生物化學(xué)與分子生物學(xué)知識(shí)點(diǎn)總匯-研究生考試必備

1、第一章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本組件1按側(cè)鏈(R)基團(tuán)的結(jié)構(gòu)不同：脂肪族 gly ala val lue ile芳香族：Phe,Trp,Tyr 雜環(huán)族：His,Pro2按側(cè)鏈(R)基團(tuán)的極性性質(zhì)不同：帶正電荷(堿性氨基酸)帶負(fù)電荷(酸性氨基酸)asp glu asn gln(1) 疏水氨基酸包括 Ala, Val, Leu, Ile, Met, Pro,Phe 和 Trp(8) 。 (2) 極性氨基酸包括 Gly,Ser, Thr, Asn, Gln, Cys 和 Tyr (7)。 (3) 荷電氨基酸包括 Asp, Glu, Arg , His 和 Lys(5)。4構(gòu)型：原子在空間的相對(duì)分布或排列稱(chēng)為分

2、子的構(gòu)型。當(dāng)一種構(gòu)型改變?yōu)榱硪环N構(gòu)型時(shí)必須有共價(jià)鍵的斷裂和重新形成。這種異構(gòu)體在化學(xué)上可以分離，但不能通過(guò)簡(jiǎn)單的單鍵旋轉(zhuǎn)相互轉(zhuǎn)換5構(gòu)象：是組成分子的原子或基團(tuán)繞單鍵旋轉(zhuǎn)而形成的不同空間排布。一種構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)象不要求有共價(jià)鍵的斷裂和重新形成，在化學(xué)上難于區(qū)分和分離的6優(yōu)勢(shì)構(gòu)象與旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體任何除Gly以外的氨基酸側(cè)鏈中的組成基團(tuán)都可以繞著其間的C-C單鍵旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生各種不同的構(gòu)象。在化學(xué)上有一個(gè)一般的原則，對(duì)二個(gè)四面體配位的碳原子，“交錯(cuò)構(gòu)象”是能量上最有利的排布，在這種構(gòu)象中，一個(gè)碳原子的取代基正好處于另一個(gè)碳原子的二個(gè)取代基之間。側(cè)鏈中的每一個(gè)這種C原子，都有三種交錯(cuò)構(gòu)象，它們彼此以1

3、20漩轉(zhuǎn)相關(guān)。7旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體(rotamer )對(duì)已精確測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析顯示，大多數(shù)氨基酸殘基的側(cè)鏈都有一種或少數(shù)幾 種交錯(cuò)構(gòu)象作為優(yōu)勢(shì)構(gòu)象最經(jīng)常出現(xiàn)在天然蛋白質(zhì)中，稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體( rotamer )。 8肽鍵：一個(gè)氨基酸的竣基與下一個(gè)氨基酸的氨基經(jīng)縮合反應(yīng)形成的共價(jià)連接稱(chēng)為肽鍵?！疽环N酰胺鍵，穩(wěn)定性較高，局部雙鍵的性質(zhì)，其鍵長(zhǎng)僅1.33? (1?=10-8 cm),比一般的 C-N單鍵(1.45?)短。因此肽鍵不能旋轉(zhuǎn)，具有反式(tr a ns)和順式(cis )二種構(gòu)型：肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與談基具有明顯的共軻作用。組 成肽鍵的原子處于同一平面?！?9氨基酸殘基 Amino

4、 acid residue :肽鏈中的氨基酸在形成肽鏈時(shí)彼此縮合失去一分子水，已不是原來(lái)完整的 氨基酸分子。10脯氨酸由于其特殊結(jié)構(gòu)，由它的氨端形成的順式肽鍵與反式肽鍵比較，能量降低為1:4。因此，脯氨酸反式肽鍵在天然蛋白質(zhì)中很少出現(xiàn)，有人對(duì)已測(cè)定的部分高分辨率蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)作過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)其出現(xiàn)頻率僅0.05%,大多位于結(jié)構(gòu)或活性重要部位。 11肽單位(peptide unit ):肽鏈中的酰胺基稱(chēng)為肽單位。肽單位不能旋轉(zhuǎn)。 肽平面(peptide plane )組成肽單位的4個(gè)原子和2個(gè)相鄰的Ca原子共處一個(gè)平面，稱(chēng)為肽平面。肽平面可 以旋轉(zhuǎn)。有序連接的肽平面就是多肽鏈的主鏈。故從結(jié)構(gòu)上看，肽平

5、面和側(cè)鏈基團(tuán)是蛋白質(zhì)分子的基本建筑模塊。12多肽鏈的構(gòu)象*肽單位在多肽鏈中被Ca原子上的二個(gè)共價(jià)單鍵 Ca-C (C為璇基中的C原子)和N-Ca連接，由于肽單位是不能旋轉(zhuǎn)的剛性平面基團(tuán)，因此肽單位繞著這二個(gè)單鍵的旋轉(zhuǎn)就是蛋白質(zhì)分子主鏈的僅有自由度。*肽單位繞單鍵N-Ca旋轉(zhuǎn)形成的位置用。角描述，繞單鍵 Ca-C形成的位置用力角描述。因此，一個(gè)蛋白 質(zhì)分子的主鏈構(gòu)象就可以用其所有組成氨基酸的一套(小，小)角度值來(lái)定量表征。*這一定量表述方法是基于立體化學(xué)中常用的 扭角(torsion angle )或雙面角(dihedral angle )系統(tǒng)。(1)扭角(雙面角)扭角的定義及量值規(guī)定如下：由

6、4個(gè)原子(或基團(tuán))組成的系統(tǒng)投影在與B C鍵正交的平面上，AB鍵投影與C D鍵投影之間的夾角稱(chēng)為扭角。這角度也可視為 A-B-C決定的平面與B-C-D決定的平面間的夾角，故也稱(chēng)為雙面角。(2)多肽鏈的構(gòu)象角 在多肽鏈中，繞共價(jià)單鍵N-C”形成的扭角稱(chēng)為。角，繞單鍵Ca-C形成的扭角稱(chēng)為 小角。 一個(gè)氨基酸殘基i的特定構(gòu)象可由一對(duì)(H, i)來(lái)規(guī)定，它們各包含的四原子體系如下：W (C i-1, Ni, Ca i, C i) W (Ni, C a i, C i, Ni+1)其中，第二、三位原子間的共價(jià)鍵就是旋轉(zhuǎn)的中心鍵。【側(cè)鏈的構(gòu)象也可以用它的構(gòu)象角(ci )來(lái)規(guī)定，它的中心旋轉(zhuǎn)鍵是側(cè)鏈中的共價(jià)

7、單鍵。所以，運(yùn)用構(gòu)象角可以將包括主鏈、 側(cè)鏈在內(nèi)的整個(gè)蛋白質(zhì)分子的特定構(gòu)象定量地表征出來(lái)】14拉氏構(gòu)象圖(Ramachandran)：印度學(xué)者 Ramachandran及其同事根據(jù)原子的范德華半徑確定了非鍵合原子之 間的最小接觸距離，并根據(jù)非鍵合原子之間的最小接觸距離，確定哪些成對(duì)二面角所規(guī)定的兩個(gè)相鄰肽單位的構(gòu)象是允許的，哪些是不允許的，并在 。(橫坐標(biāo))對(duì)山(縱坐標(biāo))所作的。-少圖中標(biāo)出，此圖稱(chēng)為拉氏構(gòu)象圖。 * *運(yùn)用拉氏構(gòu)象圖進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，肽鏈的折疊具有相當(dāng)大的局限性。*沒(méi)有或基本沒(méi)有空間障礙的多肽鏈的。,少值被限制在一有限的范圍*拉氏構(gòu)象圖一直廣泛用于鑒定實(shí)驗(yàn)測(cè)定的和計(jì)算機(jī)模型建造的

8、各種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的合 理性。*大量實(shí)驗(yàn)測(cè)定的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示的結(jié)果與拉氏構(gòu)象圖所示的結(jié)果基本一致。*15a-螺旋shelix 在ot-螺旋中肽平面的鍵長(zhǎng)和鍵角一定；肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型；相鄰的肽平面構(gòu)成兩面角；【1】基本結(jié)構(gòu)參數(shù)：a在天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的主要是右手型“螺旋，在標(biāo)準(zhǔn)螺旋中，4,少角度值分別為-57和-47位于拉氏構(gòu)象圖第三象限的允許區(qū)中。b每圈螺旋由3.6個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，每個(gè)氨基酸沿螺旋軸的長(zhǎng)度為0.15nm,故一圈螺旋的螺距為 0.54nm。c悝旋上第n個(gè)殘基的C=0基與后面n+4殘基的NH基形成氫鍵。 d沿主鏈計(jì)數(shù)，一個(gè)氫鍵閉合的環(huán)包含13個(gè)原子，故“螺旋也稱(chēng)為3.6 1

