1)蛋白质的形成分两个阶段
蛋白质的合成过程
核糖体的结构
1
核糖体由大亚基和小亚基组成，大亚基含有结合 mRNA的位点，小亚基含有肽酰-tRNA的结合位 点。
2
核糖体大亚基含有三个RNA分子和几十个蛋白质 分子，这些分子协同作用，确保mRNA的正确翻 译。
3
核糖体小亚基含有两个RNA分子和一个蛋白质分 子，这些分子共同作用，确保肽酰-tRNA的正确 结合。
02
DNA转录为RNA
DNA转录的启动
启动子识别
转录起始前，RNA聚合酶需要识别 DNA上的启动子序列，这是转录起始 的信号。
磷酸二酯键的形成
转录起始复合物中的RNA聚合酶催化 DNA的磷酸二酯键形成，标志着转录 的开始。
形成转录起始复合物
RNA聚合酶与启动子结合后，招募转 录因子和其他辅助蛋白，形成完整的 转录起始复合物。
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核糖体的组装过程需要消耗能 量，这个过程也是由ATP提供 的。
核糖体的组装完成后，就可以 开始蛋白质的合成过程了。
04
氨基酸的活化
氨基酸的特化
氨基酸的种类
自然界中存在20种氨基酸，每种 氨基酸具有独特的化学结构和性
质，是蛋白质多样性的基础。
氨基酸的生物合成
部分氨基酸可在体内由其他简单物 质合化学特 性和空间构象，决定了蛋 白质的多样性和功能。
蛋白质合成的场所
核糖体
核糖体是细胞内蛋白质合成的场所，由大、小亚 基组成。
细胞质
细胞质中的核糖体附着在内质网或游离于细胞质 中，进行蛋白质合成。
线粒体与叶绿体
部分蛋白质在线粒体或叶绿体内合成，这些场所 具有自身遗传物质和蛋白质合成体系。
氨基酸的分解代谢
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释
蛋白质一级结构二级结构三级结构四级结构解释【摘要】蛋白质是生物体内重要的大分子，负责许多生物学功能。
蛋白质的结构可分为四个级别：一级结构指的是氨基酸的简单线性排列，二级结构是氨基酸的局部区域形成α螺旋或β折叠，三级结构是整个蛋白质分子的空间构象，四级结构是多个蛋白质分子相互组装在一起形成的复合物。
蛋白质的结构决定了其功能，例如酶的特异性和亲和力。
蛋白质的结构与功能高度相关，对于研究蛋白质功能和疾病治疗有着重要意义。
蛋白质的结构从简单到复杂，具有多种不同层次的组织关系，这些不同级别的结构相互作用，共同决定了蛋白质的生物学功能。
【关键词】蛋白质，一级结构，二级结构，三级结构，四级结构，解释，总结1. 引言1.1 蛋白质概述蛋白质是生物体内功能性非常重要的大分子，它们参与了生物体内的几乎所有生物过程。
蛋白质是由氨基酸分子通过肽键连接而成的多肽链，具有多种结构和功能。
蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列，即多肽链的线性排列方式。
二级结构是指多肽链中氨基酸的局部空间构象，包括α-螺旋和β-折叠等。
三级结构是指整个多肽链的立体空间结构，由各个二级结构元素的折叠方式决定。
四级结构则是由多个多肽链之间的相互排列和交互作用所形成的整体结构。
通过这四个层次的结构，蛋白质可以实现其特定的生物功能，如催化化学反应、传递信号等。
蛋白质的结构和功能密切相关，任何一个层次的结构改变都可能影响到其功能。
对蛋白质结构的深入理解对于揭示其功能机制具有重要意义。
2. 正文2.1 蛋白质一级结构蛋白质的一级结构指的是它的氨基酸序列。
氨基酸是组成蛋白质的基本单位，共有20种不同的氨基酸，它们通过肽键连接在一起形成多肽链。
蛋白质的氨基酸序列是由基因决定的，不同的基因编码不同的氨基酸序列，从而确定了蛋白质的结构和功能。
