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试述蛋白质二及结构有哪些

试述蛋白质二及结构有哪些
试述蛋白质二及结构有哪些

试述蛋白质二及结构有哪些,蛋白质α螺旋结构的特点:蛋白质2级结构有α螺旋β折叠β转角无规则卷曲。特点:①多个肽键平面围绕螺旋中心轴,按右手螺旋旋转,每3.6个氨基酸残基为1周,螺距为0.54nm,每个氨基酸残基分子沿螺旋轴上升的高度为0.15nm②肽键平面与螺旋长轴平行,相邻两个螺旋之间氨基酸残基可形成氢键,即每个肽键中N 上的H和它后面第4个肽键中的C上的O之间形成许多氢键,是维持α螺旋稳定的主要次级键③肽键中氨基酸侧链R分布在螺旋外侧,其形状大小及带电荷的多少均影响α螺旋的稳定

什么是蛋白质的变形作用变性蛋白质具有哪些特点,蛋白质变性作用:在某些理化因素作用下蛋白质严格的空间结构受到破坏,引起蛋白质某些理化性质和生物学性质的改变。蛋白质变性的本质是空间构像的破坏,涉及次级键断裂,而没有太监的断裂。空间构想的破坏造成:1原有生物活性的丧失2疏水集团的暴露,溶解度降低3球状蛋白失去结构的对称性导致粘度增加4变形后丧失结晶能力5肽键充分暴露易被蛋白水解酶水解

试述DNA双螺旋的基本内容①两条反相平行的多核苷酸连,围绕同一中心轴构成右手螺旋结构,直径2.37nm每10.5个碱基围绕一周,螺距为3.54nm。在空间上形成大沟和小沟相间隔②糖磷酸骨架居于外侧,碱基垂直于中心轴,深入螺旋内侧:两链上的碱基互补配对以氢键维系。A=T,C G之间形成氢键③氢键及碱基堆积力共同维系螺旋的稳定

原核生物与真核生物RNA主要有几种,每种RNA 的结构特点及有何功用RNA主要有3种:rRNA,tRNA,mRNA①rRNA:与核蛋白共同构成核蛋白体或核糖体,原核生物和真核生物的核蛋白体均由易于解聚的两个亚基组成。核蛋白体是蛋白质生物合成的场所②tRNA分子量较小,含较多稀有碱基,其3’-末端为CCA-OH,二级结构多呈三叶型,三级结构一般呈倒L型。反密码环上有反密码子,主要功能是:能识别,mRNA上的密码,运输活化了的氨基酸,参与蛋白质的生物合成③mRNA:真核mRNA在3’-末端有多核苷酸,在5’-末端有“帽”GpppmNp,与蛋白质生物合成的启动有关。主要功能是,携带遗传信息,是蛋白质合成的模板

何为Tm值,其影响因素是什么DNA分子变性紫外吸收值达最大值的一半时的温度是Tm值。影响因素:1与GC含量有关,因她们之间含三个氢键分子更加稳定不易融解2DNA分子的大小3与介质的离子强度有关,一般认为离子强度较高时DNATm值也高

何为酶的竞争性抑制作用,其特点是什么抑制剂与底物结构相似,共同竞争酶的活性中心,从而阻碍底物与酶的结合,影响酶活性,这种抑制作用称为酶的竞争性抑制做用。特点:1抑制剂的结构与底物结构相似2抑制剂和底物竞争与酶的活性中心的必须集团结合3抑制的程度取决于抑制剂浓度与底物浓度的相对比例,增加底物浓度可减弱抑制剂的抑制作用4酶的动力学改变为Km增大,Vmax不变。意义,例如磺胺类药物的结构与某些细菌的二氢叶酸合成酶的底物-对安家苯甲酸相似,可竞争性抑制细菌的二氢叶酸合成酶,从而阻碍了二氢叶酸的合成。二氢叶酸是四氢叶酸的前身,四氢叶酸为核算合成过程的辅酶之一,由于磺胺类药物可造成四氢叶酸的缺乏而影响合算的合成,影响细菌的生长繁殖。用磺胺药物时,必须保持血液中药物浓度远高于对氨基甲酸浓度,才能发挥有效抑菌作用何为酶作用的特异性,分为哪几类,各类的含义是什么酶对底物与有严格的选择性,催化它起一定的化学反应,产生一定的产物,将这种现象称为酶作用的特异性。分为三类1绝对特异性:一种酶只能催化一种底物或反应,如,脲酶催化的尿素水解反应2相对特异性:某些酶能作用域一类化合物或化学键,把这种酶对底物不太严格的选择性称为相对特异性,如,脂肪酶不仅能水解脂肪也能水解简单的酯类3立体异构特异性:某些酶对底物的立体构型有要求,如,L-氨基酸氧化酶仅作用域L-谷氨基酸而对D-谷氨基酸无用

丙氨酸异生为葡萄糖的主要反应过程及酶1丙氨酸经GTP催化生成丙酮酸2丙酮酸在线粒体内经丙酮酸羧化酶催化生成草酰乙酸,后者经苹果酸脱氢酶催化生成苹果酸出线粒体,在胞浆中经苹果酸脱氢酶催化生成草酰乙酸,后者在磷酸烯醇式丙酮酸羧基酶作用下生成磷酸烯醇式丙酮酸3磷酸烯醇式丙酮酸循糖酵解途径至1,6-二磷酸果糖;④1,6-二磷酸果糖经果糖二磷酸酶-1催化生成6-磷酸果糖,在异构为6-磷酸葡萄糖;⑤6-磷酸葡萄糖在葡萄糖-6-磷酸酶作用下生成葡萄糖

乙酰辅酶A来源和去路来源:糖有氧氧化,脂酸β氧化,酮体氧化分解,氨基酸分解代谢,甘油及乳酸分解。去路:进入三羧酸循环彻底氧化分解,体内能量的来源;在肝细胞线粒体中生成酮体,为缺