9、3螺旋。e在實(shí)際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，“螺旋的長(zhǎng)度可有很大不同，從 4.5個(gè)氨基酸到40多個(gè)氨基酸都有發(fā)現(xiàn)，平均長(zhǎng)度大約是10個(gè)殘基，相當(dāng)于1.5nm長(zhǎng)。f除了螺旋兩端的少數(shù) NH和CO未形成氫鍵外，螺旋中的所有C=0基和NH基都相互形成氫鍵，構(gòu)成 a螺旋穩(wěn)定的重要因素。這使得 a螺旋具有極性，并常常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子的表面。g螺旋的N, C, O原子與螺旋軸的距離分別為1.57, 1.61 , 1.76 ?,比它們的范氏半徑僅大約0.1?,因此a螺旋中心沒(méi)有空腔，具有原子密堆積結(jié)構(gòu)，這是其穩(wěn)定的一個(gè)重要因素【2】.螺旋偶極子*在a螺旋中，肽單位都沿著螺旋軸以同一方向排布，因此其間所有氫鍵都指向同一方向

10、。由于一個(gè)肽單位的 NH和CO基各自具有極性，使其產(chǎn)生偶極矩，這一肽單位偶極矩也沿螺旋軸排布。這樣產(chǎn)生的總效應(yīng)就是使一段a螺旋整體成為一個(gè)偶極子，在其氨端荷局部正電， 竣端荷局部負(fù)電。這一偶極矩的量級(jí)相當(dāng)于在螺旋的每一端產(chǎn)生 0.5-0.7單位電荷，這些電荷有可能吸引荷電的配體。*事實(shí)上，當(dāng)配體含有荷負(fù)電的磷酸基時(shí)，常常發(fā)現(xiàn)它與螺旋的 N端結(jié)合。但是，荷正電的配體很少發(fā)現(xiàn)它們與螺旋C端結(jié)合，這大概是因?yàn)槌伺紭O效應(yīng)之外，結(jié)合尚需合適的立體化學(xué)因素?！?.】?jī)捎H性螺旋A在a螺旋中，氨基酸殘基的側(cè)鏈從螺旋骨架伸出，決定了螺旋的表面特性。B許多a螺旋的一側(cè)主要分布著親水(荷電、極性)殘基，在另一側(cè)主

11、要集中疏水殘基，從而具有兩親性(amphipathicity )。C這種兩親性螺旋常以其疏水面彼此聚合，也易于與其它疏水表面聚合，并可設(shè)計(jì)與兩性介質(zhì)結(jié)合。D在蛋白質(zhì)中，“螺旋大多沿分子表面分布，其一側(cè)面向溶劑，另一側(cè)面向疏水內(nèi)核，螺旋的兩親性正好適應(yīng)這種要求。疏 水殘基與親水殘基按螺旋旋轉(zhuǎn)周期規(guī)律地相間分布，是產(chǎn)生兩親性的基本原因【一段a螺旋是否具有兩親性，可用螺旋轉(zhuǎn)輪(helic a l wheel )的方式來(lái)預(yù)測(cè)】4傾向于形成a螺旋的氨基酸*強(qiáng)烈傾向于形成a螺旋的氨基酸殘基包括：Ala, Glu, Leu和Met;非常不利于“螺旋形成的殘基有：Pro, Gly, Tyr和Ser。*其中Pr

12、o殘基的側(cè)鏈與主鏈 N原子形成共價(jià)鍵，使其喪失形成 氫鍵的能力，并對(duì)“螺旋構(gòu)象產(chǎn)生空間障礙。因此，除螺旋的第一圈外，“螺旋中凡有Pro出現(xiàn)的地方就會(huì)發(fā)生彎折。*不能把所有出現(xiàn)彎折的情況均歸因于Pro的出現(xiàn)3層(3 -sheet ) 3鏈(3 -strand ) * 3層的基本單位是3鏈，它在多肽鏈中具有近乎全伸展的構(gòu)象，可 視為每圈具有2個(gè)氨基酸殘基和每個(gè)殘基有約0.35nm平移距離的特殊螺旋，位于拉氏構(gòu)象圖的第二象限中?！局挥挟?dāng)一股3鏈與另一股3鏈間以主鏈氫鍵相聯(lián)，組合在 3層時(shí)，它們才能穩(wěn)定。所以，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn) 3鏈 都是以3層方式存在，它們一般包含5-10個(gè)氨基酸?！俊?】平行和反

13、平行3層3鏈的組織方式與“螺旋有顯著不同：“螺旋是由一條多肽鏈在序列上相近的連續(xù)區(qū)構(gòu) 成的，3層則是由序列上離得很遠(yuǎn)的(分子內(nèi))或不相關(guān)的(分子間)不同多肽鏈區(qū)域組合而成的。在3層中，來(lái)自不同位置的3鏈彼此靠近，在鏈間組成 C=0與NH氫鍵，形成層狀結(jié)構(gòu)* 3鏈呈鋸齒狀：幾條3鏈形成的3層 并非是完全平面的，而是以C”為支點(diǎn)上下折疊，相應(yīng)的側(cè)鏈的取向也隨之上下交替。所以 3層在早期被稱(chēng)為3折疊層。*在平行3層(parallel 3 -sheet )中的所有3鏈都具有同一走向，即從氨端到竣端；在反平行 3層 (antiparallel 3 -sheet )中的相鄰二條3鏈具有相反的走向，一條從氨

14、端到竣端，另一條則從竣端到氨端。反平行層更穩(wěn)定* 3層可以由同一分子內(nèi)同一肽鏈的不同區(qū)域或不同肽鏈的3鏈形成。*混合型3層：3鏈也可以組合成混合型3層，即一部分以平行方式排布，而另一部分以反平行方式排布，3層的組織有很強(qiáng)的對(duì)抗混合層形成的趨向【2】扭轉(zhuǎn)層：在已知的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，所有平行、反平行和混合型3層中的3鏈都是沿其前進(jìn)方向不斷扭轉(zhuǎn)的肽鏈(twisted str and),從而使實(shí)際蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的3層都不是平直的層面，而是一種扭轉(zhuǎn)層?！九まD(zhuǎn)3層也有左右手兩種方式，但在已知結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的僅有單一型式，稱(chēng)為右手扭轉(zhuǎn)?！?7環(huán)肽鏈(loop)相對(duì)剛性的“螺旋和3層組合構(gòu)成蛋白質(zhì)的完整三維結(jié)構(gòu)時(shí)

15、，必須有環(huán)狀肽鏈相連接 ?！?】回折(reverse trun )結(jié)構(gòu)的基本特征 是使其所連接的肽鏈發(fā)生180 口的急轉(zhuǎn)彎?，F(xiàn)在知道，球蛋白約三分之一殘基是位于多肽鏈的急轉(zhuǎn)彎區(qū)域中，它們使分子表面的肽鏈反向轉(zhuǎn)折從而使蛋白質(zhì)的球狀結(jié)構(gòu)得以形成。3-轉(zhuǎn)折(3 -turn ) 最常見(jiàn)的回折結(jié)構(gòu)是 3轉(zhuǎn)折(3-turn ,中譯也稱(chēng)3-轉(zhuǎn)角)。3-轉(zhuǎn)折是由4個(gè)氨基酸殘基 (i到i+3)順序連接的一段短肽鏈，它具有 180。彎折的特殊構(gòu)象。標(biāo)準(zhǔn)的 3 -轉(zhuǎn)折的第4個(gè)殘基(i+3 ) NH與第一個(gè)殘基（i）的C=O間有氫鍵形成，稱(chēng)為 4_J氫鍵。由于這一構(gòu)象的柔性及蛋白質(zhì)表面介質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，有 時(shí)3-轉(zhuǎn)折