在蛋白质的一级结构中，氨基酸序列的特定顺序决定了蛋白质的二级结构。
蛋白质的生物合成
（4） 多聚核糖体
3.tRNA
（1） 结构：
二级结构：三叶草； 三级结构：倒“L”。
（2）与蛋白质合成有关的位点：
（1）反密码子位点：由密码子环下方的3个碱 基组成，与mRNA上密码子的碱基互补。 （2）3’末端的CCA序列：为aa接受位点，aa共 价结合到A残基上。 （3）识别aa-tRNA合成酶的位点： （4）核糖体识别位点。
3.遗传密码表
遗 传 密 码 表
4.遗传密码的基本性质
（1）遗传密码连续性： 阅读框架(reading frames)： 通常从一个正确起点（AUG）开始，3个一 组，一个不漏的读下去至终止密码。密码子之 间既没有重叠，也没有间隔，即没有标点符号。 若删/增，即引起突变(移码突变）。
（2）简并性：
（2）蛋白质的合成过程
1）肽链合成的起始（initiation)： ①起始所需材料： 核糖体30S亚基、50S亚基； 带起始密码的mRNA； fMet- tRNAfMet ； 起始因子（IF1、IF2、IF3）； 2个GTP； Mg2+ 。
②原核细胞合成pr都从fMet开始；
由细胞内甲酰化酶催化Metα-NH2甲酰化
1961年，Crick等用 实验证明: 三联体 密码的正确性，并 表明三联体密码是 非重叠的、连续的、 无标点的。
2 遗传密码的破译
破译遗传密码的突破性工作主要有3个方 面： 体外翻译系统的建立
核酸的人工合成
核糖体结合技术
用人工合成的多核 苷酸进行编码： 1961年 Nirenberg & Mathaei在E.coli无细 胞提取液中加入： polyU(作为mRNA)、20 种放射性标记aa混合物， 保温反应后，合成的只 有多聚Phe（苯丙）。
蛋白质的一二三四结构
一、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构（primary structure）就是蛋白质多肽链中氨基酸残基的排列顺序（sequence），也是蛋白质最基本的结构。
它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。
各种氨基酸按遗传密码的顺序，通过肽键连接起来，成为多肽链，故肽键是蛋白质结构中的主键。
迄今已有约一千种左右蛋白质的一级结构被研究确定，如胰岛素，胰核糖核酸酶、胰蛋白酶等。
蛋白质的一级结构决定了蛋白质的二级、三级等高级结构，成百亿的天然蛋白质各有其特殊的生物学活性，决定每一种蛋白质的生物学活性的结构特点，首先在于其肽链的氨基酸序列，由于组成蛋白质的20种氨基酸各具特殊的侧链，侧链基团的理化性质和空间排布各不相同，当它们按照不同的序列关系组合时，就可形成多种多样的空间结构和不同生物学活性的蛋白质分子。
二、蛋白质的空间结构蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。
蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸组成和它们的排列顺序并不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。
例如球状蛋白质（多见于血浆中的白蛋白、球蛋白、血红蛋白和酶等）和纤维状蛋白质（角蛋白、胶原蛋白、肌凝蛋白、纤维蛋白等），前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。
蛋白质的空间结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。
