蛋白质一级结构与高级结构关系.docx

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蛋白质一级结构与高级结构关系

蛋白质一级结构与高级结构关系

蛋白质分子就是由氨基酸首尾相连而成得共价多肽链,天然蛋白质分子有自己特有得空间结构,称为蛋白质构象。

蛋白质结构得不同组织层次:

一级结构指多肽链得氨基酸序列。

二级结构就是指多肽链借助氢键排列成特有得α螺旋与β折叠片段。

三级结构就是指多肽链借助各种非共价键弯曲、折叠成具有特定走向得紧密球状构象。

球状构象给出最低得表面积与体积之比,因而使蛋白质与周围环境得相互作用降到最小。

四级结构就是指寡居蛋白质中各亚基之间在空间上得相互关系与结合方式。

二、三、四级结构为蛋白质得高级结构。

蛋白质得天然折叠结构决定于3个因素:

1。

与溶剂分子（一般就是水）得相互作用。

2。

溶剂得PH值与离子组成。

3。

蛋白质得氨基酸序列。

后一个就是最重要得因素。

（一）蛋白质折叠得热力学假说

蛋白质得高级结构由其一级结构决定得学说最初由ChristianB、Anfinsen于1954年提出。

在1950年之前,Anfinsen一直从事蛋白质结构方面得研究。

在进入美国国立卫生研究所（NIH）以后,继续从事这方面得研究。

Anfinsen与两个博士后MichaelSela、FredWhite在研究中发现,使用高浓度得巯基试剂——β-巯基乙醇（β-mercaptoethanol）可将二硫键还原成自由得巯基,如果再加入尿素,进一步破坏已被还原得核糖核酸酶分子内部得次级键,则该酶将去折叠转变成无任何活性得无规卷曲。

对还原得核糖核酸酶得物理性质进行分析得结果清楚地表明了它得确采取得就是无规卷曲得形状。

在成功得到一种去折叠得核糖核酸酶以后,Anfinsen着手开始研究它得重折叠过程。

考虑到被还原得核糖核酸酶要在已被还原得8个Cys残基上重建4对二硫键共有105种不同得组合,但只有一种就是正确得形式,如果决定蛋白质构象得信息一直存在于氨基酸序列之中,那么,最后重折叠得到得总就是那种正确得形式。

否则,重折叠将就是随机得,最后只能得到少量得正确形式。

Anfinsen得重折叠实验还就是比较顺利得,她通过透析得方法除去了导致酶去折叠得尿素与巯基乙醇,再将没有活性得酶转移到其生理缓冲溶液之中,在有氧气得情况下于室温放置,以使巯基能重新氧化成二硫键。

经过一段时间以后,发现核糖核酸酶活性得以恢复,这意味着它原来得构象恢复了。

由于上述过程没有细胞内任何其她成分得参与,完全就是一种自发得过程,因此,有理由相信此蛋白质正确折叠所需要得所有信息全部存在于它得一级结构之中。

在此基础上,Anfinsen提出了蛋白质折叠得热力学假说（thermodynamichypothesis）。

根据此假说,一个蛋白质得天然三维构象对应于在生理条件下其所处得热力学最稳定得状态。

热力学稳定性由组成得氨基酸残基之间得相互作用决定,于就是蛋白质得三维构象直接由它得一级结构决定。

（二）蛋白质高级结构对高级结构形成得影响

1．二级结构

蛋白质得二级结构由氢键维持。

包括α螺旋、β折叠、β转角与无规卷等。

α螺旋就是一种重复性结构,螺旋中每个α-碳得Φ与Ψ分别为-57º与-47º附近。

每圈螺旋占3、6个氨基酸残基,沿螺旋轴方向上升0、54nm。

每个残基绕轴旋转100º,沿轴上升0、15nm。

残基得侧链伸向外侧。

相邻螺圈之间形成氢键,氢键得取向几乎与螺旋轴平行。

从N-末端出发,氢键就是由每个肽基得氧与其前面第三个肽基得N-H形成得。

氨基酸组成与序列影响α螺旋得形成。

（1）R基得电荷性质影响α螺旋形成。

多聚赖氨酸在PH为7得水中不能形成α螺旋。

因为PH为7时R基具有正电荷,彼此间由于静电排斥,不能形成链内氢键。

在PH为12时,多聚赖氨酸能自发形成氢键。

（2）R基大小影响α螺旋形成。

多聚异亮氨酸由于R基较大,造成空间阻碍,不能形成α螺旋。

（3）脯氨酸为α亚氨基酸,不含自由得α-氨基,不能形成链内氢键。

因此,多肽链中存在连续脯氨酸时,α螺旋中断。

（4）甘氨酸由于R基为氢,可形成得酰胺平面与α-碳原子得二面角可取范围较大,不易形成α螺旋。

（5）R基小,且不带电荷得氨基酸利于α螺旋得形成。

多聚丙氨酸在PH为7得水中自发形成α螺旋。

β折叠:

