Lect5-Structure and function of Proteins

二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽 链(亚基)，彼此借次级键相连，形成一定的空间结 构，称为四级结构。
具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基 或亚单位(subunit)，亚基可以相同，亦可以不同。 四级结构的实质是亚基在空间排列的方式。
(二)亚基的缔合
血红蛋白（Hb)是四个亚基缔合而成，聚合动力：疏 水作用（主要），二硫键，离子键，氢键等。
纤维状蛋白质是结构蛋白,含大量的α-螺旋， β-折叠片，整个分子呈纤维状,广泛分布于脊椎和 无脊椎动物体内，起支架和保护作用。角蛋白来 源于外胚层细胞,包括皮肤以及皮肤的衍生物:发, 毛,鳞,羽,翮,甲,蹄,角,爪,啄等.角蛋白可分为α-角 蛋白和β- 角蛋白。
α-角蛋白，如毛发中主要蛋白质。β-角蛋白， 如丝心蛋白。
结构域间的裂缝，常是酶的活性部位，也是反应物的 出入口
三、蛋白质三级结构
(一).三级结构的特点 (二). 肌红蛋白(Mb)的构象 (三). 一级结构与三级结构的关系 (四).维持三级结构的作用力
(一)三级结构的特点
一条多肽链中所有原子在三维空间的整 体排 布，称为三级结构，是包括主、侧链在内的空间 排列。大多数蛋白质的三级结构为 球状或近似球 状。在三级结构中，大多数的亲水的R侧基分布 于球形结构的表面，而疏水的R侧基分布于球形 结构的内部，形成疏水的核心。
三级结构形成后，生物学活性必需基团靠近，形成活 性中心或部位，即蛋白质分子表面形成了某些发挥生物学 功能的特定区域。
（三） 一 级 结 构 与 三 级 结 构 的 关 系
四、寡聚蛋白的四级结构
(一)寡聚蛋白的概念 (二)亚基的聚合 (三)亚基的空间排布 (四)血红蛋白（Hb)的构象
(一) 寡聚蛋白的概念
主要的化学键 包括：疏水键、 离子键、氢键 和 范德华力等。

传信息从基因转变为有生物活性的功能蛋白质是通过 两套“密码”介导的，一种是遗传密码，将核苷酸序
列转变为多肽链的氨基酸顺序；另一种就是折叠密码 （folding code)-第二遗传密码，该密码决定存在于
氨基酸顺序中的一维信息向蛋白质特定的三维结构 （信息）的转变。
三联体密码已成明码，那么破译“第二遗传密码”就是通过
“蛋白质结构预测”，从理论上最直接地去解决蛋白质的 折叠问题，这是蛋白质研究最后几个尚未揭示的奥秘之一。 “蛋白质结构预测”属于理论方面的热力学问题，就是根
据蛋白质的一级序列，预测由Anfinsen原理决定的特定的空间 结构。
一种方法是假设蛋白质分子天然构象处于热力学最稳定、 能量最低状态，考虑蛋白质分子中所有原子间的相互作 用及蛋白质分子与溶剂之间的相互作用，采用分子力学 的能量极小化方法，计算出蛋白质分子的天然构象。 另一种方法是找出数据库中已有的蛋白质的空间结构 与一级结构之间的联系，总结出一定的规律，逐级从一级 结构预测二级结构，再建立可能的三维模型，根据已形 成的规律排除不合理的模型，再根据能量最低原理得到 修正的结构，即所谓的“基于知识的预测方法”。
数据库主要由日内瓦大学医学生物化学系和欧 洲生物信息学研究所(EBI)合作维护。SWISSPROT的序列数量呈直线增长。
模体与域数据库主要有：
长期以来，根据蛋白质氨基酸的序列
预测蛋白质天然结构（或蛋白质折叠）是
分子生物学、生物化学及生物物理学中极 具挑战性的研究领域。三维结构的研究与
蛋白质序列分析相比要复杂、费时、昂 贵得多。
蛋白质特定三维空间结构形成的规律、稳定 性以及与其生物活性之间的关系。最根本的问题就 是多肽链的一级结构如何决定它的空间结构。既 然前者决定后者，那么一级结构和空间结构之间肯 定存在某种确定的关系。是否也像“三联体密码” 决定氨基酸顺序一样存在一套密码？有人设想把一级 结构决定空间结构密码叫“第二遗传密码”。遗

Chapter 4 Relationship of Conformation and Biological Functions of Proteins
本章的主要内容
蛋白质的功能是蛋白质结构的延伸 Function of protein is elongation of Protein structure 蛋白质功能区的定位
蛋白质与DNA识别机制(recognition mechanism of protein with nucleic acid) 与DNA结合并调节基因转录的蛋白因子主要分为两类：一种 是结合在TATA盒附近核苷酸序列(Nucleotide Sequence)上的 蛋白因子，称为转录子；另一类是结合在上游特异核苷酸序列上 的 蛋 白 因 子 ， 称 转 录 调 控 因 子 (transcriptional regulatory factor) 。
Asn 、Gln可以与腺嘌呤的N 6和N-7形成两个氢键，而不能与其他碱基形成氢健； Arg残基只与鸟嘌呤的O 6和N-7形成氢键。
调节蛋白的DNA结合结构域一般为60-90个氨基酸残基（amino acid residue）， 实际与DNA结合基序会更小。
调 控 蛋 白 的 结 构 域 domain of regulatory protein
蛋白质与核酸的识别(recognition mechanism of protein with nucleic acid)
调节蛋白(regulatory protein)通常和特定的DNA序列结合，它们对靶序列的亲和 力高104-106。
与DNA的碱基形成氢键的氨基酸侧链常常来自于Asn 、Gln 、Glu、 Lys 、Arg。
蛋白质分子识别的机制(recognition mechanism of protein)

H2N CH C OH + NH2 CH C OH
CH3
CH2CO2H
alanine
aspartic acid
_ H2O
O
O
H2N CH C NH CH C OH
CH3
CH2CO2H
Ala-Asp
Peptides are written so that the free NH2 group is on the left and the free COOH group is on the right.
of the peptide bond group are always planar! ☺ is usually found in the trans conformation, but
Chapter 2 Structure of proteins
Outline
Peptides
1. Definition, classification and Nomenclature of peptides 2. Properties of peptides
Structure of proteins
☺Prosthetic groups are tightly attached cofactors e.g. heme in myoglobin
Hierarchy of protein structure
Primary Structure (1º) : Unique sequence of amino acids: sequence is determined by genetic material
☺1838 Berzelius – “Proteins” from the Greek “of 1st rank or importance”