糖时重要能源之一,合成脂肪酸,合成胆固醇,合成神经递质乙酰胆碱

胆固醇在体内都能变成那些物质胆固醇在体内不能彻底分解,因此它为代谢,除了与磷酸组成复合物以构成各种生物膜外主要转化为其他物质或直接排泄。胆固醇在体内可以直接转变成胆汁酸,储存在胆囊以备乳化食物中得酯类物质,胆固醇在体内可转变成多种类固醇物质。胆固醇在肾上腺皮质或性腺中可转变为肾上腺皮质激素,性腺激素。在肝脏,肠粘膜中可转化为7-脱氢胆固醇,输送到皮质储存,经紫外线光照在转变为维生素D3.此外肝脏还能将胆固醇转变成胆汁酸盐

为什么高血氨症患者禁用碱性肥皂水灌肠和不宜用碱性利尿剂在肠道内NH3比NH4+易吸收,碱性条件易使NH4+转换成NH3,因此碱性肥皂水灌肠会加速肠道氨的吸收,而使碱性利尿剂会阻碍肾小管细胞的密胺作用,二者的结果均会使血氨升高。氨有哪几条去路1在肝脏通过鸟氨酸循环合成尿素,构成血液中非蛋白氮的主要成分由肾脏排出,还有另一部分经过血液扩散入肠被细菌分解2在肝肌肉脑等组织合成谷氨酰胺3参与非必需氨基酸嘌呤和嘧啶的合成

比较酶的变构调节与化学修饰调节的异同相同:都属于细胞水平的快速调节;不同:变构调节:变构剂与酶调节亚基通过共价键可逆结合,使酶的构象发生改变,引起酶活性变化。无放大效应。化学修饰调节:在另一种酶的催化下,通过共价键在蛋白分子某些残基上连上或去掉一些基团,使酶构型发生改变,改变酶活性,消耗少量A TP,因时酶促反应,固有放大效应

酶促化学修饰有何特点1酶具有二种形式存在,即有活性形式和无活性形式2反应比较迅速有放大效应3催化化学修饰的酶受激素等其他调节物调节4磷酸化与脱磷酸化是常见的酶促化学修饰反应

何为遗传信息传递的中心法则,有和扩充以亲代DNA为模板合成子代DNA时即将遗传信息准确复制到子代DNA中,这一过程称DNA复制。在生物细胞内又以DNA为模板合成与DNA某段核苷酸序列相对应的RNA分子,这将遗传信息传递至RNA 中,该过程称为转录。然后再以RNA中的mRNA 为模板,按着其核苷酸顺序所组成的密码来指导蛋白质的合成称为翻译。这种遗传信息的传递方式称为中心法则。中心法则的扩充包括在逆转录酶的作用下以RNA为模板,来指导DNA的合成,此种过程称逆转录,同时本身也可进行复制

什么是基因表达,基因表达的特点及方式如何基因表达就是转录和翻译的过程。特点:时间特异性,空间特异性;方式:组成性表达,诱导和阻碍表达,协调表达

胆固醇与胆汁酸之间的代谢关系1胆汁酸是由胆固醇在肝细胞分解生成2胆汁酸的合成受肠道向肝内胆固醇转运量的调节,胆固醇在抑制HMG-COA还原酶从而降低体内胆固醇合成的同时,增加胆固醇7α-羟化酶基因的表达,从而使胆汁酸的合成量增多3胆固醇的消化,吸收,排泄均受胆汁酸盐的影响

正常人胆汁有那些成分,胆汁酸都包括那些物质胆汁的主要固体成分是胆汁酸盐,其次是无机盐,粘蛋白,磷脂,胆固醇,胆色素等。胆汁中还有多种酶类,包括脂肪酶,磷脂酶,淀粉酶,磷酸酶。按结构胆汁酸可分为游离胆汁酸(胆酸,鹅脱氧胆酸,脱氧胆酸和少量石胆酸)和结合胆汁酸(甘氨胆酸,牛黄胆酸,甘氨鹅脱氧胆酸,牛磺鹅脱氧胆酸)。按来源可分为初级胆汁酸(胆酸,鹅脱氧胆酸及其与甘氨酸或牛黄酸的结合产物)和次级胆汁酸(脱氧胆酸,石胆酸及其分别与甘氨酸或牛磺酸结合生成的结合产物)

缺乏维生素A为什么能发生夜盲症维生素a和视觉功能有关。人视网膜的视杆细胞中有一种感光物质视紫红质,它是由视蛋白和11-顺视黄醛结合而成,对弱光敏感,如果缺乏维生素A,11-顺视黄醛不足视紫红质合成减少,人的暗适应较差可导致夜盲症

