01-生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能(蛋白質(zhì)篇)

總目錄第一篇生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能第二篇生物信息的傳遞浙江大學(xué)2010生化描述蛋白質(zhì),核酸,脂類和糖類四種生物大分子的主要功能和結(jié)構(gòu)特征.第一篇生物大分子結(jié)構(gòu)與功能第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第二章核酸的結(jié)構(gòu)與功能第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能（一）定義：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸殘基的排列順序。主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。因此蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)還可以定義為蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的共價(jià)結(jié)構(gòu)。對于復(fù)合蛋白質(zhì)來說：完整的一級結(jié)構(gòu)還應(yīng)包括除肽鏈之外的其他成分（如糖，脂質(zhì)等）以何種方式連接于肽鏈的哪些殘基上。廈門大學(xué)2010生化糖蛋白是以蛋白質(zhì)為主,在蛋白質(zhì)多肽鏈骨架上共價(jià)連接著寡糖鏈形成的生物大分子浙江大學(xué)2010生化免疫蛋白是A.鐵蛋白B.糖蛋白C.銅蛋白D.核蛋白寡糖與蛋白的O連接指與Ser或Thr的側(cè)鏈羥基O連接,N連接指----------------14、哪一組中的氨基酸均為人體必需氨基酸______________。A、異亮氨酸、組氨酸、苯丙氨酸B、亮氨酸、色氨酸、蛋氨酸C、蘇氨酸、纈氨酸、酪氨酸、D、賴氨酸、脯氨酸、天冬氨酸E、異亮氨酸、丙氨酸、絲氨酸答案：B賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸8種（二）結(jié)構(gòu)組成-氨基酸下列哪種氨基酸為非編碼氨基酸：A.甘氨酸B.羥脯氨酸C.組氨酸D.賴氨酸氨基酸的性質(zhì)Arg，Lys，Asp，Glu四種氨基酸對于決定蛋白質(zhì)分子的靜電荷起主要作用在中性pH條件下，前兩者呈正電荷，后兩者呈負(fù)電荷。廈門大學(xué)2009生化有一球狀蛋白質(zhì),在pH7的水溶液中能折疊成一定的空間結(jié)構(gòu).通常情況下,非極性氨基酸側(cè)鏈位于分子內(nèi)部形成疏水核,極性氨基酸的側(cè)鏈位于分子外部形成親水面.請問:(1)雖然Ser,Thr,Asn和Gln是極性氨基酸,為什么它們多數(shù)是位于球狀蛋白質(zhì)的分子內(nèi)部?(2)在球狀蛋白質(zhì)分子內(nèi)部和外部都可以發(fā)現(xiàn)Cys,為什么?(10分)①是Trp還是Gln更有可能出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子表面？②是Ser還是Val更有可能出現(xiàn)在蛋白質(zhì)分子的內(nèi)部？解答：①Gln是親水性殘基，②Val是非極性殘基在球蛋白分子外部主要是-----基團(tuán),分子內(nèi)部主要是-------基團(tuán)廈門大學(xué)2009生化下列氨基酸中,哪個(gè)含有吲哚環(huán)A.組氨酸B.色氨酸C.半胱氨酸D.精氨酸蛋白質(zhì)在近紫外區(qū)的吸收主要是以下氨基酸側(cè)鏈的吸收：_____，_____，_____Phe，Tyr，Trp浙江大學(xué)2010生化下列在280nm波長處吸光值最大的是A.色氨酸B.半胱氨酸C.賴氨酸D.苯丙氨酸E.酪氨酸（三）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，也決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中的特定序列也會(huì)阻礙蛋白質(zhì)表現(xiàn)出生物功能。如牛胰島素原和酶原中的序列。1、一級結(jié)構(gòu)不同，生物學(xué)功能各異

