蛋白质一级结构决定高级结构

原来的结构与功能。 如：核糖核酸酶（催化RNA水解的酶），是由124个氨基酸残基组成的
单链。 含有8个半胱氨酸组成的4个二硫键：
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测定蛋白质一级结构的应用
• 推测蛋白质高级结构。蛋白质的一级结构可通过 多种方法测定。由于二十种氨基酸在几种二级结 构中出现的频率是不同的.进而求出每一种氨基酸 的构象参数，可以由此预测蛋白质的二级结构。 我们进一步从肽键的统计分析出发，指出二肽和 三肽的关联频率和二级结构间的相关性，利用二 肽和三肽构象参数进行预测，正确率可达90%。 但是蛋白质折叠是相当复杂的。且肽链在体外折 叠与比在生物体内折叠慢。到现在为止，我们仍 然不能根据一个蛋白质的一级结构推断出它的三 维结构。
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思考练习
1.下列能正确表示蛋白质分子由简到繁的结 构层次的一组是( ) ①氨基酸 ②C、H、O、N等化学元素 ③氨 基酸分子相互结合 ④多肽 ⑤肽链 ⑥形成 具有一定空间结构的蛋白质分子 A．①②③ ④⑤⑥ B．②①④③⑥⑤ C．②①④③ ⑤⑥ D．②①③④⑤⑥ 答案：D
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超二级结构
• 超二级结构：相邻的二级结构元件组合在 一起，彼此相互作用，形成有规则，在空 间上能辨认的二级结构组合或二级结构串 ，充当三级结构的构件，称为超二级结构 。
• 主要作用力：疏水作用对维系超二级结构 的稳定有很大贡献。
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蛋白质结构与功能的关系
• 蛋白质的结构是蛋白质功能的基础，有什 么样的结构则对应什么样的功能，正是蛋 白质结构的多样性导致了其功能的多样性 。 所以说，蛋白质的结构决定其功能，而蛋 白质的功能是其结构的体现。 一级结构与空间结构对维持蛋白质的生物 学活性均有重要的作用。
蛋白质的内部。
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疏水作用、离子键、氢键、范德华力（如图）。
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蛋白质的四级结构
• 四级结构：蛋白质分子中各个亚基的空间排布以及亚基接 触部位的布局和相互作用。
• 蛋白质的亚基（subunit）：蛋白质分子中具有独立三级结 构的多肽链。
• 含有四级结构的蛋白质分子具有复杂的生物学功能，但是， 单独的亚基一般没有生物学功能或功能不完整。
（Mb）三级结构。
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蛋白质三级结构的形成与稳定主要靠次级键
• 1．氢键：多肽链主链之间、主链与极性侧链之间、极性侧链之间都 可形成氢键。
• 2．二硫键 • 3．离子键又称盐键：是由蛋白质带正电荷的基团和带负电荷的基团
形成。 • 4．疏水基相互作用又称疏水键：是由缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、
苯丙氨酸等非极性疏水侧链之间的吸引力，形成的疏水区。 • 5.蛋白质三级结构中疏水键的数量最多（最主要），且往往居于球状
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测定蛋白质一级结构的应用
• 推测蛋白质功能。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。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。
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测定蛋白质一级结构的应用
• 研究生物进化。不同生物体的同源蛋白质 一级结构在氨基酸组成和顺序上不同，存 在种属差异。同源蛋白质一级结构的差异 可反映种属间的亲缘关系，但不影响其生 物学功能。
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蛋白质的一级结构如何决定高级结 构?
• 一级结构也就是氨基酸序列，像是一些碱 性氨基酸或是带电荷氨基酸会对蛋白质的 二级结构产生决定性的作用，比如脯氨酸 经常出现在肽链的折叠处。这样下来组成 蛋白一级结构的氨基酸间形成像氢键、二 硫键这样的次级键，导致了蛋白二级结构 的形成，如α折叠等。三级结构又是由二级 结构所决定的，多个二级结构形成结构域 ，而四级结构又是由几个三级结构组成的 ，所以说蛋白质的一级结构决定了高级结 构。
一级结构对高级结 构的影响
生工1班：于墨然、王哲 李贤达、李静阳 陈研、尚星宇
制作人：陈研
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蛋白质的结构层次
蛋
一级结构
白 质
二级结构
的
超二级结构
结
三级结构
构
层
四级结构
次 a
蛋白质一级结构
蛋白质的一级结构（primary structure） 蛋白质分子中各种氨基酸的排列顺序。 1969年国际纯化学与应用化学联合会（IUPAC）的规定 。 氨基酸序列
一级结构的主要化学键是肽键，有些还包括二硫键 （-S-S-）。
因共价键的键能大，故蛋白质的一级结构稳定性较强。
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牛胰岛素的一级结构
注：数字表示半胱氨酸的编号。 a
人胰岛素的一级结构
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蛋白质的二级结构
二级结构：是指多肽链主链盘旋 、折叠形成的主链构象（某一肽 段的局部空间结构）。 主要作用力：二级结构除了肽键 还有以氢键为主的弱作用力，它 的螺旋主要由氢键维持。
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蛋白质一级结构与功能的关系
• 一级结构是构象的基础，构象决定蛋白质的功能。 • 对于维持蛋白质功能区的特定构象，一级结构中某些氨基酸残基是必
需的。 • 如果这些必需的氨基酸残基发生改变，蛋白质特定构象即被破坏，蛋
白质的生物学活性也会丧失。因此，一级结构是空间结构的基础。 • 蛋白质空间构象被破坏以后，只要一级结构没有破坏，就有可能恢复
• 蛋白质四级结构是建立在三级结构基础上的，单体蛋白质 甚至不存在四级结构。因此蛋白质四级结构的形成仍然由 一级结构决定。
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注意
• 蛋白质的空间结构（高级结构）只有三种 ：二级结构、三级结构和四级结构。 并不 是所有的蛋白质都具有四级结构，只有多 亚基蛋白才具有四级结构。所有的蛋白质 都具有一级结构、二级结构和三级结构。 蛋白质的高级结构根本上还是决定于蛋白 质的一级结构。 另外，蛋白质在二级结构 的基础上还会形成超二级结构。
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蛋白质二级结构的基本形式（分子模型）
• α-螺旋（α-helix）——最常见、含量最丰富的二级结构 • 以肽平面为单位、以α碳为转折形成的稳固的右手螺旋。
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β-折叠（β-pleated sheet）
• β-折叠是蛋白质肽链主链的肽平面折叠呈锯齿状。又称β-片层结构。
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蛋白质的三级结构
• 指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置； • 即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。下图为肌红蛋白的