（一）蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构（secondary structure）是指多肽链中主链原子的局部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。
1.肽键平面（或称酰胺平面，amide plane）。
Pauling等人对一些简单的肽及氨基酸的酰胺等进行了X线衍射分析，得出图1-2所示结构，从一个肽键的周围来看，得知：（1）中的C-N键长0.132nm，比相邻的N-C单键（0.147nm）短，而较一般C=N双键（0.128nm）长，可见，肽键中-C-N-键的性质介于单、双键之间，具有部分双键的性质，因而不能旋转，这就将固定在一个平面之内。
分子生物学第十五章 蛋白质的生物合成
1.遗传密码种类：
• mRNA 分子有4种碱基：A、G、C、U，可组合成64个密 码子，其中61个分别代表20种不同氨基酸
• 遗传密码共有43=64种， 64: UAA、UAG、UGA 终止密码 61: AUG 起始密码 代表Met 60: 代表19种氨基酸
9
遗传密码表 第一碱基
（5/-端）
第二碱基
43
一、起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物的形成
参与的物质： 核糖体50S和30S大小两类亚基 mRNA 起始作用的fMet-tRNAfMet GTP供能 起始因子（IF1、IF2、IF3）
44
起始过程：
• 核糖体大小亚基解离 • 小亚基与mRNA结合：
16sRNA识别mRNA的SD序列
• fMet-tRNAfMet与mRNA起始密码子AUG结合 • 核糖体大小亚基形成起始复合物
tRNAphe Phe-tRNAphe
• 肽链起始和延长的甲硫氨酰-tRNA：
真核生物：起始： Met-tRNAiMet 延长： Met-tRNAMet
原核生物： 起始：fMet-tRNAfMet 延长：Met-tRNAMet
39
40
第三节 肽链的合成过程
41
整个翻译过程可分为 ：
• 翻译的起始 • 翻译的延长 • 翻译的终止
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G AC
U, C, A A, G U, C U G
17
摆 动 配 对
32 1
U
123
18
• ⑤遗传密码的通用性
从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，被称为遗传密码的通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。
高中生物必修一第二章第1节蛋白质的结构
探究练习
用氨基酸自动分析仪测定几种多肽化合物和蛋白 质的氨基酸数目如下表所示： 质的氨基酸数目如下表所示：
多肽化合物 ① ② ③ ④ ⑤ 催产素 加压素 血管舒张素 平滑肌舒张素 猪促黑色素酶 氨基酸数 9 9 9 10 13 ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ 多肽化合物 人促黑色素酶 牛胰蛋白酶 人胰岛素 免疫球蛋白 人血红蛋白 氨基酸数 22 223 51 600 574
H H2N H COOH H2N C CH3 丙氨酸 H H H2N C CH CH3 CH3 COOH H2N C CH2 CH CH3 CH3 亮氨酸 COOH COOH
C
H 甘氨酸
缬氨酸
（1）这些氨基酸的结构具有什么共同特点？ 这些氨基酸的结构具有什么共同特点？
氨基
H
羧基
H2N C COOH H 甘氨酸
胰岛素 蛋白酶
三、蛋白质的功能