如催產(chǎn)素和加壓素均為9肽，僅第3、第8兩個(gè)氨基酸殘基不同，但功能迥異。

加壓素H2N—半—酪—苯—谷—天—半—脯—精—甘—COOH

催產(chǎn)素H2N—半—酪—異—谷—天—半—脯—亮—甘—COOH2、一級結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部分相同，其功能也相同，如不同動(dòng)物來源的同種激素.如胰島素。胰島素來源氨基酸殘基的差異部分A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrSerIleSer牛AlaSerValAla羊AlaGlyValAla馬ThrGlyIleAla抹香猄ThrSerIleAla鯉猄AlaSerThrAla3、一級結(jié)構(gòu)中關(guān)鍵部分變化，其生物活性也改變。ACTH(adreno-cortico-tropic-hormone，促腎上腺皮質(zhì)激素,39肽),N端24個(gè)氨基酸切去一個(gè)就會(huì)影響活性4、一級結(jié)構(gòu)與疾病的關(guān)系

如鐮刀形紅細(xì)胞貧血癥系鏈N-端第6位氨基酸殘基由Glu→Val的結(jié)果。再如糖尿病胰島素分子病系胰島素第24位Phe→Leu。分子病(moleculardisease)：基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)改變，表現(xiàn)出生理功能的異常，使機(jī)體出現(xiàn)病態(tài)現(xiàn)象。如鐮刀狀紅細(xì)胞貧血。鐮刀樣紅細(xì)胞性貧血(Sicklecellanemia)鐮刀狀細(xì)胞貧血癥和瘋牛病有相似的致病分子機(jī)制，請敘述。（6分）5、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化DNA突變→蛋白質(zhì)變異①變異在非關(guān)鍵部位，不影響功能，可被保留，如同源蛋白質(zhì)。同源蛋白質(zhì):在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)具有明顯序列同源的蛋白質(zhì)也叫同源蛋白質(zhì).②變異在關(guān)鍵部位，功能改變或喪失，導(dǎo)致疾病甚至致命。③變異產(chǎn)生功能更完善、更適應(yīng)環(huán)境的蛋白質(zhì)，保留，進(jìn)化。中山大學(xué)2009生化某同源蛋白質(zhì)中的Ala殘基被替換為Val,此類替換屬于-------蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的比較：比較功能相似的蛋白質(zhì)通過比較，發(fā)現(xiàn)功能越相近的蛋白質(zhì)，其一級結(jié)構(gòu)上的同源性也越高。

比較不同生物物種來源的同一蛋白質(zhì)如通過比較，發(fā)現(xiàn)物種間越接近，則蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)越相似。

不同生物和人的細(xì)胞色素c中氨基酸組成的差異生物名稱不同氨基酸數(shù)生物名稱不同氨基酸數(shù)黑猩猩0恒河猴1豬、牛、羊10馬12雞13海龜15金槍魚21小蠅25小麥35酵母44不同種屬氨基酸殘基的差異數(shù)目分歧時(shí)間(百萬年)人-猴150-60人-馬1270-75人-狗1070-75豬-牛-羊0

馬-牛360-65哺乳類-雞10-15280哺乳類-猢17-21400脊椎動(dòng)物-酵母43-481,100狗人猴馬騾鯨兔豬袋鼠企鵝雞鴨響尾蛇龜蒼蠅蛾脈孢菌屬念珠菌屬面包酵母菌小麥牛蛙金槍魚動(dòng)物爬行動(dòng)物兩棲動(dòng)物魚哺乳動(dòng)物鳥昆蟲植物脊椎動(dòng)物從細(xì)胞色素C的一級結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化褐背擬地鴉：別名地鴉、土里鉆鉆，藏名“迪迪”。

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)有30%以上同源性，就可以認(rèn)為它們是屬于同一個(gè)蛋白質(zhì)家族。如G-proteins

有些蛋白質(zhì)家族之間一級結(jié)構(gòu)同源性較低，但它們的結(jié)構(gòu)和功能存在一定的相似性。這些蛋白質(zhì)家族屬于同一超家族（proteinsuperfamily）。15.蛋白質(zhì)的形狀基本決定了其功能試述蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與高級結(jié)構(gòu)及生物功能和關(guān)系（一）概述1.蛋白質(zhì)的構(gòu)象

又稱空間結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)。是指蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。取決于一級結(jié)構(gòu)，為蛋白質(zhì)功能所需。