16、的 J1氫鍵不能形成，因此在 3-轉(zhuǎn)折的實(shí)際辨識(shí)中，第 1個(gè)殘基與第4個(gè)殘基的C”間的適當(dāng)距離 比有無(wú)氫鍵更為重要?！敬嬖谌N類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn) 3-轉(zhuǎn)折，稱(chēng)為I型，II型，III型；它們各自的對(duì)映體也存在， 稱(chēng)為I , II 和III 型。最常見(jiàn)的是I型3-轉(zhuǎn)折，其在蛋白質(zhì)中的出現(xiàn)頻率比II型高2-3倍】丫-轉(zhuǎn)折 由三個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的轉(zhuǎn)折也有發(fā)現(xiàn)，稱(chēng)為 丫-轉(zhuǎn)折（丫-turn ）3發(fā)夾 通過(guò)一段短的環(huán)鏈將二條相鄰的3鏈連接在一起的結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為 3發(fā)夾或發(fā)夾（hairpins ）結(jié)構(gòu)。3發(fā)夾經(jīng)常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中，常具有重要的功能性意義，如參與配體-受體結(jié)合位置以及酶活性中心的形成】。3凸起的基本結(jié)構(gòu)

17、特征是， 在兩個(gè)連續(xù)3型氫鍵之間的一個(gè)凸起區(qū)域，一股鏈上的二個(gè)殘基對(duì)著另一股鏈上的一個(gè)殘基。18疏水內(nèi)核：隨后大量蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)被闡明，顯示出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)具有一個(gè)共同的特征：分子內(nèi)都有一個(gè)疏水內(nèi)核，由緊密堆積的疏水側(cè)鏈構(gòu)成。將疏水側(cè)鏈堆積進(jìn)入分子內(nèi)部，是蛋白質(zhì)折疊的主要驅(qū)動(dòng)力，是天然蛋白質(zhì)穩(wěn)定的基本結(jié)構(gòu)因素。【1蛋白質(zhì)分子內(nèi)核中的疏水側(cè)鏈?zhǔn)且愿叨葏f(xié)調(diào)的方式達(dá)到緊密的二級(jí)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)相嵌。2*對(duì)一些蛋白質(zhì)疏水內(nèi)核的堆積堆積的，它們的幾何形貌必須達(dá)到空間互補(bǔ)，并與分子內(nèi)部密度，估算所得到的平均值是0.75 ,表明盡管蛋白質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)各不相同，但它們的疏水內(nèi)核的堆積密度與大多數(shù)密堆積晶體一樣高。*3疏水內(nèi)核還

18、是推動(dòng)以二級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)分子骨架形成的重要因素。4由于疏水側(cè)鏈的內(nèi)埋，必然帶動(dòng)其主鏈也隨之進(jìn)入分子內(nèi)部。5主鏈?zhǔn)歉叨葮O性的，它們每個(gè)肽單位都帶有一個(gè)氫鍵給體NH和一個(gè)氫鍵受體 CO在內(nèi)核的疏水環(huán)境中，這些極性基團(tuán)必須通過(guò)彼此形成氫鍵來(lái)彼此中和。這是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)（主要是“螺旋和3層）形成的驅(qū)動(dòng)因素。19疏水作用*疏水內(nèi)核的形成是以疏水相互作用為基礎(chǔ)的。*所謂疏水作用（hydropho 3 ic inter action ）是指非極性基因在任何極性環(huán)境中強(qiáng)烈趨于彼此聚集的擇優(yōu)效應(yīng)。*疏水作用在本質(zhì)上是一種能量效應(yīng)。疏水作用是一個(gè)從高能態(tài)趨于低能態(tài)的自動(dòng)發(fā)生的過(guò)程。第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu).蛋白質(zhì)

19、的一級(jí)結(jié)構(gòu)的含義：組成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目.多肽鏈的氨基酸順序，多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵 的數(shù)目和位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ).從蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)能得到的信息：預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的二級(jí)及三級(jí)結(jié)構(gòu)研究生物的進(jìn)化關(guān)系（同宗比較）：比較不同生物體內(nèi)同種蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)，建立蛋白質(zhì)分子進(jìn)化樹(shù)，其與物種的進(jìn)化樹(shù)相似研究功能相似的蛋 白質(zhì)的親緣關(guān)系（ 同親”比較）：建立家族 相似性大于30%的為同源蛋白質(zhì)，為同一家族若相似性比較小，即不是同源蛋白質(zhì)， 遠(yuǎn)源”比較：通過(guò)功能相距甚遠(yuǎn)的蛋白質(zhì)之間進(jìn)行序列比較，可以發(fā)現(xiàn)一些蛋白質(zhì)的 新的模體或結(jié)構(gòu)域，從而建立蛋白質(zhì)的超級(jí)家族；并揭示一些蛋白質(zhì)可

20、能具有的新功能。.蛋白質(zhì)的二級(jí)（Secondary）結(jié)構(gòu)是指多肽鏈的主鏈局部在空間的排列或規(guī)則的幾何走向?！舅簧婕半逆溨麈湹臉?gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。二級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)復(fù)雜空間構(gòu)象的基礎(chǔ)，故又稱(chēng)為構(gòu)象單元?！康鞍踪|(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型：規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)：主要有口-螺旋、P-層、部分規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)：3-轉(zhuǎn)折、r-轉(zhuǎn)折3發(fā)夾、3凸起蛋白質(zhì)中的無(wú)規(guī)律卷曲：無(wú)規(guī)卷曲.影響a -螺旋結(jié)構(gòu)形成的因素：側(cè)鏈R-基團(tuán)所帶的電荷，如多聚賴(lài)氨酸，在中性和酸性條件下不能形成a -螺旋；R-基團(tuán)的大小，太大影響a-螺旋的形成，如多聚異亮氨酸；脯氨酸和羥脯氨酸， 不能形成鏈內(nèi)氫鍵，它只能出現(xiàn)在螺旋的第一圈中；甘氨酸由于沒(méi)有側(cè)

21、鏈的取代基團(tuán)，所以它參與的肽鍵活動(dòng)性更大，也影響了螺旋的穩(wěn)定。. P層的特點(diǎn)：平行P層一般為大結(jié)構(gòu)，少于 5個(gè)P鏈很少，通常疏水的側(cè)鏈排列在折疊片平面的兩側(cè)。反平行P層可以少到只有兩個(gè) P鏈組成，通常所有的疏水的側(cè)鏈都排列在折疊片的一側(cè)。在纖維狀蛋白質(zhì)中主要是在不同肽鏈之間形成的反平行P層；而在球狀蛋白質(zhì)中反平行P層和平行P層都存在，其 P層既可在同一肽鏈間形成，也可在不同肽鏈間形成.二級(jí)結(jié)構(gòu)的可變性：溶液pH改變側(cè)鏈基團(tuán)的電荷，影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成。溫度：溫度升高影響氫鍵的形成，影響蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成；不同 溶劑的影響：如彈性蛋白酶，在水溶液中有 7%的a螺旋，但在十二 烷基磺酸鈉存在時(shí)，a

22、螺旋約為35%。在極端的條件 下，完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)規(guī)卷曲形式。.兩可肽：蛋白質(zhì)中可以形成兩種不同二級(jí)結(jié)構(gòu)形式（主要為a螺旋、3層）的肽段，叫兩可肽。.超二級(jí)結(jié)構(gòu)：指相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件相互聚集，形成有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚集體，也稱(chēng)為基序（motif）。3主要有a a , 3 a 31兩段平行的3鏈和作為連接鏈的a螺旋組成常見(jiàn)為 Rossman折疊】和3 3三大種類(lèi)型.Rossman折疊：M. Rossman等人研究中發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的多肽鏈在三維折疊中往往形成有規(guī)律的二級(jí)結(jié)構(gòu) 的聚集體。在球狀蛋白質(zhì)中，更常見(jiàn)的是兩個(gè)3a3聚集體連在一起，形成 3 “ 3 ” 3結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為Rossman折疊。超二級(jí)結(jié)構(gòu)特征

23、描述：.序列模式：是指蛋白質(zhì)一段肽鏈上每一殘基構(gòu)象和其氨基酸序列的關(guān)系，描述的是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與氨基酸序列的關(guān)系。【每一類(lèi)型的超二級(jí)結(jié)構(gòu)都有確定的序列模式】應(yīng)用 ：可從蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中預(yù)測(cè)哪一段肽 鏈含有哪種類(lèi)型的基序 疏水性分析：超二級(jí)結(jié)構(gòu)中各殘基對(duì)溶劑的相對(duì)親水和疏水性的性質(zhì)，是超二級(jí)結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)特征。超二級(jí)結(jié)構(gòu)中氫鍵模式的分析主要研究連接肽之間的氫鍵的形成情況應(yīng)用：根據(jù)研究結(jié)果可以建立模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等.結(jié)構(gòu)域：多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，形成三級(jí)結(jié)構(gòu)的局部折疊區(qū)，它是相對(duì)獨(dú)立的緊密球狀實(shí)體。包括反平行 a螺旋結(jié)構(gòu)域（全a -結(jié)構(gòu)）；平行或混合型3折疊片結(jié)構(gòu)域（口，3結(jié)

