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Please be quiet,Please be quiet,上课了上课了!Please be quiet,上课了!同学们，早上好！同学们，早上好！同学们，早上好！分子生物学 张晓军 分子生物学 第第四章四章 蛋白质蛋白质（proteinprotein)第一节第一节 蛋白质概述蛋白质概述一、化学组成化学组成 C、H、O、N、S、P、Fe、Zn、Cu二、蛋白质分类蛋白质分类 1 1、从结构单位分、从结构单位分 简单蛋白质：氨基酸简单蛋白质：氨基酸 结合蛋白质：氨基酸结合蛋白质：氨基酸+辅基辅基 2 2、根据所带电荷、根据所带电荷 碱性蛋白：带正电荷（碱性蛋白：带正电荷（N+H 3）如：组蛋白如：组蛋白 酸性蛋白：带负电荷（酸性蛋白：带负电荷（COO-）如：非组蛋如：非组蛋 白白 第一节 蛋白质概述一、化学组成二、蛋白质分类蛋白质分类 3 3、从空间结构、从空间结构 3.1 3.1 纤维状蛋白质纤维状蛋白质 在生物体内，作为结构成分而存在在生物体内，作为结构成分而存在 例如：胶原蛋白、角蛋白、丝蛋白例如：胶原蛋白、角蛋白、丝蛋白 3.23.2 球状蛋白质球状蛋白质 在细胞内承担动态的功能，即起酶学和在细胞内承担动态的功能，即起酶学和 调节的作用调节的作用 例如：酶例如：酶 二、蛋白质分类 3、从空间结构 第二节第二节 氨基酸氨基酸 除除甘氨酸甘氨酸和和脯氨酸脯氨酸外，其他均具有如下结构通式：外，其他均具有如下结构通式：一、氨基酸的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、极性氨基酸、酸性氨基酸和碱性氨基酸。-氨基酸可变部分不变部分 第二节 氨基酸 除甘氨酸和脯氨酸外，其他均具有如下结 甘氨酸甘氨酸H具有构象柔性由于其侧链的几何学特性，不能形成规则的-螺旋结构，而经常出现在-螺旋的终点部位，即形成环肽链或转角。甘氨酸H具有构象柔性 脯氨酸脯氨酸（亚氨酸）（亚氨酸）H H2 2 C C H H2 2C CHC CH2 2 HNHNCHCHCOOHCOOH具有构象刚性顺反构象的转变需要异构酶的催化才能进行 脯氨酸（亚氨酸）具有构象刚性二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类 二、氨基酸的分类 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine 缬氨酸 Valine 脂肪族氨基脂肪族氨基酸酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸甘氨酸 Glycine 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine脯氨酸 Proline 亚氨基酸甘氨酸 Glycine 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine脯氨酸 Proline甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸甘氨酸 Glycine 甘氨酸 Glycine 丙氨酸 Alanine缬氨酸 Valine亮氨酸 Leucine异亮氨酸 Ileucine脯氨酸 Proline甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸甘氨酸 Glycine 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine 芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸 Trytophan 碱性氨基酸 精氨酸 Arginine 碱性氨基酸 精氨酸 碱性氨基酸精氨酸 Arginine赖氨酸 Lysine 碱性氨基酸精氨酸 Arginine赖氨酸 Lysine组氨酸 Histidine 天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸天冬氨酸 