蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能-氨基酸

...wd......wd......wd...蛋白質(zhì)構(gòu)造與功能——氨基酸2010遺傳學Chapter1氨基酸I蛋白質(zhì)的天然組成天然蛋白質(zhì)幾乎都是由18種普通的氨基酸組成：L-氨基酸，L-亞氨基酸(脯氨酸)和甘氨酸。一些稀有的氨基酸在少量的蛋白質(zhì)中結(jié)合了L-硒代胱氨酸。II氨基酸的結(jié)果每種氨基酸〔除了脯氨酸〕：都有一個羧基，一個氨基，一個特異性的側(cè)鏈〔R基〕連接在α碳原子上。在蛋白質(zhì)中，這些羧基和氨基幾乎全部都結(jié)合成肽鍵。在一般情況下，除了氫鍵的構(gòu)成以外，是不會發(fā)生化學反響的。氨基酸的側(cè)鏈殘基〔R基〕提供了多種多樣的功能基團，這些基團賦予蛋白質(zhì)分子獨特的性質(zhì)，導致：一種獨特的折疊構(gòu)象溶解性的差異聚集態(tài)和配基或其他大分子構(gòu)成復合物的能力，酶活性等等。蛋白質(zhì)的功能是與蛋白質(zhì)氨基酸排列順序和每個氨基酸殘基的特征有關(guān)。那些殘基賦予蛋白質(zhì)獨一無二的功能。氨基酸的分類是依照它的側(cè)鏈性質(zhì)的非極性側(cè)鏈的氨基酸不帶電的極性側(cè)鏈氨基酸酸性側(cè)鏈的氨基酸堿性側(cè)鏈的氨基酸A.非極性側(cè)鏈氨基酸非極性氨基酸在蛋白質(zhì)中的位置：在可溶性蛋白質(zhì)中，非極性氨基酸鏈趨向于集中在蛋白質(zhì)內(nèi)部。甘氨酸(GlyG)構(gòu)造：最簡單的氨基酸，在蛋白質(zhì)氨基酸當中，是唯一缺乏非對稱構(gòu)造的氨基酸。特征：甘氨酸在蛋白質(zhì)構(gòu)造中起到一個很重要的作用，與其它氨基酸殘基相比，由于缺少-碳原子，它在蛋白質(zhì)的構(gòu)象上有很大的靈活性和更容易到達它的空間構(gòu)造。功能和位置：甘氨酸經(jīng)常位于嚴密轉(zhuǎn)角；和出現(xiàn)在大分子側(cè)鏈產(chǎn)生空間位阻影響螺旋的嚴密包裝處〔如膠原〕和結(jié)合底物的地方。由于缺乏空間位阻側(cè)鏈，所以甘氨酸在鄰近的肽鍵的位置有更強化學反響活性。例如：Asn-Gly甘氨酸也出現(xiàn)在酶催化蛋白質(zhì)特異性修飾的識別位點，例如N端的十四?；睠H2(CH2)12CO－)和精氨酸甲基化的信號序列。丙氨酸(AlaA)構(gòu)造：是20種氨基酸中最沒有“個性〞的氨基酸，沒有長側(cè)鏈，沒有特別的構(gòu)象性質(zhì)，可以出現(xiàn)在蛋白質(zhì)構(gòu)造的任何部位。特征：丙氨酸是蛋白質(zhì)中含量最豐富的氨基酸殘基之一，弱疏水性。化學活性非常弱。纈氨酸(ValV)特征：中度疏水的脂肪族側(cè)鏈殘基。功能：這個中度疏水殘基β碳原子上的甲基降低了蛋白質(zhì)的構(gòu)象的靈活性。2、使鄰近的肽鍵的化學反響產(chǎn)生空間位阻，特別是相鄰殘基具有β-分支的側(cè)鏈〔纈氨酸或異亮氨酸〕。異亮氨酸〔IleI〕特征：疏水的脂肪族殘基側(cè)鏈功能：-分支鏈在空間上阻礙鄰近的肽鍵反響。疏水側(cè)鏈趨向在折疊蛋白的內(nèi)部，比起螺旋這種側(cè)鏈在二級構(gòu)造中更容易形成折疊。異亮氨酸有第二個不對稱中心。亮氨酸〔LeuL〕構(gòu)造：有一個大的疏水殘基。功能：這種氨基酸通常存在于球狀蛋白中。在這類蛋白質(zhì)中因有大的脂肪族殘基側(cè)鏈而形成疏水中心是膜蛋白中跨膜螺旋的主要組成局部。形成有規(guī)則地“亮氨酸拉鏈〞構(gòu)造。苯丙氨酸〔PheF〕構(gòu)造：擁有龐大的疏水側(cè)鏈——苯環(huán)特征：弱的極性特性利于其與其它的芳香族和其它極性基團相互作用時優(yōu)先定位功能：是球狀蛋白疏水核心和膜蛋白跨膜區(qū)域的重要成分。