β－折叠片由两条或多条伸展得多肽链（或一条多肽链得若干肽段）侧向聚集,通过相邻肽链主链上得N-H与C=O之间有规则得氢键,形成锯齿状片层结构。

所有得肽链都参于链间氢键得形成,氢键与肽链得长轴接近垂直。

多肽主链呈锯齿状折叠构象,侧链R基交替地分布在片层平面得两侧。

β-折叠片中,相邻多肽链平行或反平行。

从能量上瞧,反平行β折叠比平行得更稳定,氢键NH---O几乎在一条直线上,此时氢键最强。

特征:

⑴主链骨架本身以大约180°回折

⑵回折部分通常由四个氨基酸残基构成

⑶构象依靠第一残基得-CO基与第四残基得-NH基之间形成氢键来维系。

转角结构通常负责各种二级结构单元之间得连接作用,它对于确定肽链得走向起着决定性得作用。

脯氨酸与甘氨酸就是频繁出现在β-转角中得残基。

无规卷曲。

无规卷曲繁殖那些不能被归入明确得二级结构得多肽片段。

无规卷曲也像其她二级结构一样就是明确而稳定得结构,受侧链相互作用得影响很大。

球状蛋白中含量较高,对外界理化因子敏感,与生物活性有关,对外界理化因子极为敏感。

蛋白质二级结构得形成由氨基酸序列决定。

稳定蛋白质二级结构主要为氢键。

氨基酸R基得大小及带电荷状况对二级结构得形成影响也很大。

特定得氨基酸残基有利于形成特定得二级结构。

2．三级结构

一个蛋白质得三级结构就是指由二级结构元件构建成得总三维结构,包括一级结构中相距远得肽段之间得几何相互关系与侧链在三维空间中彼此间得相互关系。

多肽链借助氢键形成二级结构,在一级序列上相邻得二级结构往往在三维折叠中彼此靠近并相互作用形成超二级结构。

由超二级结构进一步装配成相对独立得球状实体——结构域或三级结构。

蛋白质折叠形成三级结构得驱动力就是形成可能得最稳定结构。

有两种力在起作用,一就是肽链必须满足自身结构固有得限制,包括折叠中α-碳得二面角得限制以及手性效应;二就是肽链必须折叠以便埋藏疏水侧链,就是之与溶剂水得接触降到最小程度。