天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸天冬氨酸 丝氨酸 Serine 含羟基氨基酸丝氨酸 Serine 丝氨酸 Serine 苏氨酸 Threonine 含羟基氨基酸丝氨酸 Serine 天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸天冬酰胺 Asparagine 天冬酰胺 Asparagine谷酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸天冬酰胺 Asparagine 第三节第三节 蛋白质结构的层次体系蛋白质结构的层次体系蛋白质分子是由氨基酸首尾相连而成的共价多肽链，但是天然的蛋白质分子并不是走向随机的松散肽链。每一种蛋白质都有自己特有的空间结构或三维结构，被称谓蛋白质的构象蛋白质的构象。一个给定的蛋白质理论上可采取多种构象，但在生理条件下，只有一种或很少几种在能量上有利的。指导蛋白质多肽链折叠成能量上有利的构象能量上有利的构象的规律至今仍不完全清楚，寻找这些规律是当前奋力研究的课题之一。第三节 蛋白质结构的层次体系蛋白质分子是由氨基酸首尾相连而成蛋白质的结构就像一座精美的建筑，层次丰富，构造多彩一级结构：一级结构：多肽链中氨基酸顺序多肽链中氨基酸顺序 共价键共价键 含有复杂机构的全部含有复杂机构的全部信息信息二级结构：二级结构：螺旋、螺旋、B-折叠折叠 非共价力（氢键）非共价力（氢键）三级结构：三级结构：球状构象球状构象 非共价力（氢键、二硫非共价力（氢键、二硫键、疏水力）键、疏水力）四级结构：四级结构：各亚基之间在空间上各亚基之间在空间上 的相互关系和结合方的相互关系和结合方式式 非共价力（氢键、二非共价力（氢键、二硫键、疏水力）硫键、疏水力）蛋白质的结构就像一座精美的建筑，层次丰富，构造多彩一一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构 从多肽链的从多肽链的N N端到端到C C端的共价主链端的共价主链及氨基酸的排列顺序。它是蛋白及氨基酸的排列顺序。它是蛋白质结构层次体系的基础，是决定质结构层次体系的基础，是决定更高层次结构的主要因素。更高层次结构的主要因素。主要因素主要因素 （一级结构（一级结构 ）高级结构高级结构 辅助因素辅助因素 （分子伴侣）（分子伴侣）一、蛋白质的一级结构 从多肽链的N端到C端的共价主链及一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构(多肽多肽)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。键称为肽键，所形成的化合物称为肽。（一）多肽的结构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。一、蛋白质的一级结构(多肽)一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种在多肽链中，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排列顺序称为氨基酸顺序通常在多肽链的一端含有一个游离的通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基，称为氨基端或氨基端或N-N-端；在另一端含有一个游离的端；在另一端含有一个游离的-羧基，羧基，称为羧基端或称为羧基端或C-C-端。端。氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N-N-端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C-C-端端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：为：Ser-Val-Tyr-Asp-GlnSer-Val-Tyr-Asp-Gln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（二）肽键（二）肽键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。