蛋白质的二级结构

蛋白质的结构具有多种结构层次,包括一级结构和空间结构,空间结构又称为构象。空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三级之间还存在超二级结构和结蛋白质的二级结构 构型:指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。如单糖的α-、β-构型,氨基酸的D-、L-构型。当从一种构型转换成另一种构型的时候,会牵涉及共价键的形成或破坏。 构象:指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构象不涉及共价键的形成或破坏。 蛋白质的二级结构 蛋白质的二级(Secondary)结构是指多肽链的主链本身在空间的排列、或规则的几何走向、旋转及折叠。它只涉及肽链主链的构象及链内或链间形成的氢键。氢键是稳定二级结构的主要作用力。 主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角、自由回转。 二面角的概念 蛋白质中非键合原子之间的最小接触距离(A) 1.3 蛋白质的结构 (1)肽链空间构象的基本结构单位为肽平面或肽单位。 肽平面是指肽链中从一个Cα原子到另一个Cα原子之间的结构,共包含6个原子(Cα、C、O、N、H、 Cα),它们在空间共处于同一个平面。 (2)肽键上的原子呈反式构型 C=O与N-H p204 (3)肽键C-N键长0.132nm,比一般的C-N单键(0.147nm)短,比C=N双键(0.128nm)要长,具有部分双键的性质,不能旋转。 (二)蛋白质的构象 蛋白质多肽链空间折叠的限制因素:Pauling和Corey在利用X-射线衍射技术研究多肽链结构时发现: 1.肽键具有部分双键性质: 2.肽键不能自由旋转 3.组成肽键的四个原子和与之相连的两个α碳原子(Cα)都处于同一个平面内,此刚性结构的平 面叫肽平面(peptide plane)或酰胺平面(amide plane)。 4.二面角所决定的构象能否存在,主要取决于两个相邻肽单位中,非键合原子之间的接近有无阻碍。 1.α-螺旋及结构特点p207 螺旋的结构通常用“S N”来表示,S表示螺旋每旋转一圈所含的残基数,N表示形成氢键的C=O与H-N原子之间在主链上包含的原子数。又称为3.613螺旋,Φ= -57。,Ψ= -47。结构要点: 1.多肽链中的各个肽平面围绕同一轴旋转,形成螺旋结构,螺旋一周,沿轴上升的距离即螺距为0.54nm,含 3.6个氨基酸残基;两个氨基酸之间的距离为0.15nm; 2.肽链内形成氢键,氢键的取向几乎与轴平行,每个氨基酸残基的C=O氧与其后第四个氨基酸残基的N-H氢 形成氢键。 3.蛋白质中的α-螺旋几乎都是右手螺旋。 无规卷曲或自由回转(nonregular coil) p212 了解 指无一定规律的松散盘曲的肽链结构。 酶的功能部位常包含此构象,灵活易变。 纤维状蛋白 (了解) 纤维状蛋白质(fibrous protein)广泛地分布于脊椎和无脊椎动物体内,它是动物体的基本支架和外表保护成分,占脊椎动物体内蛋白质总量的一半或一半以上。 这类蛋白质外形呈纤维状或细棒状,分子轴比(长轴/短轴)大于10(小于10的为球状蛋白质)。分子是有规则的线型结构,这与其多肽链的有规则二级结构有关,而有规则的线型二级结构是它们的氨基酸顺序的规则性反映。 纤维状蛋白质的类型(了解) 纤维状蛋白质可分为不溶性(硬蛋白)和可溶性两类,前者有角蛋白、胶原蛋白和弹性蛋白等; 后者有肌球蛋白和纤维蛋白原等,但不包括微管(microtubule)和肌动蛋白细丝(actin filament),它们是球状蛋白质的长向聚集体(aggregate)。 角蛋白 Keratin(了解) 角蛋白广泛存在于动物的皮肤及皮肤的衍生物,如毛发、甲、角、鳞和羽等,属于结构蛋白。角蛋白中主要的是α-角蛋白。 α-角蛋白主要由α-螺旋构象的多肽链组成。一般是由三条右手α-螺旋肽链形成一个原纤维(向左缠绕),原纤维的肽链之间有二硫键交联以维持其稳定性 例如毛的纤维是由多个原纤维平行排列,并由氢键和二硫键作为交联键将它们聚集成不溶性的蛋白质。 α-角蛋白的伸缩性能很好,当α-角蛋白被过度拉伸时,则氢键被破坏而不能复原。此时α-角蛋白转变成β-折叠结构,称为β-角蛋白。 毛发的结构(了解)

蛋白质结构与功能的关系94592

蛋白质结构与功能的关系 (The relationship between protein structure and function) 摘要蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的,各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化,必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化,可能导致蛋白质构象紊乱症,当然也能引起生物体对环境的适应性增强!现而今关于蛋白质功能研究还有待发展,一门新兴学科正在发展,血清蛋白组学,生物信息学等!本文仅就蛋白质结构与其功能关系进行粗略阐述。 关键词:蛋白质结构;折叠/功能关系;蛋白质构象紊乱症;分子伴侣 Keywords:protein structure;fold/function relationship;protein conformational disorder;molecular chaperons 虽然蛋白质结构与生物功能的关系比序列与功能的关系更加紧密,但结构与功能的这种关联亦若隐若现,并不能排除折叠差别悬殊的蛋白质执行相似的功能,折叠相似的蛋白质执行差别悬殊功能的现象的存在。无奈,该领域仍不得不将100多年前Fisher提出的“锁一钥匙”模型(“lock—key”model)和50多年前Koshand提出的诱导契合模型(induce fitmodel)作为蛋白质实现功能的理论基础。这2个略显粗糙的模型只是认为蛋白质执行功能的部位局限在结构中的一个或几个小区域内,此类区域通常是蛋白质表面上的凹洞或裂隙。这种凹洞或裂隙被称为“活性部位(active site)”或“别构部位(fallosteric site)”,凹陷部位与配体分子在空间形状和静电上互补。此外,在酶的活性部位中还存在着几个作为催化基团(catalyticgroup)的氨基酸残基。对蛋白质未来的研究应从实验基本数据的归纳和统计入手,从原始的水平上发现蛋白质的潜藏机制【1】。 蛋白质结构与功能关系的研究主要是以力求刻画蛋白质的3D结构的几何学为基础的。蛋白质结构既非规则的几何形,又非完全的无规线团(randomcoil),而是有序(α一螺旋和β一折叠)与无序(线团或环域loop)的混合体。理解蛋白质3D结构的技巧是将结构简化,只保留某种几何特征或拓扑模式,并将其数字化。探求数字中所蕴含的规律,且根据这一规律将蛋白质进行分类,再将分类的结构与蛋白质的功能进行比较,以检验蛋白质抽象结构的合理性。如果一种对蛋白质结构的简化、比较和分类能与蛋自质的功能有较好地对应关系,那么这就是一种对蛋白质结构的有价值的理解。蛋白质结构中,多种弱力(氢键、范德华力、静电相互作用、疏水相互作用、堆积力等)和可逆的二硫键使多肽链折叠成特定的构象。从某种意义上说,共价键维系了蛋白质的一级结构;主链上的氢键维系了蛋白质的二级结构;而氨基酸侧链的相互作用和二硫桥维系着蛋白质的三级结构。亚基(subunit)内部的侧链相互作用是构象稳定的基础,蛋白质链之间的侧链的相互作用是亚基组装(四级结构)的基础,而蛋白质中侧链与配体基团问的相互作用是蛋白质行使功能的基础。 牛胰核糖核酸酶(RNase)变性和复性的实验是蛋白质结构与功能关系的很好例证。蛋白质空间结构遭到破坏;,可导致蛋白质的理比性质和生物学性质的变化,这就是蛋白质变性。变性的蛋白质,只要其一级结构仍然完好,可在一定条件下恢复其空间结构,随之理化性质和生物学性质也可重现,这被称为复性。RNase是由124个氨基酸残基组成的一条肽链,分子中8个半胱氨酸的巯基构成4对二硫键,进而形成具有一定空间构象的活性蛋白质。天然RNase遇尿素和β巯基乙醇时发生变性,其分子中的氢键和4个二硫键解开,严密的空间结构遭破坏,丧失了生物学活性,但一级结构完整无损。若去除尿素和β巯基乙醇,RNase又可恢复其原有构象和生物学活性。RNase分子中的8个巯基若随机排列成二硫键可有105种方式。有活性的RNase只是其中的一种,复性时之所以选择了自