甲硫氨酸〔MetM〕構(gòu)造：兩種含硫氨基酸中的一個〔硫醚基〕特征：大小和疏水性跟亮氨酸的相似。硫原子可以和金屬離子相互作用發(fā)生化學反響，特別是跟氧化劑發(fā)生反響。硫醚基可以被烷基化，在酸性條件下也可以跟溴化氰發(fā)生反響。色氨酸〔TrpW〕構(gòu)造：一種帶有吲哚NH基的氨基酸。特征：色氨酸殘基經(jīng)常在構(gòu)造性包裝作用中起關(guān)鍵作用。它的高度疏水性受到吲哚NH基的調(diào)節(jié)。色氨酸殘基經(jīng)常構(gòu)成配體連接位點的一局部。色氨酸殘基的吲哚環(huán)容易受到親電攻擊。蛋白質(zhì)的光敏感性在很大程度上是因為色氨酸殘基的氧化降解。色氨酸殘基具有最大的紫外吸收和熒光特性。脯氨酸〔ProP〕構(gòu)造：次級氨基酸，具有脯氨?；卣鳎焊彼釟埢臉?gòu)象靈活性受到限制，脯氨酸殘基經(jīng)常出現(xiàn)在嚴密轉(zhuǎn)角蛋白質(zhì)外表。脯氨酸不可參加全部螺旋的氫鍵的形成，它們在螺旋軸上形成一個扭曲。在蛋白質(zhì)構(gòu)造中存在順式的肽-脯氨酸結(jié)合物〔除了最常見的反式形式〕化學活性,1)脯氨酸殘基是惰性的。2〕脯氨酸殘基是脯氨酸特異的多肽內(nèi)切酶位點，多肽和蛋白質(zhì)的脯氨酸依賴性已被提出。B．極性不帶電側(cè)鏈的氨基酸〔這些氨基酸在中性的pH中不帶電荷〕絲氨酸〔SerS〕構(gòu)造：帶有初級脂肪族羥基的氨基酸特征：既是氫鍵的供體，也是氫鍵的受體。在折疊蛋白外表時常與溶劑水相互作用。氧原子是具有弱親核性的，但是在很多種類的蛋白酶〔絲氨酸蛋白酶〕和酯酶的活性位點中它的親核性會大大地增強。在體內(nèi)可以形成穩(wěn)定的共價鍵。那些碳水化合物〔氧連接的糖基化作用〕和磷酸鹽是重要的例子。蘇氨酸〔ThrT〕構(gòu)造與特點：與絲氨酸殘基在化學和生物特性上有些一樣，為O-連接的糖基化和磷酸化作用提供位點，但是它和絲氨酸相比有比擬大的空間阻礙和弱的化學活性。擁有2個手性碳原子。半胱氨酸〔CysC〕構(gòu)造：帶有硫醇基基團。特征：在半胱氨酸去質(zhì)子化的形式下〔硫醇鹽〕它的硫醇基是一個強親核基團，很容易跟醛，?；屯榛噭┌l(fā)生反響。它具有和金屬離子有強的親和力如鋅，鐵和銅〔和有毒金屬如鈣和汞〕。通過肽鏈間和肽鏈內(nèi)的半胱氨酸氧化成胱氨酸殘基形成二硫鍵，為很多胞外蛋白提供必要的穩(wěn)定性。在生物化學活性：①半胱氨酸殘基也可以通過?；饔煤蜔N基化作用進展修飾。②半胱氨酸殘基也可以用作輔基的共價連接，如亞鐵血紅素。胱氨酸殘基在堿性〔alkaline〕的條件下會發(fā)生消除反響。天冬氨?！睞spN〕特征：天冬氨酰的酰胺基是氫鍵的供體和受體。天冬氨酰殘基經(jīng)常出現(xiàn)蛋白質(zhì)折疊構(gòu)造的轉(zhuǎn)角處。酰胺基相對容易水解。在沒有空間障礙的情況下，可能會形成環(huán)狀亞胺構(gòu)造〔失去氨〕。1〕.這個過程可能會經(jīng)歷外消旋作用，然后分裂形成L-或D-天冬氨?；蛘週-或D-異天冬氨酰殘基。2〕.這個亞胺構(gòu)造也很容易跟羥胺發(fā)生反響，導致肽鏈的分裂。功能：天冬酰胺一個重要的功能作為N-端糖基化的連接位點，主要在真核生物糖蛋白的細胞外和膜外局部中。天冬氨酰糖基轉(zhuǎn)移的一個必要而非充分條件是：-Asn-Xaa-(SerorThr)谷氨酰胺〔GlnQ〕特征：谷氨酰胺的特性大體上和天冬酰胺相似，雖然谷氨酸的酰胺基比天冬氨酸弱，但谷氨酰胺的殘基比天冬酰胺的殘基要穩(wěn)定。酪氨酸〔TyrY〕構(gòu)造：帶有酚羥基。特征：具有強的極性。大多數(shù)的酪氨酸殘基在生理pH值中是中性的。充當金屬〔如Fe2+〕的配基和氫鍵的供體和受體。苯酚鹽在氧和芳香環(huán)碳上都有是有反響性的親核基團。