组成肽键的原子处于同一平面。组成肽键的原子处于同一平面。肽肽键键中中的的C-NC-N键键具具有有部部分分双双键键性性质质，不不能能自自由由旋旋转。转。（二）肽键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（三）二硫键（三）二硫键在蛋白质的三维结构中，靠近的两个半胱氨酸（Cys)的巯基（-SH）之间可被氧化形成二硫键。作为一个合成的结构单位成为胱氨酸（胱氨酸（Cystine)。二硫键按以下反应式由空气氧化产生：2CH2SH+12 O2=-CH2-S-S-CH2-+H2O二硫键的形成需要一个氧化环境氧化环境，因此二硫键一般不出现在细胞质内蛋白质中，因为细胞质内主要是一个还原环境。二硫键常常出现在由细胞分泌出来的胞外蛋白质胞外蛋白质中。（三）二硫键在蛋白质的三维结构中，靠近的两个半胱氨酸（Cys（三）二硫键（三）二硫键mRNA中没有胱氨酸的密码子，因此必须通过蛋白质合成后由两个半胱氨酸的氧化作用来合成。真核生物中，二硫键在内质网腔中形成：内质网内为非还原性环境 内质网蛋白二硫键异构酶二硫键可以稳定蛋白质的三维结构二硫键可以稳定蛋白质的三维结构（三）二硫键mRNA中没有胱氨酸的密码子，因此必须通过蛋白质（三）二硫键（三）二硫键二硫键存在部位二硫键存在部位 链间二硫键链间二硫键：将两条不同的多肽链共价 交 联在 一起。链内二硫键链内二硫键：使单肽链折叠形成环状结构域。使蛋白质不易降解。例如：胰岛素分子例如：胰岛素分子（三）二硫键二硫键存在部位二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构多肽链借助氢键规则折叠所形成的周期性的规则构象。称为secondary struture.二级结构是多肽链主链局部区域的规则结构。主要被其内部形成的主链氢键所稳定，因此氢氢键的排布键的排布也是二级结构的重要特征。二级结构的模型二级结构的模型很多，在天然蛋白质结构中主要的二级结构包括：-螺旋螺旋-折叠片层折叠片层-转角转角二、蛋白质的二级结构多肽链借助氢键规则折叠所形成的周期性的规二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构在所有已知的天然蛋白质结构中都有广泛的二级结构存在：在所有已知的天然蛋白质结构中都有广泛的二级结构存在：在纤维蛋白纤维蛋白中,二级结构就是分子的基本结构，并在基本方面决定了分子性能。如，角蛋白主要由-螺旋螺旋 构成 丝主要由-折叠片层折叠片层构成 胶原蛋白三股螺旋三股螺旋在球蛋白球蛋白中,二级结构主要形成分子骨架，而三维特征更多地依赖于侧链的相互作用和 比主链氢键更为复杂的作用力。二、蛋白质的二级结构在所有已知的天然蛋白质结构中都有广泛的二三、三、结构模体结构模体和和结构域结构域（一）超二级结构（一）超二级结构 在蛋白质中由若干相邻的二级结构元件组合在蛋白质中由若干相邻的二级结构元件组合在一起彼此相互作用，形成有规律的二级结构在一起彼此相互作用，形成有规律的二级结构组合，充当三级结构的建筑模块。组合，充当三级结构的建筑模块。3 3种组合类型：种组合类型：1 1 这是一种这是一种螺旋束，由两股平行的或反向平行的右手螺旋段相螺旋束，由两股平行的或反向平行的右手螺旋段相互缠绕而成的左手卷曲螺旋（超螺旋，互缠绕而成的左手卷曲螺旋（超螺旋，coiled-coil)coiled-coil)三、结构模体和结构域（一）超二级结构卷曲螺旋是卷曲螺旋是纤维蛋白纤维蛋白如角蛋白、肌球如角蛋白、肌球蛋白的主要结构元件。蛋白的主要结构元件。螺旋束也存在于螺旋束也存在于球状蛋白球状蛋白中，如、中，如、蚯蚓血红蛋白中。蚯蚓血红蛋白中。与纤维蛋白中不同的是在球状蛋白中与纤维蛋白中不同的是在球状蛋白中螺旋束是由同一条链的一级序列上螺旋束是由同一条链的一级序列上的邻近的的邻近的螺旋组成螺旋组成卷曲螺旋是纤维蛋白如角蛋白、肌球蛋白的主要结构元件。