蛋白质结构与功能的关系

蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的结构包括一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。 一级结构是蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础,但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。 蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架本身在空间上有规律的折叠和盘绕,它是由氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。常见的二级结构有α螺旋、三股螺旋、β折叠、β转角、β凸起和无规卷曲。α螺旋中肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展,它可能是极性的、疏水的或两亲的。β折叠是肽链的一种相当伸展的结构,有平行和反平行两种。如果β股交替出现极性残基和非极性残基,那么就可以形成两亲的β折叠。β转角指伸展的肽链形成180°的U形回折结构而改变了肽链的方向。β凸起是由于β折叠股中额外插入一个氨基酸残基而形成的,它也能改变多肽链的走向。无规卷曲是在蛋白质分子中的一些极不规则的二级结构的总称。无规卷曲无固定走向,有时以环的形式存在,但不是任意变动的。从结构的稳定性上看,右手α螺旋>β折叠> U型回折>无规卷曲,但在功能上,酶与蛋白质的活性中心通常由无规卷曲充当,α右手螺旋和β折叠一般只起支持作用。 蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上,进一步盘绕、卷曲和折叠,形成主要通过氨基酸侧链以次级键以及二硫键维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体和结构域组成。稳定三级结构的化学键包括氢键、疏水键、离子键、范德华力、金属配位键和二硫键。模体可用在一级结构上,特指具有特殊生化功能的序列模体,也可被用于功能模体或结构模体,相当于超二级结构。结构模体是结构域的组分,基本形式有αα、βαβ和βββ等。常见的模体包括:左手超螺旋、右手超螺旋、卷曲螺旋、螺旋束、α螺旋-环-α螺旋、Rossmann卷曲和希腊钥匙模体。结构域是在一个蛋白质分子内的相对独立的球状结构和/或功能模块,由若干个结构模体组成的相对独立的球形结构单位,它们通常是独自折叠形成的,与蛋白质的功能直接相关。一个结构域通常由一段连续的氨基酸序列组成。根据其占优势的二级结构元件的类型,结构域可分为五大类:α结构域、β结构域、α/β结构域、α+β 结构域、交联结构域。以上每一类结构域的二级结构元件可能有不同的组织方式,每一种组织就是一种结构模体。这些结构域都有疏水的核心,疏水核心是结构域稳定所必需的。 具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白质或多聚蛋白质才会有四级结构。组成寡聚蛋白质或多聚蛋白质的每一个亚基都有自己的三级结构。蛋白质的四级结构内容包括亚基的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。驱动四级结构形成或稳定四级结构的作用力包括

以多种蛋白为例阐述蛋白质结构与功能的关系

举例说明蛋白质结构和功能的关系 答: 1.蛋白质的一级结构与功能的关系 蛋白质的一级机构指:肽链中氨基酸残基(包括二硫键的位置)的排列顺序。一级结构是蛋白质空间机构的基础,包含分子所有的信息,且决定蛋白质高级结构与功能。 ①一级结构的变异与分子病 蛋白质一级结构是空间结构的基础,与蛋白质的功能密切相关,一级机构的改变,往往引起蛋白质功能的改变。 例如:镰刀形细胞贫血病 镰刀形细胞贫血病的血红蛋白(HbS)与正常人的血红蛋白(HbA)相比,发现,两种血红蛋白的差异仅仅来源于一个肽段的位置发生了变化,这个差异肽段是位于β链N端的一个八肽。在这个八肽中,β链N端第6位氨基酸发生了置换,HbA中的带电荷的谷氨酸残基在HbS中被置换成了非极性缬氨酸残基,即蛋白质的一级机构发生了变化。 ②序列的同源性 不同生物中执行相同或相似功能的蛋白质称为同源蛋白质,同源蛋白质的一级机构具有相似性,称为序列的同源性。最为典型的例子, 例如:细胞色素C(Cyt c) Cyt c是古老的蛋白质,是线粒体电子传递链中的组分,存在于从细菌到人的所有需氧生物中。通过比较Cyt c的序列可以反映不同种属生物的进化关系。亲缘越近的物种,Cyt c中氨基酸残基的差异越小。如人与黑猩猩的Cyt c完全一致,人与绵羊的Cyt c有10个残基不同,与植物之间相差更多。蛋白质的进化反映了生物的进化。 2.蛋白质空间结构与功能的关系 天然状态下,蛋白质的多肽链紧密折叠形成蛋白质特定的空间结构,称为蛋白质的天然构象或三维构象。三维构象与蛋白质的功能密切相关。 ①一级结构与高级结构的关系: 一级结构决定高级机构,当特定构象存在时,蛋白质表现出生物功能;当特定构象被破坏时,即使一级构象没有发生改变,蛋白质的生物学活性丧失。例如:牛胰核糖核苷酸酶A(RNase A)的变性与复性 当RNase A处于天然构象是,具有催化活性; 当RNase A处于去折叠状态时,二硫键被还原不具有催化活性;当RNase A恢复天然构象时,二硫键重新形成,活性恢复。 ②变构效应 变构效应:是寡聚蛋白质分子中亚基之间存在相互作用,这种相互作用通过亚基构象的改变来实现。蛋白质在执行功能是时,构象发生一定变化。 例如:肌红蛋白、血红蛋白与氧的结合 两种蛋白质有很多相同之处,结构相似表现出相似功能。这两钟蛋白质都含有血红素 辅基,都能与氧进行可逆结合,因此存在着氧合与脱氧的两种结构形式。但是肌红蛋白几乎在任何氧分压情况下都保持对氧分子的高亲和性。血红蛋白则不同,在氧分压较高时,血红蛋白几乎被氧完全饱和;而在氧分压较低时,血红蛋白与氧的亲和力降低,释放出携带的氧并转移给肌红蛋白。