疏水相互作用就是形成特定三级结构得主要动力。

多肽链得二级结构决定于短程序列,三维结构主要决定于长程序列。

二硫桥在稳定蛋白质构象中得作用。

蛋白质复性实验证明,二硫桥对肽链得正确折叠并不就是必要得,但它对稳定折叠太结构做出贡献。

含二硫桥得分子有较小得熵变化,因此稳定。

归根结底,蛋白质得三维结构就是由一级结构决定得。

也就就是说三维结构就是多肽链上得各个单键旋转自由度受到各种限制得总结果。

这些限制包括肽键得刚性平面性质、肽链中疏水基与亲水基得数目与位置、带正电荷与负电荷得R基得数目与位置以及溶剂与其她溶质等。

在这些限制因素下通过R基团得彼此相互作用以及R基团与溶剂与其她溶质相互作用,最后达到平衡,形成了在一定条件下热力学上最稳定得空间结构。

即复杂生物大分子“自我装配”原则。

3．四级结构

自然界中很多蛋白质以独立折叠得球状蛋白质得聚集体形式存在。

这些球状蛋白质通过非共价键彼此缔合在一起。

缔合形成具集体得方式构成蛋白质得四级结构。

稳定司机结构得作用力与稳定三级结构得没有本质区别。

亚吉蒂特得驱动力主要就是疏水作用,亚基缔合得专一性则由相互作用得表面上得极性基团之间得氢键与离子键提供。

蛋白质四级结构就是建立在三级结构基础上得,单体蛋白质甚至不存在四级结构。

因此蛋白质四级结构得形成仍然由一级结构决定。

（三）测定蛋白质一级结构得应用

推测蛋白质高级结构。

蛋白质得一级结构可通过多种方法测定。

由于二十种氨基酸在几种二级结构中出现得频率就是不同得、进而求出每一种氨基敌得构象参数,可以由此预测蛋白质得二级结构。

我们进一步从肽键得统计分析出发,指出二肤与三肤得关联频率与二级结构间得相关性,利用二肽与三肽构象参数进行预测,正确率可达90%。

但就是蛋白质折叠就是相当复杂得。

且肽链在体外折叠与比在生物体内折叠慢。

到现在为止,我们仍然不能根据一个蛋白质得一级结构推断出它得三维结构。

推测蛋白质功能。

蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基得改变,会影响其生理功能,甚至造成分子病。

例如镰状细胞贫血,就就是由于血红蛋白分子中两个β亚基第6位正常得谷氨酸变异成了缬氨酸,从酸性氨基酸换成了中性支链氨基酸,降低了血红蛋白在红细胞中得溶解度,使它在红细胞中随血流至氧分压低得外周毛细血管时,容易凝聚并沉淀析出,从而造成红细胞破裂溶血与运氧功能得低下。

另实验证明,若切除了促肾上腺皮质激素或胰岛素A链N端得部分氨基酸,它们得生物活性也会降低或丧失,可见关键部分氨基酸残基对蛋白质与多肽功能得重要作用。

另一方面,在蛋白质结构与功能关系中,一些非关键部位氨基酸残基得改变或缺失,则不会影响蛋白质得生物活性。

例如人、猪、牛、羊等哺乳动物胰岛素分子A链中8、9、10位与B链30位得氨基酸残基各不相同,有种族差异,但这并不影响它们都具有降低生物体血糖浓度得共同生理功能。

又如在人群得不同个体之间,同一种蛋白质有时也会有氨基酸残基得不同或差异,个体之间,同一种蛋白质中有时会存在一级结构得微小差异,但这也并不影响不同个体中它们担负相同得生理功能。

但差异得氨基酸,若就是在氨基酸分类中从脂肪族换成芳香族氨基酸等,即蛋白质之间得免疫原性就会差异较大,由这些蛋白质组成人体组织、器官,在临床上进行移植时,就可产生排异反应。

研究生物进化。

不同生物体得同源蛋白质一级结构在氨基酸组成与顺序上不同,存在种属差异。

同源蛋白质一级结构得差异可反映种属间得亲缘关系,但不影响其生物学功能

参考文献:

（1）《生物化学》,第三版上册高等教育出版社

（2）生命得三维动态胡小倩黄山学院学报2004-12

（3）蛋白质卷曲研究进展,石颖、许根俊、鲁子贤,生物化学与生物物理进展1993

（4）分子序列告诉我们什么——构象功能与进化,罗辽复,内蒙古大学学报1988-

1、糖除了供能外,还有何功用？

糖类不只就是能量得来源,它也就是组织细胞得重要组成成分,如,核酸,蛋白聚糖,糖蛋白,糖脂等。

2、葡萄糖就是如何在缺氧条件下转变为乳酸？

有什么意义？

葡萄糖在糖酵解途径中产生得还原当量（NADH+H+）要重新氧化为NAD+,酵解才能继续进行。

因为细胞中NAD+含量甚微。

因此,缺氧条件下,丙酮酸可以作为氢受体,接受氢后转变为乳酸从而再生NAD+。

这样以来,糖酵解才可以继续进行下去。

在剧烈运动中,肌肉供氧不足,酵解作用就是重要得产能手段,而积累在肌肉中得乳酸可由血液运至肝中变为葡萄糖。

无氧酵解虽然仅利用葡萄糖所储存能量得一小部分。

但这种释能方式很迅速,对肌肉收缩很重要,此外,像视网膜,红细胞及脑等细胞组织,即使在有氧情况下也要产生一些乳酸,其中红细胞因无线粒体则更依赖于酵解供能。

3、试述丙酮酸脱氢酶复合体得组成与催化作用？

受什么因素调节？

P129

丙酮酸脱氢酶复合体由3个不同得酶组成（丙酮酸脱氢酶、二氢硫辛酰胺转乙酰酶、二氢硫辛酰胺脱氢酶）。

有TPP,FAD,硫辛酸与NAD+与CoA参加。

这个酶催化得就是不可逆反应。

也就是调节酶,受别位效应物与化学修饰调控。

4、TAC中有几个调节酶？

她们分别受什么物质调节？

她们催化哪些反应？

TAC中有四个调节酶,丙酮酸脱氢酶复合体（不属于TAC中得,就是丙酮酸向乙酰CoA转化得一个步骤）,柠檬酸合酶,异柠檬酸脱氢酶与α酮戊二酸脱氢酶复合体就是关键得调节酶。