绝大多数的酶是蛋白质，催 绝大多数的酶是蛋白质， 5.调节功能 催化功能： 5.调节功能 催化功能： 化生物体内的化学反应 信息传递功能 激素参与的信息传递 其他物质参与的信息传递
激素与受体的识别
三、蛋白质的功能
一切生命活动都离不开 蛋白质，蛋白质是生命活 动的主要承担者！
氨基酸缩合反应示意图
H H2N C COOH R1 H O H2N C C R1 H 脱水缩合 H2N C COOH R2 H H N C COOH
H2O
肽键
R2
氨基酸残基二肽 二肽：由两个氨基酸分子缩合而成的化合物。 二肽：由两个氨基酸分子缩合而成的化合物。 多肽：由多个氨基酸分子缩合而成的化合物。 多肽：由多个氨基酸分子缩合而成的化合物。 多肽通常呈链状结构，叫做肽链 肽链。 多肽通常呈链状结构，叫做肽链。 氨基酸残基：组成多肽的氨基酸单元。 氨基酸残基：组成多肽的氨基酸单元。
蛋白质合成的基本过程
蛋白质合成的基本过程蛋白质是构成生物体细胞的重要组成部分，参与了生物体内的几乎所有生化过程。
蛋白质的合成是细胞内最为重要的生物化学过程之一，也是维持生命活动正常进行的基础。
蛋白质的合成过程包括转录和翻译两个阶段，通过这两个阶段，细胞可以根据遗传信息合成出具有特定功能的蛋白质。
下面将详细介绍蛋白质合成的基本过程。
一、转录阶段转录是指在细胞核内DNA模板上合成RNA的过程。
在蛋白质合成中，首先需要将DNA上的遗传信息转录成RNA，形成mRNA（信使RNA），mRNA携带着DNA上的遗传信息，将其带到细胞质中进行翻译合成蛋白质。
1.1 RNA聚合酶的结合转录的第一步是RNA聚合酶与DNA模板的结合。
RNA聚合酶是一种酶类蛋白质，它能够识别DNA上的启动子区域，并在该区域结合，开始合成RNA链。
1.2 RNA链的合成RNA聚合酶在DNA模板上沿着3'→5'方向移动，合成RNA链时是在5'→3'方向进行的。
RNA链的合成过程与DNA复制有所不同，RNA链的合成速度较快，而且只合成一条链。
1.3 终止转录在DNA上的终止子区域，会有一些特定的序列，当RNA聚合酶合成到这些序列时，转录过程会终止，RNA链会从DNA模板上脱离，形成成熟的mRNA。
二、翻译阶段翻译是指在细胞质中mRNA的遗传信息被翻译成氨基酸序列的过程。
翻译过程中涉及到多种RNA和蛋白质，包括tRNA（转运RNA）、rRNA （核糖体RNA）和核糖体等。
2.1 核糖体的结合在翻译的起始阶段，mRNA会与核糖体结合，核糖体是一种由rRNA和蛋白质组成的细胞器，能够将mRNA上的遗传信息翻译成氨基酸序列。
2.2 tRNA的运载tRNA是一种带有特定氨基酸的RNA分子，它能够将氨基酸运载到核糖体上，与mRNA上的密码子配对，完成氨基酸的添加。
2.3 氨基酸的连接在核糖体上，tRNA将氨基酸按照mRNA上的密码子顺序连接起来，形成氨基酸链。
1蛋白质_2
氨肽酶法：氨肽酶是一种肽链外切酶，
它能从多肽链的N-端逐个水解肽链， 释放氨基酸。根据不同的反应时间测 出酶水解所释放出的氨基酸种类和数 量，按反应时间和氨基酸残基释放量 作动力学曲线，可以确定蛋白质的N末端残基。
C-末端的测定
还原法：C末端氨基酸可用硼氢化锂还
原生成相应的α氨基醇。肽链水解后， 再用层析法鉴定。
大） 在蛋白质分子内数量多,足以维持蛋白 质构象的稳定 有利于蛋白质结构与功能的灵活调整
3.5.3多肽主链折叠的空间限制
多肽链主链的 各种可能构象 都可以用这两个 二面角来描述 理论上, -180o~180o
非GP
G
P
3.5.4二级结构
驱动蛋白质折叠的主要动力
熵效应
疏水核心
会包埋一部分主链 主链是亲水的 只有主链极性基团之间 形成氢键 蛋白质主链的折叠产生由氢键维系的 有规则机构(二级结构)
Tyr Pro
DNFB
?