24、構(gòu)）；反平行3折疊片結(jié)構(gòu)域（全 3 -結(jié)構(gòu)）和富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域四種類(lèi)型功能域：蛋白質(zhì)分子中能獨(dú)立存在的功能單位?！竟δ苡蚩梢允且粋€(gè)結(jié)構(gòu)域，也可以是多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。前者如肌紅蛋白；后者如酵母的己糖激酶，其功能域?yàn)閮蓚€(gè)結(jié)構(gòu)域組成，在兩者之間組成活性部位。】結(jié)構(gòu)域與三級(jí)結(jié)構(gòu)或蛋白質(zhì)的關(guān)系*對(duì)于較小的球狀蛋白質(zhì)和亞基，因只有一個(gè)結(jié)構(gòu)域，故結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)是一個(gè)意思。*對(duì)于較大的球狀蛋白質(zhì)，因含有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，三級(jí)結(jié)構(gòu)是多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成的。*對(duì)于含有多個(gè)結(jié)構(gòu)域的分子或亞基，多數(shù)分子外形偏長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)域之間有一個(gè)裂溝或密度較小的區(qū)域，如己糖激酶.蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)（Tertiary Structure）是指由

25、二級(jí)結(jié)構(gòu)的元件構(gòu)建成的總?cè)S構(gòu)象。包括一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距遠(yuǎn)的肽段之間的幾何相互關(guān)系和側(cè)鏈在三維空間中彼此間的相互關(guān)系。維系力主要是非共價(jià)鍵，其中尤其是疏水相 TOC o 1-5 h z 互作用在蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起著重要作用。此外，某些蛋白質(zhì)在三級(jí)結(jié)構(gòu)中還有二硫鍵的參與。.蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)（Quaternary Structure）:由數(shù)條具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞基）彼此之間相互連接而成的 聚合體結(jié)構(gòu)，就是蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)往往是對(duì)稱(chēng)的。四級(jí)締合在結(jié)構(gòu)和功能上的優(yōu)越性：增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高遺傳經(jīng)濟(jì)性和效率使催化基團(tuán)匯集在一起具有協(xié)同效應(yīng)和別構(gòu)效應(yīng)四級(jí)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力主要為疏水相互作用。.作為蛋白質(zhì)

26、四級(jí)結(jié)構(gòu)組分的多肽鏈，通常稱(chēng)為亞基（Subunit ）亞基特點(diǎn)：1）亞基借疏水鍵、氫鍵、鹽鍵或二硫鍵締合。2）亞基單獨(dú)存在時(shí)無(wú)生物學(xué)活性。3）組成寡聚蛋白的亞基可相同也可不同。.亞基相互作用的方式：亞基締合的專(zhuān)一性由相互作用的表面上的極性基團(tuán)之間的氫鍵和離子鍵提供。驅(qū)動(dòng)力仍然是疏水相互作用。亞基或原體的締合有相同亞基或原體和不同亞基或原體之間的締合相同亞基或原體締合又分為同種締合和異種締合：同種締合 較簡(jiǎn)單：相互作用的表面相同，多為閉合的二聚體，異種締合 復(fù)雜：相互作用的表面不相同，多為一種開(kāi)放末端結(jié)構(gòu)，其可以無(wú)限聚合，形成線形和螺旋 形大聚集體；也有閉合環(huán)狀的結(jié)構(gòu)。不相同亞基或原體締合復(fù)雜：

27、15單體蛋白：僅由一個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì) 。由多個(gè)亞基聚集而成的蛋白質(zhì)常常稱(chēng)為寡聚蛋白。.原體：對(duì)稱(chēng)的寡聚蛋白分子可視為由兩個(gè)或多個(gè)不對(duì)稱(chēng)的相同結(jié)構(gòu)成分組成，這種相同結(jié)構(gòu)成分稱(chēng)為原體。第二節(jié)蛋白質(zhì)折疊蛋白質(zhì)從伸展的多肽鏈形成其特定的立體結(jié)構(gòu)的過(guò)程叫折疊（folding）維持其特定的立體結(jié)構(gòu)的作用力主要為：氫鍵、疏水作用、范德華力、離子鍵和配位鍵.蛋白質(zhì)的變性：某些物理或化學(xué)因素， 能夠破壞蛋白質(zhì)的天然鉤象狀態(tài)，引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)改變并導(dǎo)致其生理活性喪失。 這種現(xiàn)象稱(chēng)為蛋白質(zhì)的變性 （denaturation） o變性的標(biāo)志是失去生物活性；變性的實(shí)質(zhì)是共價(jià)鍵不變，次級(jí)鍵破壞。變性因素：化學(xué)因素：強(qiáng)

28、酸和強(qiáng)堿，尿素，月瓜 物理因素：紫外線，加熱，劇烈振蕩，超聲波，X-射線 變性蛋白的特性：溶解度降低，結(jié)晶能力喪失，易被消化，等電點(diǎn)有所提高等 應(yīng)用： 做豆腐，重金屬鹽的急救；制備酶制劑時(shí)防止變性變性與沉淀的關(guān)系： 變性蛋白質(zhì)通常都是固體狀態(tài)物質(zhì)，不溶于水和其它溶劑，所以，蛋白質(zhì)的變性通常都 伴隨著不可逆沉淀。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)。換言之，蛋白質(zhì)的三維立體結(jié)構(gòu)完全取決于其氨基酸的序列。蛋白質(zhì)的天然立體結(jié)構(gòu)一般是自由能最低的狀態(tài)二硫橋?qū)﹄逆湹恼_折疊并不是必要的，但它可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的折疊肽結(jié)構(gòu)。大多數(shù)蛋白質(zhì)在空間結(jié)構(gòu)時(shí)無(wú)二硫鍵的原因：多數(shù)蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)相對(duì)缺氧的環(huán)境中，此環(huán)境條件下疏基

29、傾 向于還原態(tài)，只有分泌蛋白質(zhì)才可能處于氧含量較高的條件，故分泌蛋白質(zhì)中二硫鍵較多。蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)是多肽鏈上各個(gè)單鍵旋轉(zhuǎn)自由度受到各種限制的結(jié)果。方 法獲得的信息x _身寸線晶標(biāo)而南二泰7H國(guó)白質(zhì)至不同邰位的rtl-F鐫電印進(jìn)而分橋核磁疾振ZMRJ苴白質(zhì)在溶融中的三維結(jié)構(gòu)國(guó)于女投標(biāo)i己和ZMK在個(gè)別部位形成與溶利隔閾的，永久性的氫融摩于交艙筋記和電嗑善旗心（KS1N4S） 側(cè)定折科幽臼介子的出激.杏中何枷 滿(mǎn)紫?卜閾二色性一二級(jí)結(jié)構(gòu)的膨應(yīng)但馥觸喻叛忖更所處的無(wú)垃 水與方偉族案.端百叁的印，陰_近蒙夕卜二色性-三級(jí)結(jié)構(gòu)中，并香族鈕基或挨批的不稱(chēng)動(dòng)性蛋白質(zhì)折疊的動(dòng)力學(xué)*蛋白質(zhì)折疊不是通過(guò)隨機(jī)搜索

30、找到自由能最底的構(gòu)象，而是一種累積選擇， 就是每此搜索把正確折疊的那部分結(jié)構(gòu)保留下來(lái)，因此，蛋白質(zhì)折疊實(shí)質(zhì)上是保留局部正確折疊的中間體。*研究折疊中間體的方法：如快速動(dòng)力學(xué)法（停留法、溫度躍遷法），脈沖標(biāo)記NMR ,脈沖H-D交換等*蛋白質(zhì)折疊經(jīng)過(guò)熔球態(tài)的中間體階段，熔球態(tài)是只具有二級(jí)結(jié)構(gòu)，但無(wú)三級(jí)結(jié)構(gòu)的一種狀態(tài)，熔球態(tài)形成的驅(qū)動(dòng)力主要是疏水相互作用。球狀蛋白質(zhì)折疊的步驟：由完整的伸展態(tài)快速、可逆地形成局部二級(jí)結(jié)構(gòu)，此為成核過(guò)程；通過(guò)折疊核 的協(xié)同聚集形成初始的結(jié)構(gòu)域由這些結(jié)構(gòu)域裝配成熔球態(tài)對(duì)結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象進(jìn)行調(diào)整形成完整三級(jí)結(jié)構(gòu) 的蛋白質(zhì)單體或天然蛋白質(zhì).體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊有異構(gòu)酶和伴侶蛋白參加；