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蛋白质二级结构

蛋白质二级结构(secondary structure) 二级结构是指多肽链借助于氢键沿一维方向排列成具有周期性的结构的构象,是多肽链局部的空间结构(构象),主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角等几种形式,它们是构成蛋白质高级结构的基本要素。 α-螺旋(α-helix)是蛋白质中最常见最典型含量最丰富的二级结构元件.在α螺旋中,每个螺旋周期包含 3.6 个氨基酸残基,残基侧链伸向外侧,同一肽链上的每个残基的酰胺氢原子和位于它后面的第4个残基上的羰基氧原子之间形成氢键。这种氢键大致与螺旋轴平行。一条多肽链呈α-螺旋构象的推动力就是所有肽键上的酰胺氢和羰基氧之间形成的链内氢键。在水环境中,肽键上的酰胺氢和羰基氧既能形成内部(α-螺旋内)的氢键,也能与水分子形成氢键。如果后者发生,多肽链呈现类似变性蛋白质那样的伸展构象。疏水环境对于氢键的形成没有影响,因此,更可能促进α-螺旋结构的形成。 四种不同的α-螺旋 β-折叠(β-sheet)也是一种重复性的结构,可分为平行式和反平行式两种类型,它们是通过肽链间或肽段间的氢键维系。可以把它们想象为由折叠的条状纸片侧向并排而成,每条纸片可看成是一条肽链, 称为β折叠股或β股(β-strand),肽主链沿纸条形成锯齿状,处于最伸展的构象,氢键主要在股间而不是股内。α-碳原子位于折叠线上,由于其四面体性质,连续的酰氨平面排列成折叠形式。需要注意的是在折叠片上的侧链都垂直于折叠片的平面,并交替的从平面上下二侧伸出。平行折叠片比反平行折叠片更规则且一般是大结构而反平行折叠片可以少到仅由两个β股组成。

在平行(A)和反平行(B)β-折叠片中氢键的排列 反向β-折叠

蛋白质的结构和功能的关系

蛋白质结构与功能的关系 摘要:蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的,各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化,必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化,可能导致蛋白质构象紊乱症,当然也能引起生物体对环境的适应性增强!现而今关于蛋白质功能研究还有待发展,一门新兴学科正在发展,血清蛋白组学,生物信息学等!本文仅就蛋白质结构与其功能关系进行粗略阐述。 关键词:蛋白质分子一级结构、空间结构、折叠/功能关系、蛋白质构象紊乱症;分子伴侣正文: 1、蛋白质分子一级结构和功能的关系 蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变,会影响其生理功能,甚至造成分子病(molecular disease)。例如镰状细胞贫血,就是由于血红蛋白分子中两个β亚基第6位正常的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的溶解度,使它在红细胞中随血流至氧分压低的外周毛细血管时,容易凝聚并沉淀析出,从而造成红细胞破裂溶血和运氧功能的低下。 另一方面,在蛋白质结构和功能关系中,一些非关键部位氨基酸残基的改变或缺失,则不会影响蛋白质的生物活性。例如人、猪、牛、羊等哺乳动物胰岛素分子A链中8、9、10位和B链30位的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的共同生理功能。 蛋白质一级结构与功能间的关系十分复杂。不同生物中具有相似生理功能的蛋白质或同一种生物体内具有相似功能的蛋白质,其一级结构往往相似,但也有时可相差很大。如催化DNA 复制的DNA聚合酶,细菌的和小鼠的就相差很大,具有明显的种族差异,可见生命现象十分复杂多样。 2、蛋白质分子空间结构和功能的关系 蛋白质分子空间结构和其性质及生理功能的关系也十分密切。不同的蛋白质,正因为具有不同的空间结构,因此具有不同的理化性质和生理功能。如指甲和毛发中的角蛋白,分子中含有大量的α-螺旋二级结构,因此性质稳定坚韧又富有弹性,这是和角蛋白的保护功能分不开的;而胶原蛋白的三股π螺旋平行再几股拧成缆绳样胶原微纤维结构,使其性质稳定而具有强大的抗张力作用 又如细胞质膜上一些蛋白质是离子通道,就是因为在其多肽链中的一些α-螺旋或β-折叠二级结构中,一侧多由亲水性氨基酸组成,而另一侧却多由疏水性氨基酸组成,因此是具有“两亲性”(amphipathic)的特点,几段α-螺旋或β-折叠的亲水侧之间就构成了离子通道,而其疏水侧,即通过疏水键将离子通道蛋白质固定在细胞质膜上。载脂蛋白也具有两亲性,既能与血浆中脂类结合,又使之溶解在血液中进行脂类的运输。 3、折叠/功能关系 体内各种蛋白质都有特殊的生理功能,这与空间构象有着密切的关系。肌红蛋门和血红蛋白是阐述空间结构与功能关系的典型例子。肌红蛋门(Mb))和血红蛋白(Hb)都是含血红素辅基的结合蛋白质。Mb有一条肽链,经盘曲折折叠形成三级结构,整条肽链由A~H8段α螺旋盘曲折叠成为球状,疏水氨基酸侧链在分子内部,亲水氨基酸侧链在分子外部,形成亲水的球状蛋白,血红素辅基位于Mb分子内部的袋状空穴中。Hb有四条肽链,两条β链也有与Mb 相似的A~H8段α螺旋,有两条α链只有7段α螺旋。Hb与Mb的折叠方式相似,也都能与氧进行可逆的结合。Hb的一个亚基与氧结合后可引起构象变化,是另一个亚基更易于与氧结合,这种带氧的亚基协助不带氧的亚基去结合氧的现象称为协同效应。氧与Hb结合后可