2 2 由两段平行的由两段平行的-折叠股折叠股和一段作为连接的和一段作为连接的-螺旋螺旋（或（或无规则线团无规则线团）组成，）组成，-折叠股之间还折叠股之间还有有氢键氢键相连。相连。3 3 反向平行反向平行-折叠片折叠片，在球形蛋白质多是由一条，在球形蛋白质多是由一条多肽链的若干多肽链的若干片段片段反向平行组合而成，两个反向平行组合而成，两个片段片段之间由一个之间由一个短环短环（发夹发夹）连接。）连接。发夹发夹:两段反平行的两段反平行的链链由一环肽链连接而成由一环肽链连接而成 曲折：两段反平行的曲折：两段反平行的链链 希腊钥匙拓扑结构：希腊钥匙拓扑结构：4 4段反平行的段反平行的链链2 由两段平行的-折叠股和一段作为连接的-螺旋（或小结！看来蛋白质构象是由超二级结构看来蛋白质构象是由超二级结构装配在一起形成的，因此目前致装配在一起形成的，因此目前致力于了解力于了解螺旋螺旋之间、之间、折叠片折叠片之间以及之间以及螺旋螺旋和和折叠片折叠片之间相互之间相互作用的基础。在多数情况下，只作用的基础。在多数情况下，只有非极性残基侧链参与这些相互有非极性残基侧链参与这些相互作用，而亲水侧链多分布在分子作用，而亲水侧链多分布在分子的外表面。的外表面。小结！看来蛋白质构象是由超二级结构装配在一起形成的，（二）结构域（二）结构域多肽链中的多肽链中的二级结构二级结构和和超二级结构超二级结构以特定的方式组织连接起来，以特定的方式组织连接起来，形成三级结构的形成三级结构的局部折叠区局部折叠区，它是相对独立的球状实体。，它是相对独立的球状实体。结构域是蛋白质三级结构的基本单位结构域是蛋白质三级结构的基本单位 （二）结构域单域蛋白质：单域蛋白质：较小的球状蛋白由一个结构域构成，较小的球状蛋白由一个结构域构成，即一即一条条 多肽链只多肽链只 形成一个结构域。结构域就是三级形成一个结构域。结构域就是三级结构。结构。多域蛋白质：多域蛋白质：较大的球状蛋白或亚基可以由多个结构域构较大的球状蛋白或亚基可以由多个结构域构成，即一条多肽链可以形成两个或多个结构域。成，即一条多肽链可以形成两个或多个结构域。这些结构域共同构成三级结构。这些结构域共同构成三级结构。一个分子中的结构域之间以一个分子中的结构域之间以共价键共价键相连接而相连接而蛋白质亚基以蛋白质亚基以非共价缔合非共价缔合的方式形成四级结构。的方式形成四级结构。单域蛋白质：结构域也是功能单位，不同的结构域常常与蛋白质的不同功能结构域也是功能单位，不同的结构域常常与蛋白质的不同功能相关连。相关连。在一个种属中，由几种多肽链分别执行的不同生理功能，在另在一个种属中，由几种多肽链分别执行的不同生理功能，在另一个种属中可以由单一蛋白质中的不同结构域区来完成。一个种属中可以由单一蛋白质中的不同结构域区来完成。例如：例如：在植物叶绿体中在植物叶绿体中脂肪酸的合成反脂肪酸的合成反 应是由几种不同的蛋白质来催应是由几种不同的蛋白质来催化化在哺乳动物中在哺乳动物中，这些催化功能由一条肽链中排布成的，这些催化功能由一条肽链中排布成的7 7个结构域个结构域来完成的来完成的结构域也是功能单位，不同的结构域常常与蛋白质的不同功能相关连四、蛋白质的三级结构四、蛋白质的三级结构是指是指结构域结构域或或二级结构元件二级结构元件及其及其与之相关连的各种与之相关连的各种环肽链环肽链在空间在空间进一步盘曲、折叠构成的总的三进一步盘曲、折叠构成的总的三维结构。维结构。四、蛋白质的三级结构是指结构域或二级结构元件及其与之相关连的五、蛋白质的四级结构五、蛋白质的四级结构最早提出的四级结构的概念是指蛋白质分子的亚基结构。最早提出的四级结构的概念是指蛋白质分子的亚基结构。许多蛋白质作为完整的活性分子，是由两条以上的多肽链组成的，许多蛋白质作为完整的活性分子，是由两条以上的多肽链组成的，它们各自以独特的一级、二级、三级结构相互以它们各自以独特的一级、二级、三级结构相互以非共价作用非共价作用联结，联结，共同构成完整的蛋白质分子。这些肽链单位称为共同构成完整的蛋白质分子。这些肽链单位称为亚基，亚基，由亚基聚由亚基聚合成的整体称为合成的整体称为寡聚体蛋白质寡聚体蛋白质。亚基的数目、类型、空间排列方亚基的数目、类型、空间排列方式和亚基间相互作用性质，都属于蛋白质四级结构的基本内容。式和亚基间相互作用性质，都属于蛋白质四级结构的基本内容。