31、異構(gòu)酶有兩種：二硫鍵異構(gòu)酶：能快速催化二硫鍵的重組，導(dǎo)致快速形成正確的二硫鍵；肽基脯氨酸異構(gòu)酶：催化脯氨酸的氨基參與形成的肽鍵由反式轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖剑?分子伴侶：是通過(guò)抑制新生肽鏈的不恰當(dāng)聚集并排除與其他蛋白質(zhì)不合理的結(jié)合，協(xié)助蛋白質(zhì)正確折疊的蛋白質(zhì)。包括與核糖體結(jié)合的分子伴侶有觸發(fā)因子（TF）,新生鏈結(jié)合物（NAC）和不與核糖體結(jié)合的分子伴侶：熱激蛋白70 （hsp70）家族 熱激蛋白40 （hsp40）家族 Hsp70的輔助分子GrpE熱激蛋白60 （hsp60） 家族其功能有：封閉折疊蛋白的暴露的疏水區(qū)段創(chuàng)建一個(gè)隔離的環(huán)境，蛋白質(zhì)可互不干擾地在此折疊 促進(jìn)折疊和去聚合遇到應(yīng)激時(shí)，使已經(jīng)折疊的蛋

32、白質(zhì)去折疊第三章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能肌紅蛋白的組成：它由一條多肽鏈和一個(gè)輔基血紅素組成。除去血紅素的脫輔基肌紅蛋白稱(chēng)為珠蛋白。其由153個(gè)氨基酸殘基組成。血紅素的兩種存在形式 ：亞鐵Fe2+（亞鐵）血紅素（亞鐵）肌紅蛋白高鐵Fe3+高鐵血紅素一一高鐵肌紅蛋白。只有亞鐵肌紅蛋白才能與氧結(jié)合。O2與肌紅蛋白的結(jié)合：O2與肌紅蛋白中的鐵以配位鍵結(jié)合，F(xiàn)e-O鍵與嚇咻環(huán)平面呈 60度角。肌蛋白中，血紅素Fe原子的第六配價(jià)鍵可以與不同的分子結(jié)合：無(wú)氧存在時(shí)，與水結(jié)合，生成去氧肌紅蛋白；有氧存在時(shí)，能夠與氧結(jié)合形成氧合肌紅蛋白。血紅蛋白的主要功能：在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)氧氣血紅蛋白組成：4個(gè)多肽亞基，兩個(gè)是

33、口亞基（141AA）,兩個(gè)是P亞基（146AA）；4個(gè)血紅素基，每個(gè)亞基結(jié)合一個(gè) ；每個(gè)a亞基和P亞基 在三級(jí)結(jié)構(gòu)上與肌紅蛋白（153AA）極為相似。 血紅蛋白中，血紅素 Fe原子的第六配價(jià)鍵 可以與不同的分子結(jié)合：有氧存在時(shí)，能夠與氧結(jié)合形成氧合血紅蛋 白（HbO2）。無(wú)氧存在時(shí)，與水結(jié)合，生成去氧血紅蛋白（Hb）;變構(gòu)現(xiàn)象：許多蛋白質(zhì)在表現(xiàn)其功能時(shí)，構(gòu)象會(huì)發(fā)生一定的改變，這種現(xiàn)象，叫變構(gòu)現(xiàn)象。如血紅蛋白。去氧血紅蛋白中亞基間鹽鍵：8個(gè)鹽鍵有6個(gè)處于不同亞基間。6個(gè)中4個(gè)涉及C-末端或N-末端殘基：a鏈兩個(gè)和P鏈兩個(gè)。另兩個(gè)連接兩 口鏈的Asp126和Arg141殘基。此外，每條 P鏈白As

34、pFG1和HisHC3間有鹽鍵 Bohr效應(yīng)：pH對(duì)血紅蛋白的親和力的影響稱(chēng)為Bohr效應(yīng)。H+、CO2促進(jìn)氧的釋放Bohr效應(yīng)的生理意義：當(dāng)血液流經(jīng)組織特別是流經(jīng)代謝迅速的肌肉時(shí)，由于這里的pH較低，CO2濃度較高，因此有利于血紅蛋白釋放氧，使組織能比單純的p（O2）降低獲得更多的氧，而氧的釋放又促進(jìn)血紅蛋白與H+和CO2的結(jié)合，起著緩沖血液的作用。而血液流經(jīng)肺部時(shí)，情況正好相反。H鋰進(jìn)氧的釋放的原因：H+W ”鏈的N-末端的游離的氨基及 3鏈的C-末端的His的咪詠基結(jié)合，使這些基團(tuán)質(zhì)子化，利于鹽鍵的形成，因而有利于血紅蛋白T態(tài)的形成，促進(jìn)氧的釋放。CO2與血紅蛋白結(jié)合： 在R態(tài)時(shí)，各亞基

35、的 N-端的a氨基都是防|離的，CO2可以與4個(gè)亞基N末端的a氨基結(jié) 合，釋放的質(zhì)子可貢獻(xiàn)于 Bohr,形成的氨基甲酸還可形成額外的鹽鍵，有助于穩(wěn)定T態(tài)，促進(jìn)氧的釋放。BPG降低Hb對(duì)氧的親和力BPG的結(jié)合部位：四個(gè)亞基締合形成的中央空穴。帶負(fù)電荷的BPG與3 鏈的帶正電荷的側(cè)鏈基團(tuán)結(jié)合，將兩個(gè)3鏈通過(guò)離子鍵交鏈在一起。BPG與兩個(gè)3鏈之間的這些離子鍵有助于穩(wěn)定血紅蛋白T態(tài)的構(gòu)象，促進(jìn)氧的釋放。脫BPG的血紅蛋白對(duì)氧的親和力很大。分子?。河捎诨蛲蛔儗?dǎo)致蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)改變而產(chǎn)生的遺傳病。如鐮刀性貧血病。SH2結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)：大約有100氨基酸殘基組成，結(jié)構(gòu)相當(dāng)保守；訖今研究過(guò)的SH2結(jié)構(gòu)域都有一個(gè)

36、大的反平行的3片層中心，兩側(cè)a-螺旋及一些后續(xù)結(jié)構(gòu)。SH2結(jié)構(gòu)域：90年代初，人們發(fā)現(xiàn)在與磷酸化受體酪氨酸激酶結(jié)合的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白中大部分含有 SH2結(jié)構(gòu)域。進(jìn) 一步研究發(fā)現(xiàn)，分離的 SH2結(jié)構(gòu)域本身也能與磷酸化的受體酪氨酸結(jié)合，且這種結(jié)合是有特異性的，不同SH2結(jié)構(gòu)域與不同的含有 磷酸化酪氨酸（pTyr）殘基的區(qū)域結(jié)合，對(duì)絲/蘇氨酸殘基幾乎沒(méi)有親和力 。可將含SH2的蛋白粗分為兩類(lèi)：一類(lèi)為具有酶活性且酶活性對(duì)下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是必不可少的；二類(lèi)為無(wú)酶活性的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白。SH2結(jié)構(gòu)域的配基可歸為二類(lèi)I類(lèi)配基序列為酪氨酸-親水-親水-疏水；II類(lèi)為酪氨酸-疏水-X-疏水。SH2的功能膜定位功能：接近底

37、物酪氨酸磷酸化激活：信號(hào)傳遞變構(gòu)激活：活性增加含SH2結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)功能 參與了磷脂代謝、氨基酸磷酸化和去磷酸化、GTP酶激活、基因表達(dá)、蛋白質(zhì)遷移和細(xì)胞骨架構(gòu)建等目前已知的幾個(gè) SH3結(jié)構(gòu)域在形成的三維空間結(jié)構(gòu)上有較大的外觀差異，但是它們的基本骨架結(jié)構(gòu)（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)） 是很相似的，基本折疊包括兩個(gè)垂直的3片層，其中由一些保守氨基酸經(jīng)折疊構(gòu)成的疏水區(qū)域成為結(jié)合配基的“口袋”。SH3配基的共同特點(diǎn) 是結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)為一些富含脯氨酸的殘基（共約 10個(gè)氨基酸），核心部分為PXXP（X為除半胱 氨酸之外的任一氨基酸）。PH結(jié)構(gòu)域在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中不僅介導(dǎo)蛋白與蛋白之間的作用，而且介導(dǎo)蛋白與脂質(zhì)之間的結(jié)合 以幫助蛋