蛋白质分子自然构象和二级结构的计算分析及预测

蛋白质分子自然构象和二级结构的计算分析及预测本文是关于蛋白质分子的模拟计算,由两部分组成:一是计算蛋白质分子自然构象;一是蛋白质二级结构预测。对第一部分,提出了基于王朝更替策略的遗传算法来搜索蛋白质分子的自然构象。 二维toy模型是一种简化的蛋白质折叠的模型。随着环境的变化,一个王朝不能经久不衰,受这个的启发提出了王朝更替策略。 这个方法解决可能的早熟问题。为了测试这个方法,计算了蛋白质1AGT和1AHO,得到能量最小值分别为-20.8296、-21.0853,而这在文献中得到的最好结果是-19.6169和-15.1911,我们的值比文献中的值低了6-38%。 因此相信对应我们的最小自由能的构象是自然构象。在本文的第二部分,提出了基于氨基酸短序列的统计方法,用于预测蛋白质二级结构。 这是对基于单个氨基酸的传统统计方法的延伸。本文进行了大量的计算以确定最优短序列长度的选取,发现用3、4、5、6个氨基酸的短序列最好。 对于测试蛋白质组126 protein set、396 protein set、2180 protein set,得到的Q3二级结构预测准确度分别为89.9%、88.8%、89.2%,SOV准确度分别为84.3%、82.4%、84.1%。然后我们分析了新的蛋白质组153 protein set,这组蛋白质在PDB数据库中的发布日期晚于2007-11-15。 对这组新的蛋白质,本文计算结果的准确度Q3=73.7%、SOV=68.2%,好于常用的GORⅣ、GORⅤ、JPred这3个预测方法的平均结果Q3=69.7%、sov=66.9%。从计算结果看来所提出的短序列统计方法是一个很有希望的蛋白质二级结构预测方法。 随着已知蛋白质结构数据量的增加,这个方法的效果会更好。

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第1章 蛋白质结构与功能习题

第二章蛋白质的结构与功能 复习测试 (一)名词解释 1. 肽键 2. 结构域 3. 蛋白质的等电点 4. 蛋白质的沉淀 5. 蛋白质的凝固 (二)选择题 A型题: 1. 天然蛋白质中不存在的氨基酸是: A. 胱氨酸 B. 谷氨酸 C. 瓜氨酸 D. 蛋氨酸 E. 丝氨酸 2. 下列哪种氨基酸为非编码氨基酸: A. 半胱氨酸 B. 组氨酸 C. 鸟氨酸 D. 丝氨酸 E. 亮氨酸 3. 下列氨基酸中哪种氨基酸无 L型与D型氨基酸之分: A. 丙氨酸 B. 甘氨酸 C. 亮氨酸 D. 丝氨酸 E. 缬氨酸 4. 天然蛋白质中有遗传密码的氨基酸有: A. 8种 B. 61种 C. 12种 D. 20种 E. 64种 5. 测定100克生物样品中氮含量是2克,该样品中蛋白质含量大约为: A. 6.25% B. 12.5% C. 1% D. 2% E. 20% 6. 蛋白质分子中的肽键: A. 是一个氨基酸的α-氨基和另一个氨基酸的α-羧基形成的 B. 是由谷氨酸的γ-羧基与另一个氨基酸的α-氨基形成的 C. 氨基酸的各种氨基和各种羧基均可形成肽键 D. 是由赖氨酸的ε-氨基与另一分子氨基酸的α-羧基形成的 E. 以上都不是 7. 多肽链中主链骨架的组成是 A. –CNCCNCNCCNCNCCNC- B. –CCHNOCCHNOCCHNOC- C. –CCONHCCONHCCONHC- D. -CCNOHCCNOHCCNOHC- E. -CCHNOCCHNOCCHNOC- 8. 蛋白质的一级结构是指下面的哪一种情况: A. 氨基酸种类的数量 B. 分子中的各种化学键 C. 多肽链的形态和大小 D. 氨基酸残基的排列顺序 E. 分子中的共价键 9. 维持蛋白质分子一级结构的主要化学键是: A. 盐键 B. 氢键 C. 疏水键 D. 二硫键 E. 肽键 10. 蛋白质分子中α-螺旋构象的特点是: A. 肽键平面充分伸展 B. 靠盐键维持稳定 C. 螺旋方向与长轴垂直 D. 多为左手螺旋 E. 以上都不是 11. 下列哪种结构不属于蛋白质二级结构: A. α-螺旋 B. 双螺旋 C. β-片层 D. β-转角 E. 不规则卷曲

蛋白质结构预测方法综述

蛋白质结构预测方法综述 卜东波陈翔王志勇 《计算机不能做什么?》是一本好书,其中文版序言也堪称佳构。在这篇十余页的短文中,马希文教授总结了使用计算机解决实际问题的三步曲,即首先进行形式化,将领域相关的实际问题抽象转化成一个数学问题;然后分析问题的可计算性;最后进行算法设计,分析算法的时间和空间复杂度,寻找最优算法。 蛋白质空间结构预测是很有生物学意义的问题,迄今亦有很多的工作。有意思的是,其中一些典型工作恰恰是上述三步曲的绝好示例,本文即沿着这一路线作一总结,介绍于后。 1 背景知识 生物细胞种有许多蛋白质(由20余种氨基酸所形成的长链),这些大分子对于完成生物功能是至关重要的。蛋白质的空间结构往往决定了其功能,因此,如何揭示蛋白质的结构是非常重要的工作。 生物学界常常将蛋白质的结构分为4个层次:一级结构,也就是组成蛋白质的氨基酸序列;二级结构,即骨架原子间的相互作用形成的局部结构,比如alpha螺旋,beta片层和loop区等;三级结构,即二级结构在更大范围内的堆积形成的空间结构;四级结构主要描述不同亚基之间的相互作用。 经过多年努力,结构测定的实验方法得到了很好的发展,比较常用的有核磁共振和X光晶体衍射两种。然而由于实验测定比较耗时和昂贵,对于某些不易结晶的蛋白质来说不适用。相比之下,测定蛋白质氨基酸序列则比较容易。因此如果能够从一级序列推断出空间结构则是非常有意义的工作。这也就是下面的蛋白质折叠问题: 1蛋白质折叠问题(Protein Folding Problem) 输入: 蛋白质的氨基酸序列

