一級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的影響Protein生工1班：于墨然、王哲李賢達(dá)、李靜陽(yáng)陳研、尚星宇蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的一級(jí)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(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)（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(chēng)氨基酸序列

一級(jí)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(jià)鍵的鍵能大，故蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較強(qiáng)。人胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)

二級(jí)結(jié)構(gòu)：是指多肽鏈主鏈盤(pán)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(jí)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。

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(chēng)β-片層結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)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(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定主要靠次級(jí)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(chēng)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(chēng)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(jí)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。蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)分子中各個(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈。含有四級(jí)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(méi)有生物學(xué)功能或功能不完整。蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)是建立在三級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的，單體蛋白質(zhì)甚至不存在四級(jí)結(jié)構(gòu)。因此蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的形成仍然由一級(jí)結(jié)構(gòu)決定。超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)：相鄰的二級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)組合或二級(jí)結(jié)構(gòu)串，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件，稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。主要作用力：疏水作用對(duì)維系超二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定有很大貢獻(xiàn)。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(duì)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(shuō)，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(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)對(duì)維持蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性均有重要的作用。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一級(jí)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(duì)于維持蛋白質(zhì)功能區(qū)的特定構(gòu)象，一級(jí)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(huì)喪失。因此，一級(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有破壞，就有可能恢復(fù)原來(lái)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(gè)氨基酸殘基組成的單鏈。

含有8個(gè)半胱氨酸組成的4個(gè)二硫鍵：測(cè)定蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用推測(cè)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(huì)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(gè)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(shí)，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。測(cè)定蛋白質(zhì)一級(jí)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(jí)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(jí)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。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)如何決定高級(jí)結(jié)構(gòu)?一級(jí)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(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的二級(jí)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(lái)組成蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)的氨基酸間形成像氫鍵、二硫鍵這樣的次級(jí)鍵，導(dǎo)致了蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成，如α折疊等。三級(jí)結(jié)構(gòu)又是由二級(jí)結(jié)構(gòu)所決定的，多個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成結(jié)構(gòu)域，而四級(jí)結(jié)構(gòu)又是由幾個(gè)三級(jí)結(jié)構(gòu)組成的，所以說(shuō)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了高級(jí)結(jié)構(gòu)。思考練習(xí)2.維持蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵是：（）

A.鹽鍵

B.二硫鍵

C.疏水鍵

D.氫鍵

E.肽鍵

答案：BE.3.蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)決定于：（）

A.分子中氫鍵

B.分子中鹽鍵

C.分子內(nèi)部疏