38、白在質(zhì)膜的定位，含有PH結(jié)構(gòu)域的蛋白既在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起作用也在細(xì)胞骨架形成中起作用PH配基磷酸肌醇類(lèi)為第一類(lèi)配基，PKC為第二類(lèi)配基，G蛋白的3 r亞基為第三類(lèi)配基第四章糖蛋白.糖復(fù)合物（glycoconjugate）:單糖、寡糖或多糖鏈在酶的催化下與蛋白質(zhì)或脂類(lèi)等非糖物質(zhì)的特定部位共價(jià)結(jié)合形成的化合物，叫糖復(fù)合物。糖復(fù)合物種類(lèi)：糖蛋白、蛋白聚糖、脂多糖、糖脂等。.糖基化作用（glycosylation） :單糖、寡糖或多糖鏈在酶的催化下與蛋白質(zhì)或脂類(lèi)等非糖物質(zhì)的特定部位共 價(jià)結(jié)合形成糖復(fù)合物的過(guò)程，叫糖基化作用.糖蛋白（Glycoproteins ）的概念：自然界中分布最廣的一類(lèi)糖復(fù)合物，幾乎

39、所有的細(xì)胞都能合成糖蛋白，由 短鏈寡糖與蛋白質(zhì)共價(jià)相連而成。N-糖肽鍵：糖的半縮醛羥基與肽鏈上的Asn的酰胺基團(tuán)上的氨基形成N-糖肽鍵。核心五糖區(qū)：變化少 .N-糖鏈的外圍鏈：在核心五糖區(qū)以外的非還原端，發(fā)生多種變化根據(jù)N-糖鏈的外圍鏈的不同，N-糖鏈又分為三類(lèi)：復(fù)雜型：根據(jù)連接的糖鏈的分支數(shù)又分為五類(lèi)高甘露糖型雜合型N-糖鏈糖基化位點(diǎn)與肽鏈氨基酸序列與N-糖鏈相連的肽鏈氨基酸序列特征為：Asn-X-Ser或Asn-X-Thr（X殘基是Pro外的氨基酸）上述序列只是一個(gè)潛在的N-糖基化位點(diǎn)，是否糖基化還要看肽鏈的空間結(jié)構(gòu)，一般上述序列多處于3 -轉(zhuǎn)角處時(shí)（在蛋白質(zhì)分子表面），才可以糖基化序列中

40、的X為極性氨基酸殘基時(shí)，糖鏈常為復(fù)雜型N-糖鏈；如X為非極性氨基酸殘基時(shí)，糖鏈常為高甘露糖型N糖鏈.O-糖肽鍵：糖鏈上的半縮醛羥基與肽鏈上的Thr, Ser, HyPro, HyLys 的羥基形成 O-糖肽鍵；O-糖鏈糖基化位點(diǎn)與肽鏈氨基酸序列特征結(jié)構(gòu)序列不清；糖基化位點(diǎn)多在蛋白質(zhì)分子表面；位點(diǎn)附近常出現(xiàn)Pro ; Ser/Thr比較集中存在O-GlcNAc糖基化蛋白該類(lèi)蛋白有三個(gè)顯著特點(diǎn)：糖基化位點(diǎn)上只連接 1個(gè)GlcNAc糖基 糖基化處于一種動(dòng)態(tài)平衡中僅存于細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)與O-GalNAc連接糖鏈相連的氨基酸序列有；-T-X-X-X-, 其中有1個(gè)X為T(mén)hr ;-X-P-X-X-X-，其

41、中有1個(gè)X為T(mén)hr;-X-X-T-X 其中有1個(gè)X為堿性氨基酸；-S-X-X-X-,其中有1個(gè)X為Ser 。糖鏈的微觀不均一性 （糖型）（glycoform）:生物體內(nèi)出現(xiàn)的具有相同肽鏈和不同糖鏈結(jié)構(gòu)的同種糖蛋白的現(xiàn)象。 糖鏈的微觀不均一性（糖型）可表現(xiàn)為多種形式：在同一糖基化位點(diǎn)連接不同糖鏈；有的糖基化位點(diǎn)是非保守的位點(diǎn)；有多個(gè)糖基化位點(diǎn)，但不是每一個(gè)糖基化位點(diǎn)都在任何情況下都被糖基化 糖鏈合成的基本特點(diǎn)：糖基供體：合成糖鏈的單糖的活化形式有兩種。磷酸長(zhǎng)菇醇形式：長(zhǎng)菇醇（dolichol,Dol）是聚異戊二烯的衍生物，一側(cè)的羥基通過(guò)磷酸基與糖基相連，核甘酸形式：如GDP-Man,UDP-Gl

42、cNAc糖基接受體：Asn側(cè)鏈的酰胺基；Ser/Thr的羥基；鞘氨醇或脂酰甘油的羥基 糖基轉(zhuǎn)移酶：是糖鏈合成的中心環(huán)節(jié)，其對(duì)糖基供體和受體都有高度的專(zhuān)一性；一條糖鏈的合成需要一組糖基轉(zhuǎn)移酶按一定次序先后發(fā)揮作用來(lái)完成；不同種屬的生物，同一生物的不同組織，同一組織或細(xì)胞的不同發(fā)育階段，不同的生理和病理狀態(tài)下其糖基轉(zhuǎn)移酶的表達(dá)差異很大，因而導(dǎo)致糖型的出現(xiàn)。 如運(yùn)鐵蛋白，正常人糖鏈中90%以上是二天線 N-糖鏈，而肝癌病人二天線 N-糖鏈比例明顯下降， 三天線糖鏈和核心巖藻糖鏈比例明顯增加。一個(gè)基因?qū)?yīng)一個(gè)糖昔鍵 N糖鏈白合成N-糖鏈的合成與肽鏈的合成同時(shí)進(jìn)行，合成部位是粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體；N-糖

43、鏈的合成的抑制劑是衣霉素N-糖鏈的生物合成步驟合成以酯鍵相連的寡糖前體（G-寡糖）將前體轉(zhuǎn)移到正在增長(zhǎng)著的肽鏈上除去前體的某些糖單位在剩余的寡糖核心上再加入另外的糖分子 長(zhǎng)醇焦磷酸寡糖的合成：首先細(xì)胞內(nèi)合成長(zhǎng)醇（又叫多菇醇），長(zhǎng)醇是由異戊二烯單元組成，其與 CTP反應(yīng)，并以磷酸長(zhǎng)醇的形式整合到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上（13）。兩分子的GlcNAc結(jié)合到磷酸長(zhǎng)醇上（1）。5分子的Man甘露糖結(jié)合上（2）。寡糖鏈翻轉(zhuǎn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔（3）。甘露糖與另一分子磷酸長(zhǎng)醇結(jié)合（4）,并翻轉(zhuǎn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔（5）。4個(gè)甘露糖繼續(xù)結(jié)合到寡糖鏈上（6）。葡萄糖與另一分子磷酸長(zhǎng)醇結(jié)合（7）,并翻轉(zhuǎn)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔（8）。3個(gè)葡萄糖繼續(xù)結(jié)合

44、到寡糖鏈上（9）。長(zhǎng)醇焦磷酸上的寡糖鏈轉(zhuǎn)移到天冬酰胺上。（10）糖蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體中，在糖基轉(zhuǎn)移酶和糖甘水解酶的共同作用下，加工為成熟的糖蛋白。O糖鏈白合成 O-糖鏈的合成在肽鏈合成之后合成；O-糖鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但缺乏明顯的規(guī)律性，其中 O-GalNAc糖鏈研究多，場(chǎng)所因細(xì)胞和組織而異無(wú)共同的前體，在肽鏈的特定位點(diǎn)糖基按次序逐個(gè)連接形成；合成的調(diào)節(jié)復(fù)雜。O-GalNAc糖鏈的合成：溶酶體酶的糖基化 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成并進(jìn)行 N-糖鏈的糖基化修飾；順式高爾基體中進(jìn)行甘露糖的磷酸化，形成 Man-6-P ,被反式高爾基體中的 Man-6-P受體識(shí)別，使其與其它酶分開(kāi)，并得以濃縮；以出芽的方式轉(zhuǎn)運(yùn)