输出: 蛋白质的空间结构 蛋白质结构预测的可行性是有坚实依据的。因为一般而言,蛋白质的空间结构是由其一级结构确定的。生化实验表明:如果在体外无任何其他物质存在的条件下,使得蛋白质去折叠,然后复性,蛋白质将立刻重新折叠回原来的空间结构,整个过程在不到1秒种内即可完成。因此有理由认为对于大部分蛋白质而言,其空间结构信息已经完全蕴涵于氨基酸序列中。从物理学的角度讲,系统的稳定状态通常是能量最小的状态,这也是蛋白质预测工作的理论基础。 2 蛋白质结构预测方法 蛋白质结构预测的方法可以分为三种: 同源性(Homology )方法:这类方法的理论依据是如果两个蛋白质的序列比较相似,则其结构也有很大可能比较相似。有工作表明,如果序列相似性高于75%,则可以使用这种方法进行粗略的预测。这类方法的优点是准确度高,缺点是只能处理和模板库中蛋白质序列相似性较高的情况。 从头计算(Ab initio ) 方法:这类方法的依据是热力学理论,即求蛋白质能量最小的状态。生物学家和物理学家等认为从原理上讲这是影响蛋白质结构的本质因素。然而由于巨大的计算量,这种方法并不实用,目前只能计算几个氨基酸形成的结构。IBM 开发的Blue Gene 超级计算机,就是要解决这个问题。 穿线法(Threading )方法:由于Ab Initio 方法目前只有理论上的意义,Homology 方法受限于待求蛋白质必需和已知模板库中某个蛋白质有较高的序列相似性,对于其他大部分蛋白质来说,有必要寻求新的方法。Threading 就此应运而生。 以上三种方法中,Ab Initio 方法不依赖于已知结构,其余两种则需要已知结构的协助。通常将蛋白质序列和其真实三级结构组织成模板库,待预测三级结构的蛋白质序列,则称之为查询序列(query sequence)。 3 蛋白质结构预测的Threading 方法 Threading 方法有三个代表性的工作:Eisenburg 基于环境串的工作、Xu Ying 的Prospetor 和Xu Jinbo 、Li Ming 的RAPTOR 。 Threading 的方法:首先取出一条模版和查询序列作序列比对(Alignment),并将模版蛋白质与查询序列匹配上的残基的空间坐标赋给查询序列上相应的残基。比对的过程是在我们设计的一个能量函数指导下进行的。根据比对结果和得到的查询序列的空间坐标,通过我们设计的能量函数,得到一个能量值。将这个操作应用到所有的模版上,取能量值最低的那条模版产生的查询序列的空间坐标为我们的预测结果。 需要指出的是,此处的能量函数却不再是热力学意义上的能量函数。它实质上是概率的负对数,即 ,我们用统计意义上的能量来代替真实的分子能量,这两者有大致相同的形式。 p E log ?=如果沿着马希文教授的观点看上述工作 ,则更有意思:Eisenburg 指出如果仅仅停留在简单地使用每个原子的空间坐标(x,y,z)来形式化表示蛋白质空间结构,则难以进一步深入研究。Eisenburg 创造性地使用环境串表示结构,从而将结构预测问题转化成序列串和环境串之间的比对问题;其后,Xu Ying 作了进一步发展,将蛋白质序列表示成一系列核(core )组成的序列,Core 和Core 之间存在相互作用。因此结构就表示成Core 的空间坐标,以及Core 之间的相互作用。在这种表示方法的基础上,Xu Ying 开发了一种求最优匹配的动态规划算法,得到了很好的结果。但是由于其较高的复杂度,在Prospetor2上不得不作了一些简化;Xu Jinbo 和Li Ming 很漂亮地解决了这个问题,将求最优匹配的过程表示成一个整数规划问题,并且证明了一些常用

蛋白质的二级结构主要有哪些类型

1.蛋白质的二级结构主要有哪些类型,其特点如何? 答:α-右手螺旋,β-折叠,无规卷曲,U型回折(β-转角) <1>α-右手螺旋 α-螺旋为右手螺旋,每一圈含有3.6个aa残基(或肽平面),每一圈高5.4?,即每一个aa 残基上升1.5?,旋转了100度,直径为5 ?,2个二面角(ф,ψ)=(-570,-480)。维持α-右手螺旋的力量是螺旋内氢键,它产生于一个肽平面的C=O与相邻一圈的在空间上邻近的另一个肽平面的N-H之间,它的方向平行于螺旋轴,每个氢键串起的长度为3.6个肽平面或3.6个aa残基,被氢键串起来的这个环上含有13个原子,故α-右手螺旋也被称为 3.613螺旋。Pro破坏α-螺旋。 <2>β-折叠 肽链在空间的走向为锯齿折叠状,二面角(ф,ψ)=(-119℃,+113℃)。维持β-折叠的力量是折叠间的氢键,它产生于一个肽平面的C=O与相邻肽链的在空间上邻近的另一个肽平面的N-H之间,两条肽链上的肽平面互相平行,有平行式和反平行式两种, <3>U型回折:也叫β-转角,肽链在某处回折1800所形成的结构。这个结构包括的长度为 4个aa残基,其中的第三个为Gly,稳定该结构的力量是第一和第四个aa残基之间形成的氢键。 <4>无规卷曲:无固定的走向,但也不是任意变动的,它的2个二面角(ф,ψ)有个变化 范围。论 述 04 蛋 白 质 简述蛋白质一级结构的分析方法。 第一步:前期准备,第二步:肽链的端点测定,第三步:每条肽链aa顺序的测定,第四步:二硫键位置的确定。 <1>第一步:前期准备 分离纯化蛋白质:纯度要达到97%以上。 蛋白质分子量的测定:用于判断分子的大小,估计肽链的数目,有渗透压法、凝胶电泳法(聚丙烯酰胺、SDS)、凝胶过滤法、超离心法等 aa组成的测定:用于最后核对,氨基酸自动分析仪。 肽链拆分:非共价键的如氢键、离子键、疏水键、范德华力4种,可用尿素或盐酸胍等有机溶液来拆分。共价键的仅二硫键1种,可用巯基乙醇、碘代乙酸、过甲酸来拆分。 <2>第二步:肽链的端点测定 N端测定:Sanger法,DNFB→DNP-肽→水解→乙醚萃取→层析鉴定。 Edman法,PITC→PTC-肽→PTH-aa→层析鉴定。 C端测定:肼解法。 <3>第三步:每条肽链aa顺序的测定 事先要将蛋白质打断成多肽甚至寡肽,再上机分析,而且要2套以上,便于以后拼接。 常用的工具酶和特异性试剂有: 胰蛋白酶:-(Arg、Lys)↓-。产物为C端Arg、Lys的肽链。 糜蛋白酶:表示为-(Trp、Tyr、Phe)↓-。 CNBr:-Met↓-。 <4>第四步:二硫键位置的确定 包括链内和链间二硫键的位置,用对角线电泳来测,这项工作在AA序测定完毕后进行。在肽链未拆分的情况下用胃蛋白酶水解之,可以得到被二硫键连着的多肽产物。先进行第一向电泳,将产物分开。再用巯基乙醇处理,将二硫键打断。最后进行第二向电泳,条件与第一向电泳完全相同。选取偏离对角线的样品(多肽或寡肽),它们就是含二硫键的片段,上机测aa顺序,根据已测出的蛋白质的aa顺序,把这些片段进行定位,就能找到二硫键的位置。