五、蛋白质的四级结构最早提出的四级结构的概念是指蛋白质分子的寡聚体中多肽链的氨基酸顺序（一级结构）不仅规定了它们的二、三级结构，而且也规定了它们之间接触的几何位置，使亚基精确嵌合、紧密地缔结成天然的四级结构。四级结构的形成也遵循“自我装配”的原则。溶剂中水分子溶剂中水分子在稳定蛋白质三维结构中具有重要作用：1.有助于局部结构稳定 2.直接参与功能作用 3.蛋白质的有机组成成分寡聚体中多肽链的氨基酸顺序（一级结构）不仅规定了它们的二、三第四节第四节 蛋白质结构的形成蛋白质结构的形成 （多肽链的生物合成与折叠）（多肽链的生物合成与折叠）蛋白质在体内的形成大致可以分为两个阶段：蛋白质在体内的形成大致可以分为两个阶段：第一个阶段：第一个阶段：在遗传密码指导下将氨基酸按照特定的顺序，在核在遗传密码指导下将氨基酸按照特定的顺序，在核糖体上连接起来形成只有一维结构的多肽链称为糖体上连接起来形成只有一维结构的多肽链称为多肽链的生物合多肽链的生物合成成第二个阶段：第二个阶段：合成的多肽链以现在尚不清楚的机制自动折叠成为合成的多肽链以现在尚不清楚的机制自动折叠成为特定的三维结构，形成具有完整结构和功能的蛋白质，称为特定的三维结构，形成具有完整结构和功能的蛋白质，称为新生新生肽链的折叠或蛋白质折叠（肽链的折叠或蛋白质折叠（protein folding)。第四节 蛋白质结构的形成 （多肽链的生物合成与折叠）蛋 这一过程的基本法则是这一过程的基本法则是 遗传密码遗传密码 氨基酸顺序三维结构蛋白质的功能辅助因素 这一过程的基本法则是 遗传密码 氨基酸顺序三维结构蛋白一一 多肽链的生物合成多肽链的生物合成多肽链生物合成的主要环节包：（一）一）基因基因携带规定氨基酸序列的核苷酸三联体携带规定氨基酸序列的核苷酸三联体遗传密码遗传密码（二）编码信息的转录（二）编码信息的转录 双链双链DNA分子的遗传信息转录到单链信使分子的遗传信息转录到单链信使RNA（三）编码信息的翻译（三）编码信息的翻译 mRNA在核糖体上转录在核糖体上转录一 多肽链的生物合成多肽链生物合成的主要环节包：二 多肽链的折叠从体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有特征三维结构的活性天然态蛋白质的过程，称为蛋白蛋白质的折叠（质的折叠（protein folding)了解蛋白质折叠的机理蛋白质折叠的机理，即如何从氨基酸序列决定一个蛋白质的三维结构，具有十分重要的中心地位，这也是分子生物学中至今至今尚未解决的重大基础问题尚未解决的重大基础问题二 多肽链的折叠从体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线二 多肽链的折叠（一）天然蛋白质的三维结构主要取决于氨基酸序（一）天然蛋白质的三维结构主要取决于氨基酸序列列美国美国nfinsen小组通过小组通过核糖核酸酶核糖核酸酶变形后变形后的重新折叠的复性实验证实：一级结构决定三级结的重新折叠的复性实验证实：一级结构决定三级结构的原理。构的原理。在给定的环境在给定的环境（溶剂、值、离子强度、温（溶剂、值、离子强度、温度等）度等）中，天然蛋白质的三维结构是由各种组成原中，天然蛋白质的三维结构是由各种组成原子之间相互作用（即由其组成的氨基酸序列）决定子之间相互作用（即由其组成的氨基酸序列）决定的。的。这就是一级机构决定高级结构的原理，是蛋这就是一级机构决定高级结构的原理，是蛋白质机构形成的基本原理白质机构形成的基本原理二 多肽链的折叠（一）天然蛋白质的三维结构主要取决于氨基酸序二 多肽链的折叠（二）帮助折叠的蛋白质（二）帮助折叠的蛋白质分子伴侣分子伴侣在蛋白质分子达到其天然态之前，有可能将其疏水部分暴露给溶在蛋白质分子达到其天然态之前，有可能将其疏水部分暴露给溶剂，从而使折叠中的剂，从而使折叠中的蛋白质发生聚合蛋白质发生聚合，不能继续正确折叠不能继续正确折叠。事实上，在细胞内部有高浓度的各种不同的蛋白质，因此这种事实上，在细胞内部有高浓度的各种不同的蛋白质，因此这种折折叠中的聚合可以经常发生叠中的聚合可以经常发生。这种阻碍正确折叠的聚合，可以通过这种阻碍正确折叠的聚合，可以通过分子伴侣分子伴侣来防止。来防止。