45、到溶酶 體。糖鏈的降解 糖。蛋白中的糖鏈在溶酶體中進(jìn)行降解。一般由不同的糖甘水解酶從非還原端逐個(gè)將糖基水解下來(lái)。糖肽鍵則由專(zhuān)一的糖甘水解酶水解。O-糖鏈的水解：一般情況是糖鏈和肽鏈的降解同時(shí)進(jìn)行，但當(dāng)糖鏈含唾液酸多時(shí)，糖鏈則先水解。G-寡糖（G-oligosaccharide）:在合成N-糖鏈時(shí)，首先在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成多菇醇焦磷酸十四糖這一共同前體，這個(gè)共同前體叫 G-寡糖。伴翻譯（co-translation）:N-糖鏈合成是和蛋白質(zhì)肽鏈的合成同時(shí)進(jìn)行，所以被稱(chēng)為伴翻譯。糖鏈的生物學(xué)功能參與新生肽鏈的折疊和締合，如N-糖鏈前體G寡糖中Glc與肽鏈的折疊密切相關(guān)；參與糖蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)（分揀和分泌）

46、：如溶酶體酶如果缺乏 Man-6-P不能轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體。保護(hù)糖蛋白：如血漿老蛋白的清除。某些糖鏈?zhǔn)蔷S持糖蛋白活性所必需；如用衣霉素處理溶酶體 3 -葡萄糖甘酶，不表現(xiàn)催化活性；參與細(xì)胞（分子）間的相互作用：受體-配體結(jié)合、精卵識(shí)別和結(jié)合、細(xì)胞粘著、病原體侵襲等。分子識(shí)別（molecular recognition）:指生物分子的選擇性相互作用，例如抗原與抗體之間、酶與底物或抑制劑之間、激素與受體之間的專(zhuān)一性結(jié)合。細(xì)胞識(shí)別（cellular recognition） :是細(xì)胞表面分子的相互識(shí)別。受體（receptor）:指位于細(xì)胞膜上、細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中能與來(lái)自胞外的生物活性分子（信號(hào)分子）專(zhuān)一結(jié)合

47、并將其帶來(lái)的信息傳遞給效應(yīng)器（離子通道、酶） ，從而引起相應(yīng)生物學(xué)效應(yīng)的生物大分子。配體（ligand）:被受體識(shí)別并結(jié)合的生物活性分子稱(chēng)為配體。細(xì)胞粘著（cell adhesion）:多細(xì)胞生物中細(xì)胞有相互識(shí)別而聚集成細(xì)胞群的能力。細(xì)胞粘著的原因：在細(xì)胞之間充滿(mǎn)著糖蛋白（膠原蛋白、纖連蛋白、層連蛋白） 、蛋白聚糖、透明質(zhì)酸等組成的胞外基質(zhì)，它們形成一個(gè)連續(xù)的立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞就交織或浸泡在其中，細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與胞外基質(zhì)之間的連接是通過(guò)細(xì)胞膜上的膜內(nèi)蛋白如整聯(lián)蛋白、鈣粘著蛋白、血管地址素選擇蛋白 （以上蛋白質(zhì)稱(chēng)為粘著分子或粘著蛋白）等分子而完成的，這些粘蛋白大多是含N-糖鏈的糖蛋白。糖蛋白的

48、種類(lèi)根據(jù)糖蛋白的分布與功能不同：粘液糖蛋白：如消化道分泌的粘液蛋白：如頜下腺粘蛋白、胃粘液蛋白。血清糖蛋白：激素蛋白，如促黃體激素；運(yùn)鐵蛋白；參與凝血和纖溶的凝血酶原、纖溶酶原；免疫球蛋白和補(bǔ)體結(jié)構(gòu)糖蛋白：作為胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白如膠原蛋白、層粘蛋白、纖連蛋白；膜糖蛋白：血型抗原、組織相容性抗原、移植抗原、病毒和激素的膜受體。糖蛋白的生物功能 酶活性：不同酶表現(xiàn)形式不同。激素活性免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)、腫瘤轉(zhuǎn)移（凝集素）血型物質(zhì)細(xì)胞粘著、精卵識(shí)別、物質(zhì)運(yùn)輸離子轉(zhuǎn)運(yùn)血液凝固結(jié)構(gòu)支持潤(rùn)滑作用凝集原（agglutinogen）:從紅細(xì)胞膜中提取的血型抗原稱(chēng)為凝集原。外源凝聚素（凝集素或植物凝集素）是一類(lèi)非

49、抗體的蛋白質(zhì)或糖蛋白，它能與糖類(lèi)專(zhuān)一地非共價(jià)結(jié)合，并具有凝集細(xì)胞和沉淀聚糖和復(fù)合糖的作用。凝集素的功能：根瘤菌對(duì)宿主的選擇性：植物產(chǎn)生凝集素。微生物對(duì)宿主的感染：細(xì)菌產(chǎn)生凝集素。動(dòng)物凝集素 產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答，腫瘤轉(zhuǎn)移等。植物凝集素對(duì)動(dòng)物紅細(xì)胞的凝集作用，作為有絲分裂原，促進(jìn)動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。通過(guò)與糖結(jié)合參與體內(nèi)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與分子以及分子與分子的粘著，進(jìn)而產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)如免疫應(yīng)答，炎癥反應(yīng)，腫瘤轉(zhuǎn)移等。蛋白質(zhì)分離提純一般分為四個(gè)階段：第一階段（前處理）：選材、抽提溶劑、破碎方法，離心分離，取上清液。第二階段（粗分級(jí)）：根據(jù)溶解度差異，采用適當(dāng)?shù)某恋矸?，初步的分離提純。第三階段

50、（細(xì)分級(jí)）：柱層析法，采用制備性聚丙烯酰胺凝膠電泳或蔗糖密度梯度，等電聚焦法進(jìn)一步提純。也可采用結(jié)晶法對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)一步提純。第四階段（質(zhì)量、純度鑒定）：有SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法、等電聚焦法、超離心沉降法酶的比活力：是指每毫克酶蛋白所含有的酶活力單位數(shù)，它是酶制劑純度的一個(gè)指標(biāo)。比活力=活力單位/mg蛋白=總活力單位數(shù)/總蛋白mg活力單位 總活力=活力單位/ml酶液x總體積（ml）酶活力單位：酶活力單位（U）:在一定條件下，一定時(shí)間內(nèi)將一定量的底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物所需要的酶量。IU （酶活力的國(guó)際單位）：在最適反應(yīng)條件下，每分鐘催化生成一微摩爾產(chǎn)物所需要的酶量為一個(gè)酶活力單位。kat （酶活力的國(guó)際

51、單位）：在一定條件下1秒鐘轉(zhuǎn)化1摩爾底物所需的酶量。1kat=6*107U如SOD在一定條件下lmL反應(yīng)液中抑制連苯三酚自氧化速度的50%的酶量為一個(gè)酶活力單位（U）o酶的含量可以用酶活力單位來(lái)表示：即每克酶制劑或每毫升酶制劑有多少酶單位來(lái)表示（U/g或U/ml）純化倍數(shù)：指提純后與提純前酶比活力的比值。純化倍數(shù)=每次比活力/第一次比活力 酶的收率：指純化過(guò)程中酶活性的收率。回收率 =每次總活力/第一次總活力基因表達(dá)調(diào)控1.操縱子是原核基因表達(dá)調(diào)控的一種重要的組織形式，操縱子中被調(diào)控的編碼蛋白質(zhì)的基因可稱(chēng)為結(jié)構(gòu)基因，能被RNA聚合酶識(shí)別、結(jié)合并啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄的一段DN際列稱(chēng)為啟動(dòng)子，可以分為兩種

52、：核心啟動(dòng)子元件和上游啟動(dòng)子元件。能被調(diào)控蛋白特異性結(jié)合的一段DNA列稱(chēng)為操縱區(qū)。編碼能與操縱序列結(jié)合的調(diào)控蛋白的基因稱(chēng)為調(diào)控基因。給予RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)的DNA序列稱(chēng)為終止子（terminator , T）2.阻遏蛋白（repressive protein） :與操縱區(qū)結(jié)合后能減弱或阻止其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，其介導(dǎo)的調(diào)控方式為負(fù) 調(diào)控（negative regulation） ；激活蛋白（activating protein） :與操縱區(qū)結(jié)合后能增強(qiáng)或起動(dòng)其調(diào)控的基因轉(zhuǎn)錄，所介導(dǎo)的調(diào)控方式為正調(diào) 控（positive regulation） 。效應(yīng)物：某些特定的物質(zhì)能與調(diào)控蛋白結(jié)合，使調(diào)控

