设计方案基因工程基因工程 利用分子生物学技术，先合成相应的基因模板，再经过克隆与表达，得到新蛋白当前蛋白质工程研究的热点：当前蛋白质工程研究的热点：一方面是对具有明显生物学功能的天然蛋白质分子；一方面是对具有明显生物学功能的天然蛋白质分子；另一方面是基于生物大分子结构知识的药物设计另一方面是基于生物大分子结构知识的药物设计 蛋白质人为进化蛋白质人为进化 定向进化定向进化 随机突变+选择 体外定点突变随机突变随机突变易错易错PCRPCRDNA shuffling高突变菌株高突变菌株tRNA介导的介导的蛋白质工程蛋白质工程 tRNA-mediated protein engineering（TRAMPE）通过拓展遗传密码，可以将人为设计的通过拓展遗传密码，可以将人为设计的非天然氨基酸非天然氨基酸选择性掺入蛋白质，改进蛋白质的检测与分离方法选择性掺入蛋白质，改进蛋白质的检测与分离方法蛋白质剪接蛋白质剪接 由蛋白质由蛋白质内含肽内含肽所介导。是一个蛋白质翻译后的加工所介导。是一个蛋白质翻译后的加工过程。蛋白质内含肽是一个蛋白质前体中的多肽序列，可过程。蛋白质内含肽是一个蛋白质前体中的多肽序列，可以催化自身从蛋白质前体中断裂，使两侧的蛋白质外显子以催化自身从蛋白质前体中断裂，使两侧的蛋白质外显子连接成成熟的蛋白质连接成成熟的蛋白质 蛋白质修饰蛋白质修饰N端端-乙酰化（乙酰化（Acetylation）甲酰化（甲酰化（Formylation）C-端酰胺化（端酰胺化（Amidation，C-termainal）磷酸化（磷酸化（Phosphorylation）生物素修饰（生物素修饰（Biotin）环化修饰（环化修饰（N-端和端和C-端首尾成环、端首尾成环、Lys和和Asp或或Glu环化）环化）肉豆蔻酸（肉豆蔻酸（Myristoyl）香豆素修饰香豆素修饰pGlu焦谷氨酸修饰焦谷氨酸修饰FITC（异硫氰酸）荧光修饰（异硫氰酸）荧光修饰FAM荧光修饰荧光修饰主要问题主要问题 改造对象有没有测定出空间结构改造对象有没有测定出空间结构 如果没有测定出空间结构，有没有同源蛋白的空如果没有测定出空间结构，有没有同源蛋白的空间结构，如果都没有，就很难进行后续的分子设计间结构，如果都没有，就很难进行后续的分子设计 结构和生物功能的联系是否明确结构和生物功能的联系是否明确 有些蛋白质虽然已经测定了空间结构，但其功能有些蛋白质虽然已经测定了空间结构，但其功能部位还不确定，这样的蛋白改造起来也有一定盲目性部位还不确定，这样的蛋白改造起来也有一定盲目性 是否易于进行分子设计和最后的基因工程生产是否易于进行分子设计和最后的基因工程生产 所改造蛋白的经济效益和社会效益所改造蛋白的经济效益和社会效益nextTo be continued.第二讲第二讲 酶与酶工程酶与酶工程
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