蛋白質(zhì)的構(gòu)象可分為二、三、四級結(jié)構(gòu)。二、蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象與功能2.蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的表示方法

金屬絲模型空間填充模型Space-fillingmodel

主鏈金屬絲模型Backbonewiremodel

飄帶模型Ribbonmodel香腸模型Sausagemodel肽單元(peptideunit)

參與組成肽鍵的6個(gè)原子位于同一平面，又叫酰胺平面或肽鍵平面。它是蛋白質(zhì)構(gòu)象的基本結(jié)構(gòu)單位。HHHH什么是α-碳原子的二面角(Dihedralangle)(φ和ψ)3.兩面角兩面角“+，-”

的規(guī)定：從Ca沿鍵軸方向觀察，“+”：按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的φ和ψ角度“-”：按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的φ和ψ角度兩面角0o和180o的規(guī)定：

當(dāng)Ca

–N旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈順式排布時(shí)，規(guī)定φ=0o

反式排布時(shí)，規(guī)定φ=180o

當(dāng)Ca

–C旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈順式排布時(shí)，規(guī)定ψ=0o

反式排布時(shí)，規(guī)定ψ=180oφ=180o

ψ=180oφ=0o

ψ=0o中國海洋大學(xué)2010生化蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)（二）二級結(jié)構(gòu)與功能1、二級結(jié)構(gòu)定義蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。是完整肽鏈構(gòu)象（三級結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)單元，是蛋白質(zhì)復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，因此二級結(jié)構(gòu)也可以稱為構(gòu)象單元。2、主要的化學(xué)鍵：

氫鍵3、二級結(jié)構(gòu)的類型α-螺旋（α-helix）結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：（1）一條肽鏈繞成螺旋，每圈有3.6個(gè)氨基酸，螺旋間距離為0.54nm，每個(gè)殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100°。（2）螺旋穩(wěn)定因素為氫鍵。每個(gè)肽鍵的羰基氧與其前面第三個(gè)肽基上的氫形成氫鍵。氫鍵的走向平行于螺旋軸?！狢—(NH—C—CO)3N—OHHR3.613-螺旋（3）R側(cè)鏈基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。RRRRRRRRR螺旋的橫截面（4）絕大多數(shù)為右手螺旋。因?yàn)樽笫致菪蠷基團(tuán)的空間位阻大。

所以，多聚甘氨酸可以左手螺旋。10．蛋白質(zhì)分子典型的α-螺旋，螺距為（1）0.15nm(2)0.34nm(3)0.45nm(4)0.54nm一、解釋名詞1、3.613螺旋廈門大學(xué)2009生化典型的蛋白質(zhì)α-螺旋結(jié)構(gòu)是A.2.613B.3.613C.310D.5.610α螺旋結(jié)構(gòu)形成的限制因素:凡是有Pro或羥脯氨酸、Gly存在的地方,不能形成。靜電斥力。多聚Glu或Asp：負(fù)電荷相斥多聚賴氨酸：正電荷相斥位阻。如Asn、ILe側(cè)鏈很大，妨礙α螺旋的形成。廈門大學(xué)2009生化在PH7的水溶液中,下列多聚氨基酸中能自發(fā)形成α-螺旋的是A.Poly-ProB.Poly-AlaC.Poly-HisD.Poly-Glu1什么是蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)?穩(wěn)定二級結(jié)構(gòu)的主要作用力是什么?多肽鏈中存在的脯氨酸對α螺旋的形成有何影響,為什么?哪種蛋白質(zhì)完全由α螺旋構(gòu)成?a-角蛋白完全由α螺旋構(gòu)成β-折疊（β-pleatedsheet）

β-轉(zhuǎn)角(

-turn)

無規(guī)卷曲（randomcoil）π-螺旋Ω環(huán)（Ω-loop）RNase的某些二級結(jié)構(gòu)膜內(nèi)在蛋白跨膜區(qū)域的結(jié)構(gòu)主要為α-螺旋和β-桶狀結(jié)構(gòu)判斷4.二級結(jié)構(gòu)的可變性