在體內(nèi)的共價修飾包括磷酸化和硫酸鹽化作用，在無脊椎動物里的胞外蛋白中可以與其他酪氨酸殘基交聯(lián)。酪氨酸殘基也是的甲狀腺激素來源。C．帶有酸性側(cè)鏈的氨基酸天冬氨酸和谷氨酸是質(zhì)子供體,這些氨基酸在生理pH值的下帶負電。天冬氨酸(AspD)構(gòu)造：帶有兩個羧基。特征：天冬氨酸的羧基基團〔Pka值一般在4.0左右〕在生理條件下以離子化的羧酸鹽形式存在。1).強極性的側(cè)鏈主要存在在蛋白質(zhì)的外表，為金屬離子和正電荷配基提供結(jié)合位點，特別是鈣離子。2).在羧酸基團和供體基團之間形成強的氫鍵〔比方胍鹽〕。3).天冬氨酸羧基可能直接參與酶的催化作用。4).陽離子運輸機制的Na+,K+-ATP酶和原膜的Ca2+ATP酶和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Ca2+ATP酶催化過程中通過天冬氨酸羧基形成酰基磷酸鹽中間體。化學活性：1).天冬氨酸側(cè)鏈發(fā)生典型的羧酸反響，如在活化劑存在的狀態(tài)下形成酯類和酰胺類，如強酸或者碳化二亞胺和親核試劑如醇和胺。2).由于側(cè)鏈羧基對肽鍵羧基的影響使得鄰近效應顯著，而且在弱酸條件下，天冬氨酰肽鍵比其它氨?；逆I水解得更快。3).天冬氨酸殘基在體內(nèi)可能被修飾為-天冬羥胺殘基。谷氨酸〔GluE〕特征：谷氨酸的殘基的羧基比起天冬氨酸殘基的羧基有更高的pKa〔在4.5上下〕，但在大體具有相似的功能和性質(zhì)，如促成靜電，蛋白質(zhì)內(nèi)氫鍵相互作用和結(jié)合配基，包括金屬離子。谷氨酸殘基肽鍵是穩(wěn)定的，沒有提供酸性蛋白酶必須的活性位點的殘基。功能：在體內(nèi)，λ-羧基谷氨酸殘基修飾對許多血凝蛋白的功能是必不可少的，比方血凝素，它的丙二酸集團增強與Ca2+親和力。D.帶堿性側(cè)鏈的氨基酸堿性氨基酸的側(cè)鏈承受質(zhì)子，在生理pH的狀態(tài)下，賴氨酸和精氨酸的側(cè)鏈被完全電離并且?guī)д姾?。相比之下，組氨酸顯弱堿性。精氨酸〔ArgR〕構(gòu)造：帶胍基的氨基酸特征：精氨酸殘基強堿性的胍基〔pKa在12.0左右)在所以生理相關(guān)pH值下都完全質(zhì)子化。功能：精氨酸殘基在蛋白質(zhì)里通常充當正電基團的功能。和賴氨酸一起，精氨酸為膜蛋白組裝、前體蛋白切割、核與核仁的定位提供正電信號.在中性PH條件下幾乎沒有化學活性；在堿性條件下生成環(huán)狀，常常是熒光產(chǎn)物，有α-或β二酮及相關(guān)的化合物。在體內(nèi)，甲基化和ADP核糖基化是重要的修飾。賴氨酸〔LysL〕特征：中性條件下大局部賴氨酸帶正電荷，一般在球狀蛋白的非極性內(nèi)部被排除。2、它的脂肪族四亞甲基是疏水的，但質(zhì)子化的氨基基團親水性占主要地位3、它的長靈活側(cè)鏈促成很多ε-氨基在晶體決定構(gòu)造上缺乏定義。作為正電荷的載體，促成賴氨酸殘基和負電荷配基的結(jié)合，常常形成強的氫鍵。在化學上，賴氨酸側(cè)鏈的反響是典型的初級的脂肪族胺的代表。在體內(nèi)，賴氨酸是很多輔基的連接位點，如生物素和視網(wǎng)膜醛。組氨酸〔HisH〕構(gòu)造：帶有咪唑基的氨基酸。特征：1.組氨酸殘基的咪唑基特有的PK值在6.5左右，比蛋白質(zhì)的其它功能基團更接近中性。2.在酶反響中，組氨酸殘基經(jīng)常充當質(zhì)子轉(zhuǎn)移的催化劑。3.組氨酸側(cè)鏈也容易形成交聯(lián)復合物，和半胱氨酸的交聯(lián)來連接金屬離子比方Zn2+，Ca2+,和Fe2+。4從化學上講，咪唑集團是一個親核集團，可以被酸酐〔雖然它的產(chǎn)物是易水解的不穩(wěn)定的〕還有芳香黃酰氯酰基化，盡管很慢但可以和碘乙酸發(fā)生烷化作用。硒代半胱氨酸特征:硒代半胱氨酸一般不認為是主要蛋白質(zhì)氨基酸的一種，它和其它的變異氨基酸不同之處是它在