二 多肽链的折叠（二）帮助折叠的蛋白质分子伴侣1 1、分子伴侣的概念、分子伴侣的概念是进化上十分保守的一些蛋白质家族，广泛存在于各种生物体内，是进化上十分保守的一些蛋白质家族，广泛存在于各种生物体内，其主要作用是与新生肽链或部分折叠的蛋白质结合，加速其折叠其主要作用是与新生肽链或部分折叠的蛋白质结合，加速其折叠或组装成天然构象的进程。或组装成天然构象的进程。分子伴侣作用方式是可以与分子伴侣作用方式是可以与未折叠的未折叠的、部分折叠的部分折叠的和和折叠不正确折叠不正确的蛋白质分子的蛋白质分子的疏水面结合诱发正确构象，并防止其相互聚集或的疏水面结合诱发正确构象，并防止其相互聚集或错误折叠；但不与天然态（正确折叠）的蛋白质结合。错误折叠；但不与天然态（正确折叠）的蛋白质结合。1、分子伴侣的概念是进化上十分保守的一些蛋白质家族，广泛存在该是休息时间了，该是休息时间了，10 10 minutes break!minutes break!该是休息时间了，10 minutes break!2 2、分子伴侣的分类、分子伴侣的分类2.1 2.1 主要包括几个在结构上不相关的蛋白质家族：主要包括几个在结构上不相关的蛋白质家族：Hsp70(DnaK)：稳定蛋白质的未折叠状态并促进其正确折叠。以单体形式与靶蛋白结合与新生多肽链的延伸形式（前体形式）结合 Hsp60(GroEL)：稳定蛋白质的未折叠状态并促进其正确折叠14个亚基与7个Hsp10亚基构成复合物作为一个功能单位结合一个或两个靶蛋白与折叠程度较高的中间体（螺旋形式）螺旋形式）结合SHsps、Hsp10(GroES)、Hsp90、TriC、Calnexin(p88,Ca2+结合蛋白）结合蛋白）2、分子伴侣的分类2.1 主要包括几个在结构上不相关的蛋白质2 2、分子伴侣的分类、分子伴侣的分类2.2 2.2 也可以分为也可以分为 热激蛋白热激蛋白(heat shock protein,Hsp)被温度升高诱导表达被温度升高诱导表达 环境胁迫蛋白环境胁迫蛋白 被各种胁迫诱导表达被各种胁迫诱导表达2、分子伴侣的分类2.2 也可以分为3 3、分子伴侣的主要功能、分子伴侣的主要功能3.13.1胁迫保护胁迫保护 防止蛋白质变性不可逆聚集而失去功能，防止蛋白质变性不可逆聚集而失去功能，介导逆境消退后的正确折叠。介导逆境消退后的正确折叠。(Hsp70)Hsp70)3.23.2转运蛋白转运蛋白 在在ATPATP存在时，细胞质存在时，细胞质Hsp70Hsp70能与前体蛋能与前体蛋 相互作用，防止因过早形成折叠构象而相互作用，防止因过早形成折叠构象而 碍跨越线粒体或内质网膜。碍跨越线粒体或内质网膜。3.33.3调节基因转录和调节基因转录和DNADNA复制复制3.43.4组装细胞骨架组装细胞骨架 TriCTriC促进肌动蛋白有效地组装成微丝。促进肌动蛋白有效地组装成微丝。3、分子伴侣的主要功能3.1胁迫保护3 3、分子伴侣的作用模式、分子伴侣的作用模式3.13.1分子伴侣的结合可以通过设置障碍来阻止错误的折叠，或者分子伴侣的结合可以通过设置障碍来阻止错误的折叠，或者通过降低正确装配所需要的活化能来促进这一过程的通过降低正确装配所需要的活化能来促进这一过程的 发生。发生。（Hsp70)Hsp70)3.23.2为非折叠肽提供了一个与外界各开的空间，防止了非折叠肽为非折叠肽提供了一个与外界各开的空间，防止了非折叠肽在外力作用下的相互聚集，有通过多肽与内部疏水区的相互作用在外力作用下的相互聚集，有通过多肽与内部疏水区的相互作用来指导完成其正确的折叠。来指导完成其正确的折叠。（GroEL-GroESGroEL-GroES复合物）复合物）3、分子伴侣的作用模式3.1分子伴侣的结合可以通过设置障碍来二 多肽链的折叠（二）帮助正确二硫键形成的酶（二）帮助正确二硫键形成的酶 1 1、二硫键形成酶、二硫键形成酶 主要存在于细菌质膜外主要存在于细菌质膜外 2 2、二硫键异构酶、二硫键异构酶 真核细胞内质网中真核细胞内质网中二 多肽链的折叠（二）帮助正确二硫键形成的酶二 多肽链的折叠（三）催化脯氨酸（三）催化脯氨酸CIS-TRANS异构化的酶异构化的酶 肽酰脯氨酰异构化酶肽酰脯氨酰异构化酶 催化提高脯氨酸肽异构化过程的速率，催化提高脯氨酸肽异构化过程的速率，使折叠顺利进行。