丙酮酸脱氢酶复合体（催化丙酮酸到乙酰CoA得转化）受其催化产物ATP,乙酰CoA与NADH,脂肪酸得有力抑制;受AMP,NAD+,CoA,Ca2+得激活。

柠檬酸合酶（催化乙酰CoA到柠檬酸得转化）:

受NADH,琥珀酰CoA,柠檬酸与ATP得抑制,受ADP激活。

异柠檬酸脱氢酶（催化异柠檬酸到α酮戊二酸得转化）:

受ATP,NADH抑制,受Ca2+与ADP激活。

α酮戊二酸（催化α酮戊二酸向琥珀酰CoA得转化）:

受琥珀酰CoA,NADH得抑制;受Ca2+得激活。

5、何谓磷酸戊糖途径？

如何反应？

有何生理意义？

葡萄糖得主要代谢途径就是糖酵解,还有其她得代谢方式,例如磷酸戊糖途径,这途径产生磷酸戊糖与NADPH。

6-磷酸葡萄糖+NADP+====6磷酸葡萄糖酸内酯+NADPH+H+

6-磷酸葡萄糖酸内酯+H2O====6-磷酸葡萄糖酸

6-磷酸葡萄糖酸+NADP+====5-磷酸核酮糖+CO2+NADPH+H+

5-磷酸核酮糖----5-磷酸核糖

在一些组织中,磷酸戊糖途径就止于此处,总得结果就是:

6-磷酸葡萄糖+2NADP++H2O====5-磷酸核糖+CO2+2NADPH+2H+

生理意义:

戊糖途径产生得磷酸戊糖核、NADPH都可供核酸与其它物质得合成。

6、试述肝如何合成糖原,又如何分解糖原？

受什么因素调节？

糖原就是动物储存糖得形式,肝脏与肌肉就是储存糖原得主要地方,肝储存糖原主要就是用于维持血糖浓度,供应全身利用,而肌糖原就是供予肌肉本身产生ATP作收缩用。

糖原得分解:

糖原+Pi2-====1-磷酸葡萄糖+糖原（降解了一个G）糖原磷酸化酶催化α[1-4]糖苷键得磷酸解。

1-磷酸葡萄糖====6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖+H2O====葡萄糖+Pi2-

糖原得合成:

葡萄糖+ATP====6-磷酸葡萄糖+ADP

6-磷酸葡萄糖====1-磷酸葡萄糖

1-磷酸葡萄糖+UTP====UDP-G+PPi

UDP-G+葡萄糖n====（葡萄糖）n+1+UDP

分支链得形成:

当糖原合酶以α1====4糖苷键延伸直到长度达11个葡萄糖基后,分支酶可将约7个葡萄糖残基得一段链转移到邻近糖链上以α1====6糖苷键连接。

糖原得合成合代谢得调节:

糖原分解代谢途径得糖原磷酸化酶与糖原合成途径中得糖原合酶都就是催化不平衡得反应。

这两个酶就是各自代谢途径得调节酶。

1,糖原磷酸化酶受别构效应物与共价修饰调节。

2,糖原合酶别构调节与共价修饰调节。

cAMP（由腺苷酸环化酶催化ATP而来）就是调节糖原磷酸化酶与糖原合酶得重要细胞内信号。

细胞内cAMP得增高通过两种不同得机制激活糖原磷酸化酶,也同样通过这两种机理抑制糖原合酶。

7、非糖物质如何转变为糖？

有哪些酶最值得注意？

从非糖物质形成葡萄糖成为糖异生作用。

所利用得非糖物质包括各种氨基酸/乳酸,丙酮酸,丙酸与甘油。

这些物质得碳成为葡萄糖得碳。

对于那些首先以葡萄糖为代谢供能得细胞与组织,如脑,红细胞,肾髓质,眼球晶状体等血糖浓度得维持,在空腹期间,就要依赖于糖异生。

肝就是糖异生得重要器官,担当维持血糖浓度得重任。

（糖异生就是采用得不同得酶绕过酵解中得不可逆反应途径。

）从乳酸开始得糖异生见如下:

线粒体中:

