蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primarystructure）

蛋白質(zhì)分子中各種氨基酸的排列順序。

1969年國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）的規(guī)定。

氨基酸序列：多肽鏈內(nèi)氨基酸殘基從N端到C端的排列順序稱氨基酸序列

一級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵是肽鍵，有些還包括二硫鍵

（-S-S-）。

因共價鍵的鍵能大，故蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)?，F(xiàn)在是1頁\一共有21頁\編輯于星期五牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)注：數(shù)字表示半胱氨酸的編號?，F(xiàn)在是2頁\一共有21頁\編輯于星期五人胰島素的一級結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是3頁\一共有21頁\編輯于星期五現(xiàn)在是4頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)

二級結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈主鏈盤旋、折疊形成的主鏈構(gòu)象（某一肽段的局部空間結(jié)構(gòu)）。

主要作用力：二級結(jié)構(gòu)除了肽鍵還有以氫鍵為主的弱作用力，它的螺旋主要由氫鍵維持。

現(xiàn)在是5頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基本形式（分子模型）α-螺旋（α-helix）——最常見、含量最豐富的二級結(jié)構(gòu)以肽平面為單位、以α碳為轉(zhuǎn)折形成的穩(wěn)固的右手螺旋?，F(xiàn)在是6頁\一共有21頁\編輯于星期五β-折疊（β-pleatedsheet）β-折疊是蛋白質(zhì)肽鏈主鏈的肽平面折疊呈鋸齒狀。又稱β-片層結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是7頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置；即整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。下圖為肌紅蛋白的（Mb）三級結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是8頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定主要靠次級鍵1．氫鍵：多肽鏈主鏈之間、主鏈與極性側(cè)鏈之間、極性側(cè)鏈之間都可形成氫鍵。2．二硫鍵3．離子鍵又稱鹽鍵：是由蛋白質(zhì)帶正電荷的基團(tuán)和帶負(fù)電荷的基團(tuán)形成。4．疏水基相互作用又稱疏水鍵：是由纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸等非極性疏水側(cè)鏈之間的吸引力，形成的疏水區(qū)。5.蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中疏水鍵的數(shù)量最多（最主要），且往往居于球狀蛋白質(zhì)的內(nèi)部。現(xiàn)在是9頁\一共有21頁\編輯于星期五疏水作用、離子鍵、氫鍵、范德華力（如圖）?，F(xiàn)在是10頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布以及亞基接觸部位的布局和相互作用。蛋白質(zhì)的亞基（subunit）：蛋白質(zhì)分子中具有獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈。含有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子具有復(fù)雜的生物學(xué)功能，但是，單獨(dú)的亞基一般沒有生物學(xué)功能或功能不完整。蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)是建立在三級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的，單體蛋白質(zhì)甚至不存在四級結(jié)構(gòu)。因此蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的形成仍然由一級結(jié)構(gòu)決定?，F(xiàn)在是11頁\一共有21頁\編輯于星期五現(xiàn)在是12頁\一共有21頁\編輯于星期五現(xiàn)在是13頁\一共有21頁\編輯于星期五注意蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)（高級結(jié)構(gòu)）只有三種：二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。并不是所有的蛋白質(zhì)都具有四級結(jié)構(gòu)，只有多亞基蛋白才具有四級結(jié)構(gòu)。所有的蛋白質(zhì)都具有一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)根本上還是決定于蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。另外，蛋白質(zhì)在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還會形成超二級結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在是14頁\一共有21頁\編輯于星期五超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)：相鄰的二級結(jié)構(gòu)元件組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則，在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合或二級結(jié)構(gòu)串，充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱為超二級結(jié)構(gòu)。主要作用力：疏水作用對維系超二級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有很大貢獻(xiàn)。現(xiàn)在是15頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)，有什么樣的結(jié)構(gòu)則對應(yīng)什么樣的功能，正是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性導(dǎo)致了其功能的多樣性。

所以說，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其功能，而蛋白質(zhì)的功能是其結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)。

一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)對維持蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性均有重要的作用。現(xiàn)在是16頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一級結(jié)構(gòu)是構(gòu)象的基礎(chǔ)，構(gòu)象決定蛋白質(zhì)的功能。對于維持蛋白質(zhì)功能區(qū)的特定構(gòu)象，一級結(jié)構(gòu)中某些氨基酸殘基是必需的。如果這些必需的氨基酸殘基發(fā)生改變，蛋白質(zhì)特定構(gòu)象即被破壞，蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性也會喪失。因此，一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)空間構(gòu)象被破壞以后，只要一級結(jié)構(gòu)沒有破壞，就有可能恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)與功能。

如：核糖核酸酶（催化RNA水解的酶），是由124個氨基酸殘基組成的單鏈。

含有8個半胱氨酸組成的4個二硫鍵：現(xiàn)在是17頁\一共有21頁\編輯于星期五測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的應(yīng)用推測蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)可通過多種方法測定。由于二十種氨基酸在幾種二級結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的頻率是不同的.進(jìn)而求出每一種氨基酸的構(gòu)象參數(shù)，可以由此預(yù)測蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)。我們進(jìn)一步從肽鍵的統(tǒng)計(jì)分析出發(fā)，指出二肽和三肽的關(guān)聯(lián)頻率和二級結(jié)構(gòu)間的相關(guān)性，利用二肽和三肽構(gòu)象參數(shù)進(jìn)行預(yù)測，正確率可達(dá)90%。但是蛋白質(zhì)折疊是相當(dāng)復(fù)雜的。且肽鏈在體外折疊與比在生物體內(nèi)折疊慢。到現(xiàn)在為止，我們?nèi)匀徊荒芨鶕?jù)一個蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)推斷出它的三維結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在是18頁\一共有21頁\編輯于星期五測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的應(yīng)用推測蛋白質(zhì)功能。蛋白質(zhì)分子中關(guān)鍵活性部位氨基酸殘基的改變，會影響其生理功能，甚至造成分子病。例如鐮狀細(xì)胞貧血，就是由于血紅蛋白分子中兩個β亞基第6位正常的谷氨酸變異成了纈氨酸，從酸性氨基酸換成了中性支鏈氨基酸，降低了血紅蛋白在紅細(xì)胞中的溶解度，使它在紅細(xì)胞中隨血流至氧分壓低的外周毛細(xì)血管時，容易凝聚并沉淀析出，從而造成紅細(xì)胞破裂溶血和運(yùn)氧功能的低下?，F(xiàn)在是19頁\一共有21頁\編輯于星期五測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究生物進(jìn)化。不同生物體的同源蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)在氨基酸組成和順序上不同，存在種屬差異。同源蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的差異可反映種屬間的親緣關(guān)系，但不影響其生物學(xué)功能?，F(xiàn)在是20頁\一共有21頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)如何決定高級結(jié)構(gòu)?一級結(jié)構(gòu)也就是氨基酸序列，像是一些堿性氨基酸或是帶電荷氨基酸會對蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)產(chǎn)生決定性的作用，比如脯氨酸經(jīng)常出現(xiàn)在肽鏈的折疊處。這樣下來組成蛋白一級結(jié)