蛋白质结构与功能关系

举例说明蛋白质的结构于其功能之间的关系。 1、蛋白质一级结构决定高级结构,高级结构决定生物功能。 2、在不同种属之间,有些 aa 发生变化,不影响他的生物功能,例如,胰岛素的种属差异十分明显,但不同种属间分离得到的胰岛素具有相同的将血糖作用,不同种属间胰分离得到的胰岛素具有相同的将血糖作用,不同种属间胰岛素的一级结构稍有不同,但功能相同,主要是不同种属间具有20个不变aa残基构成的保守区决定的。此外,还包括细胞色素c,肌红蛋白,血红蛋白等一级结构稍有不同,功能相似。 3、在不同种属之间,由于基因突变,有些 aa 发生微观变化就引起功能的明显变化。例如,人的镰刀状红细胞贫血病和地中海贫血病。人的血红蛋白 b 链中第 6 位 glu 被 val 代替,由一个 aa 的变化,导致红细胞呈镰刀状, 降低运氧能力一起细胞形态和功能的变化。力起细胞形态和功能的变化 4、总之,蛋白质一级结构中各 aa 贡献不同,不变残基在蛋白质高级结构和功能上起重要作用,可变残基发生改变,不引起功能变化。不变残基在功能上起作用,可变残基在蛋白质进化上起重要作用。 5、蛋白质高级结构与功能的高度统一,结构决定功能。如血红蛋白的变构效应。血红蛋白由 4 个亚基组成, 2 个 a 亚基 ,2 个 b 亚基,分子中的 a 亚基对氧的亲和力比 b 亚基大,能首先与第一个氧结合,导致 a 亚基构象发生变化,进而引起相邻的b 亚基的构象也发生变化进而引起相邻的 b 亚基的构象也发生变化,增强 b 亚基对氧的亲和力。由于导致整个血红蛋白分子构象发生改变,与氧的结合能力大大加强,在肺部充分利用氧,使氧分压不致过高,在血液流经组织内时,当第一个氧放出后,其余三个氧很快放出,供组织利用氧。

蛋白质结构预测

实习 5 :蛋白质结构预测 学号20090***** 姓名****** 专业年级生命生技**** 实验时间2012.6.21 提交报告时间2012.6.21 实验目的: 1.学会使用GOR和HNN方法预测蛋白质二级结构 2.学会使用SWISS-MODEL进行蛋白质高级结构预测 实验内容: 1.分别用GOR和HNN方法预测蛋白质序列的二级结构,并对比异同性。 2.利用SWISS-MODEL进行蛋白质的三级结构预测,并对预测结果进行解释。 作业: 1. 搜索一条你感兴趣的蛋白质序列,分别用GOR和HNN进行二级结构预测,解释预测结果,分析两个方法结果有何异同。 答:所选用蛋白质序列为>>gi|390408302|gb|AFL70986.1| gag protein, partial [Human immunodeficiency virus] (1)GOR预测结果: 图1 图1是每个氨基酸在序列中所处的状态,可以看出序列的二级结构预测结果为: 1到9位个氨基酸为无规卷曲,10到33位氨基酸为α螺旋,34到37位为β折叠,38到45位为无规卷曲,46到49位为α螺旋,50到53位为无规卷曲,54到65为α螺旋,66到72位为无规卷曲,73到95位为α螺旋,96到101位为无规卷曲,102到108为β折叠,109到115位为无规卷曲,117位为β折叠。 图2 图2为各种结构在序列中所占的比例,其中Alpha helix占53.85%,Extended strand占11.11%,Random coil占35.04%,无他二级结构。

图3 图3为各个氨基酸在序列中的状态以及二级结构在全序列中二级结构分布情况。 (2)HNN预测: 图4 图4是每个氨基酸在序列中所处的状态,可以看出序列的二级结构预测结果为: 1到6位个氨基酸为无规卷曲,7到34位氨基酸为α螺旋,35到37位为β折叠,38位为α螺旋,39到44位为无规卷曲,45到49位为α螺旋,50到55位为无规卷曲,56到65为α螺旋,66到71位为无规卷曲,72到83位为α螺旋,84到86位为无规卷曲,87到95位为α螺旋,96到102为无规卷曲,103到108位为β折叠,108到117位为无规卷曲。 图5 图5为各种结构在序列中所占的比例,其中Alpha helix占55.56%,Extended strand占7.69%,Random coil占36.75%,无他二级结构。

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