53、蛋白的空間構(gòu)像發(fā)生變化，從而改變其對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的影響， 這些特定物質(zhì)可稱(chēng)為效應(yīng)物（effector ）。有兩種：誘導(dǎo)劑（inducer）和阻遏劑3終止子至少可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是不依賴(lài)p因子（蛋白性終止因子）的終止子和依賴(lài)p因子（蛋白性終止因子）的終止子.順式作用：在結(jié)構(gòu)基因的附近，只能對(duì)同一條DNA鏈上的基因表達(dá)起調(diào)控作用，這種作用在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱(chēng)為順式作用(cis-action ),能對(duì)不在一條 DNA鏈上的結(jié)構(gòu)基因起作用，在遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)上稱(chēng)為反式作用(trans-action )，調(diào)控基因就屬于反式作用元件(trans-acting element ),其編碼產(chǎn)生的調(diào)控蛋白稱(chēng)為反式調(diào)控因子.乳

54、糖操縱子的表達(dá)調(diào)控 .6.阻遏蛋白的負(fù)調(diào)控 當(dāng)大腸桿菌在沒(méi)有乳糖的環(huán)境中生存時(shí)，lac操縱子處于阻遏狀態(tài)。此 1基因在其自身的啟動(dòng)子 Pi控制下，低水平、組成性表達(dá)產(chǎn)生阻遏蛋白R(shí),每個(gè)細(xì)胞中僅維持約 10個(gè)分子的阻遏蛋白。R以四聚體形式與操縱子 o結(jié)合，阻礙了 RNAM合酶與啟動(dòng)子Plac的結(jié)合，阻止了基因的轉(zhuǎn)錄起動(dòng)。R的阻遏作用不是絕對(duì)的，R與。偶爾解離，使細(xì)胞中還有極低水平的P-半乳糖甘酶及透過(guò)酶的生成。當(dāng)有乳糖存在時(shí)，乳糖受P -半乳糖甘酶的催化轉(zhuǎn)變?yōu)閯e乳糖，與 R結(jié)合，使R構(gòu)象變化，R四聚體解聚成單 體，失去與。的親和力，與。解離，基因轉(zhuǎn)錄開(kāi)放，使 P -半乳糖甘酶在細(xì)胞內(nèi)的含量可增加

55、1000倍。這就是 乳糖對(duì)lac操縱子的誘導(dǎo)作用。. 一些化學(xué)合成的乳糖類(lèi)似物，不受 P -半乳糖甘酶的催化分解，卻也能與R特異性結(jié)合使 R構(gòu)象變化，誘導(dǎo)lac操縱子的開(kāi)放。例如異丙基硫代半乳糖昔(isopropylthiog-alactoside , IPTG)就是很強(qiáng)的誘導(dǎo)齊不被細(xì)菌代謝而十分穩(wěn)定。X-gal (5-澳-4-氯-3-口引喋-3 -半乳糖甘)也是一種人工化學(xué)合成的半乳糖甘，可被 P 半 乳糖甘酶水解產(chǎn)生蘭色化合物，因此可以用作P -半乳糖甘酶活性的指示劑。IPTG和X-gal都被廣泛應(yīng)用在分子生物學(xué)和基因工程的工作中。. CAP的正調(diào)控：細(xì)菌中的cAMP含量與葡萄糖的分解代謝

56、有關(guān)，當(dāng)細(xì)菌利用葡萄糖分解產(chǎn)生能量時(shí)，cAMP生成少而分解多，cAMP含量低；相反，當(dāng)環(huán)境中無(wú)葡萄糖可供利用時(shí)，cAMP含量就升高。細(xì)菌中有一種能與cAMP特異結(jié)合的 cAMP受體蛋白 CRP(cAMP receptor protein),當(dāng)CRP與cAMP結(jié)合時(shí)它是沒(méi)有活性的，當(dāng)cAMP農(nóng)度升高時(shí)，CRP與cAMP吉合并發(fā)生空間構(gòu)象的變化而活化，稱(chēng)為CAP(CRP-cAM昌ctivated protein),能以二聚體的方式與特定的 DN際列結(jié)合。在lac操縱子的啟動(dòng)子 Plac上游端有一段序列與 Plac部分重疊的序列，能與CAP寺異結(jié)合，稱(chēng)為CAP結(jié)合位點(diǎn) (CAP binding si

57、te )。CAP與這段序列結(jié)合時(shí)，可增強(qiáng)RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄活性，使轉(zhuǎn)錄提高 50倍。相反，當(dāng)有葡萄糖可供分解利用時(shí)，cAM限度降低，CR可能被活化，lac操縱子的結(jié)構(gòu)基因表達(dá)下降由于Plac是弱啟動(dòng)子，單純因乳糖的存在發(fā)生去阻遏使lac操縱子轉(zhuǎn)錄開(kāi)放，還不能使細(xì)菌很好利用乳糖，必需同時(shí)有CA稼加強(qiáng)轉(zhuǎn)錄活性，細(xì)菌才能合成足夠的酶來(lái)利用乳糖。lac操縱子的強(qiáng)誘導(dǎo)既需要有乳糖的存在又需要沒(méi)有葡萄糖可供利用。通過(guò)這機(jī)制，細(xì)菌是優(yōu)先利用環(huán)境中的葡萄糖，只有無(wú)葡萄糖而又有乳糖時(shí)，細(xì)菌才 去充分利用乳糖。CAP結(jié)合位點(diǎn)就是一種起正性調(diào)控作用的操縱子，CAP則是對(duì)轉(zhuǎn)錄起正性作用的調(diào)控蛋白激活蛋白，編碼CRP的

58、基因也是一個(gè)調(diào)控基因，不過(guò)它并不在lac操縱子的附近，CAP可以對(duì)幾個(gè)操縱子都起作用.色氨酸操縱子的表達(dá)調(diào)控：囹K型西雕物丁LET,至吉格詞噲本啟.衰減子作用+* W 件U.J- MM中士交N 西慳*中一 J / A 3已出 E己送4.*七11;原核基因表達(dá)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控的基本方式：1通過(guò)特殊的代謝物調(diào)控基因的活性 可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)方式。負(fù)調(diào)控：阻遏蛋白的調(diào)節(jié)正調(diào)節(jié)：激活蛋白的調(diào)節(jié) 可阻遏調(diào)節(jié)方式2.通過(guò)衰減方式進(jìn)行調(diào)節(jié)；3.通過(guò)異化抑制作用進(jìn)行調(diào)節(jié)；4.應(yīng)急調(diào)節(jié).真核基因表達(dá)調(diào)控的特點(diǎn)：真核基因表達(dá)調(diào)控的環(huán)節(jié)更多真核基因的轉(zhuǎn)錄與染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化相關(guān)3.真核生物基因組的非編碼序列的存在與基因表達(dá)調(diào)控密

59、切相關(guān)真核基因表達(dá)以正調(diào)控為主.真核基因的順式調(diào)控元件是基因周?chē)芘c特異轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而影響轉(zhuǎn)錄的DNA序列。其中主要是起正調(diào)控作用的順式作用元件，包括啟動(dòng)子(promoter)、增強(qiáng)子(enhancer);近年又發(fā)現(xiàn)起負(fù)調(diào)控作用的元件沉默子.增強(qiáng)子是一種能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的順式調(diào)控元件。增強(qiáng)子的作用有以下特點(diǎn)：增強(qiáng)子提高同一條 DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠(yuǎn)距離起作用，通?？删嚯x 1-4kb、個(gè)別情況下離開(kāi)所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。增強(qiáng)子的作用與其序列的正反方向無(wú)關(guān)，將增強(qiáng)子方向倒置依然能起作用。而將啟動(dòng)子倒置就不能起作用。增強(qiáng)子要有啟動(dòng)子才能發(fā)揮作用，

60、沒(méi)有啟動(dòng)子存在，增強(qiáng)子不能表現(xiàn)活性 必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用.沉默子的作用可不受序列方向的影響，也能遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用，并可對(duì)異源基因的表達(dá)起作用。.以反式作用影響轉(zhuǎn)錄的因子可統(tǒng)稱(chēng)為反式作用因子.翻譯后的加工過(guò)程包括：1.除去起始的甲硫氨酸殘基或隨后幾個(gè)殘基；2.切除分泌蛋白或膜蛋白一末端的信號(hào)肽；3.形成分子內(nèi)的二硫鍵以固定折疊構(gòu)象；4.肽鏈斷裂或切除部分肽段；5.末端或內(nèi)部某些氨基酸的修飾，如甲基化、乙酯化、磷酸化等；6.加上糖基(糖蛋白)，脂類(lèi)分子(脂蛋白)或配基(復(fù)合蛋白) ，這種后加工過(guò)程在基因表達(dá)的調(diào)控上起重要作用1. “乳糖操縱子”的基本組成1. 1結(jié)構(gòu)基因