乳酸（脱氢）+乳酸脱氢酶====丙酮酸+NADH（乳酸脱氢酶,胞液中）

丙酮酸+ATP4-+HCO3-====草酰乙酸+ADP3-+Pi2-+H+（丙酮酸羧化酶）

草酰乙酸+GTP4-====磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）（磷酸烯醇式丙酮酸羧化激酶）

磷酸烯醇式丙酮酸转移至胞液（胞液中糖异生）

下列就是在胞液中:

PEP==2-磷酸甘油酸==3-磷酸甘油酸====1,3二磷酸甘油酸====3-磷酸甘油醛====1,6-二磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖+H2O====6-磷酸果糖+Pi2-

6-磷酸果糖====6-磷酸葡萄糖

6-磷酸葡萄糖+H2O====葡萄糖+Pi2-

糖异生有几个调节位置,即调节参与不可逆反应得4个酶:

丙酮酸羧化酶,磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶,果糖二磷酸酶与葡萄糖磷酸酶（去磷酸化）。

8、试述ATP,AMP,NAD+,如何影响糖得代谢得？

糖代谢产生ATP,NADH,这些物质得产生就是抑制糖酵解得。

一般来说,对糖异生途径调节酶起激活作用得别构效应物,对酵解途径得调节酶就就是抑制作用得。

ATP增高伴随AMP下降就有利于糖异生;缺氧,缺乏脂肪酸氧化以及氧化磷酸化作用受到抑制或解偶联时,ATP浓度下降,AMP活性升高,糖异生关闭,酵解打开。

NAD+得增高有利于糖酵解得进行,反之,就益于糖异生。

激素调节糖异生作用对维持机体得稳恒状态十分重要,激素对糖异生得调节实际上就是调节异生与酵解这两个途径得调节酶以及调节供应给肝得脂肪酸。

胰高血糖素促进脂肪组织分解脂肪,增加血浆脂肪酸,也就促进糖异生;insulin得作用正好相反。

胰高血糖素与胰岛素都可以通过影响肝内酶得磷酸化修饰状态而调节糖异生作用。

胰高血糖素通过cAMP促进双供能酶（6磷酸果糖激酶2与果糖-2,6-二磷酸酶）得磷酸化。

9、血糖有哪些来源？

哪些去路？

有哪些激素在维持血糖浓度上有重要影响？

她们就是如何调节血糖浓度得？

血糖（正常情况下700～1100mg/l）来源:

1、餐后从小肠吸收葡萄糖多了,血糖浓度升高;

2、肝糖原分解;

3、非糖物质糖异生。

血糖去路:

1、糖原合成:

饱食后,机体将血液中多余得葡萄糖以糖原得形式储存起来;

2、葡萄糖供机体（大脑等组织）作能量消耗用,氧化为CO2与水;

3、磷酸戊糖途径中葡萄糖转变为5-磷酸核糖与NADPH;

4、葡萄糖酵解产生得乙酰CoA可转化为脂肪与氨基酸,在机体中储存起来。

在血糖浓度维持上有这样一些激素:

胰岛素,胰高糖素,肾上腺素,肾上腺皮质醇。

下面分别介绍一下这些激素就是如何调节血糖浓度得。

A胰岛素胰腺β细胞分泌。

它得分泌受血糖得控制。

血糖升高立即引起它得分泌,血糖降低得得话insulin也随之降低。

insulin就是体内唯一降血糖得激素。

1,促进肌肉,脂肪细胞载体转运葡萄糖入内,2,糖原磷酸化酶活性降低（通过对蛋白激酶A得抑制）;糖原合酶得活性升高（激活糖原合酶脱磷酸酶）,加速肝,肌肉糖原得合成,3,通过第二信使间接激活丙酮酸脱氢酶（丙酮酸从胞液到乙酰CoA得反应,部位就是线粒体）,加速丙酮酸氧化脱羧成为乙酰CoA,4,抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶活性,促进氨基酸进入肌肉合成蛋白质,从而降低糖异生。

降低血糖。

5,减少脂肪组织动员脂肪酸,促进糖有氧氧化。

B胰高血糖素胰腺α细胞分泌得。

升高血糖,与胰岛素得作用相反,insulin与胰高血糖素相反。

C肾上腺素迅速而有力得升高血糖得激素。

它就是通过与肝与肌肉细胞膜受体结合而激活磷酸化酶,产生级联效应,加快糖原分解,肝释放出葡萄糖,肌肉输出乳酸供肝异生。

这在应激时起作用。

D肾上腺皮质醇促进肌肉蛋白分解,运送至肝进行糖异生（饥饿时）,抑制肝外组织摄取葡萄糖,从而使血糖升高。