使折叠顺利进行。二 多肽链的折叠（三）催化脯氨酸CIS-TRANS异构化的酶第五节第五节 蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质和核酸的结构与功能的研究是分子生物学的中心课题。以蛋白质和核酸的结构与功能为基础，从分子水平上来认识生命现象的本质已经成为现代生物学发展的主要方向之一。每种蛋白质都具有特定的三维结构，没有特定的三维结构就没有复杂的蛋白质功能，因此具有独特的三维结构是功能蛋白质分子的最基本的属性第五节 蛋白质空间结构与功能的关系蛋白质和核酸的结构与功能的一一 蛋白质功能的多样性蛋白质功能的多样性蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都依赖于一种或几种特定的蛋白质，归纳起来蛋白赖于一种或几种特定的蛋白质，归纳起来蛋白质的生物学功能有如下几个方面：质的生物学功能有如下几个方面：催化催化调节调节转运转运贮存与营养贮存与营养运动运动结构成分结构成分防御与进攻防御与进攻信号传递信号传递结构与功能相适应结构与功能相适应一 蛋白质功能的多样性蛋白质是生物功能的载体，每种细胞活性都二二 蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质（一）结合位点（一）结合位点由于多肽链的折叠，侧链产生一个带电荷和疏水基团的独特的表由于多肽链的折叠，侧链产生一个带电荷和疏水基团的独特的表面构型，它与蛋白质和其它分子之间的相互作用有关，称做蛋白面构型，它与蛋白质和其它分子之间的相互作用有关，称做蛋白质的结合位点质的结合位点一个酶的结合位点就是它的催化活性区，即活性位点。一个酶的结合位点就是它的催化活性区，即活性位点。二 蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质（一）结合位点二二 蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质（二）结合方式（二）结合方式 一个小分子对结合位点的的结合可以通过许多方式，结合涉一个小分子对结合位点的的结合可以通过许多方式，结合涉及氨基酸侧链间的各种非共价相互作用：及氨基酸侧链间的各种非共价相互作用：1 1、离子键（盐桥）、离子键（盐桥）2 2、氢键、氢键 3 3、疏水相互作用、疏水相互作用 4 4、范德华力、范德华力二 蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质（二）结合方式二二 蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质（三）多亚基体系（寡聚体蛋白质）的优点（三）多亚基体系（寡聚体蛋白质）的优点 蛋白质为什么要采取多亚基形式蛋白质为什么要采取多亚基形式多亚基体系（寡聚体蛋白质）的多亚基体系（寡聚体蛋白质）的优点：优点：1 1、对、对DNADNA利用是一种经济性的方法。利用是一种经济性的方法。2 2、减少蛋白质合成过程中随机的错误对、减少蛋白质合成过程中随机的错误对 蛋白质活性的影响。蛋白质活性的影响。3 3、有利于蛋白质活性的调节。、有利于蛋白质活性的调节。二 蛋白质的结合位点和多亚基蛋白质（三）多亚基体系（寡聚体蛋第六节第六节 蛋白质活性的调节蛋白质活性的调节 一、终产物的抑制作用一、终产物的抑制作用 二、多亚基蛋白质的调节二、多亚基蛋白质的调节变构变构 三、变构调节的两种机制三、变构调节的两种机制 四、一种变构酶：门冬酰胺转氨甲酰酶四、一种变构酶：门冬酰胺转氨甲酰酶 （ATCase)五、真核细胞中蛋白质的磷酸化是导致变构五、真核细胞中蛋白质的磷酸化是导致变构 的共同方式的共同方式第六节 蛋白质活性的调节 一、终产物的抑制作用第七节第七节 蛋白质结构的分析方法蛋白质结构的分析方法 结构基因组计划 规模化测定蛋白质三维结构 X射线晶体衍射法 核磁共振光谱法晶体蛋白质空间结构 液态蛋白质构象 第七节 蛋白质结构的分析方法 下课了下课了
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