Gly Phe
CT
Asp Met
CNBr
Gly
Arg
T
Phe
3.5.2蛋白质三维结构
蛋白质功能
三维结构
X-Ray
NMR
理论预测
稳定蛋白质三维结构的作用力
1 盐键 2 氢键 3 疏水作用 4 范德华 5 二硫键
氢键
稳定蛋白质结构中起极其重要的作用 13~30
多肽链的裂解(酶裂解)
Trypsin
多肽链的裂解(化学裂解)
溴化氰（BrCN）水解法，选择性切割
甲硫氨酸的羧基所形成的肽键。
羟胺断裂法：断裂Asn-Gly之间的肽键，
但专一性不强，也可以断裂Asn-Leu和 Asn-Ala之间的键。
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一、填空
1）蛋白质的形成分两个阶段，第一阶段是：；第二阶段是，其中第二阶段目前尚不清楚其机制。
2）蛋白质修饰的化学途径包括和。
3）蛋白质设计分为基于及全新蛋白质设计或蛋白质从头设计。
4）定位突变可以在蛋白质中。
可以进行3类突变：，，替换或取代一个或多个氨基酸残基。
5）设计一个新奇的蛋白质结构的中心问题是。
要达到这个目标需要克服的基本障碍是线性聚合链的构象熵。
可以采用不同的策略达到这个目标。
最主要是使相互作用的强度与数目达到最大。
另一个策略是通过共价交叉连接减小折叠的构象熵。
6）根据基因突变技术待点，可将基因突变分为两大类：和。
位点特异性突变又可大体分为三种类型：一类是通过寡核苷酸介导的基因突变；第二类是盒式突变或片段取代突变；第三类是。
7）在基因水平上对蛋白质进行改造，按改造的规模和程度可以分为三种：，即个别氨基酸的改变和一整段氨基酸序列的删除、置换或插入；，即蛋白质分子的剪裁，如结构域的拼接；从头设计合成新型蛋白质。
8）蛋白质修饰的化学途径包括功能基团的特异性修饰、。
9）按照结构域分类，将蛋白质的域结构划分为、、、α＋β型结构、无规型/富含二硫键和金属离子型。
10）蛋白质工程的化学方法通常是产生半合成的结构．在此结构中一个天然的多肽与一个人造(或化学修饰)的多肽相缔合。
产生这种缔合的方法主要有、产生二硫键、、产生非天然型的共价键连接。
二、名词解释
1）蛋白质工程
2）蛋白质结构域
三、判断
1）由于空间排斥较小，蛋白质的重叠构象比交错构象稳定。
（）
2）二硫键的形成需要一个氧化环境，因此它一般并不存在于细胞内蛋白质中，其形成可以稳定蛋白质的三维结构。
（）
3）许多蛋白质作为完整的活性分子，是两条以上的多肽链组成，它们各自以独特的一级、二级、三级结构域相互以非共价作用联结，共同构成完整的蛋白质分子。
（）4）蛋白质中的螺旋结构有α螺旋、β螺旋、310螺旋和κ螺旋（）
5）计算蛋白质设计包括能量表达、能量优化、残基分类、侧链构象的离散化、功能位点设计、专一性、稳定性及序列空间的稳健性预测等方面内容。
（）
6）热力学分析可以用于测量突变蛋白质的热稳定性及化学变化自由能，并可作为构象整体性的检测。
X射线晶体学及NMR谱可以直接提供突变蛋白的高分辨率结构及评估结构整体性。
（）
7）根据基因突变技术待点，可将基因突变分为两大类：位点特异性突变和随机突变。
（）8）设计一个新奇的蛋白质结构的中心问题是设计一个具有稳定及独特的三维结构的序列。
要达到这个目标需要克服的基本障碍是线性聚合链的构象熵。
可以采用不同的策略达到这个目标。
最主要是使相互作用的强度与数目达到最小。
另一个策略是通过共价交叉连接增大折叠的构象熵。
（）
四、选择
1）下列（）不是蛋白质功能残基的鉴定方法。
A．根据结构信息确定残基的突变
B．随机突变、删除分析等实验方法可用于鉴定功能残基
C．利用蛋白质同源性鉴定功能残基
D．应用气相色谱技术鉴定功能残基
2）按照结构域分类，将蛋白质的域结构划分为（）等。
A.α型结构B．β型结构C．α/β型结构D．α＋β型结构
E．无规型/富含二硫键和金属离子型
3）在蛋白质的各种分离方法中利用其带电性质及带电荷多少的不同分离的方法有（）。
A．离子交换色谱B．电泳技术C．疏水色谱D．双水相萃取
E．亲和色谱
4）在多肽链折叠形成蛋白质的天然结构中的非共价作用力有( )。
A．范德华力B．氢键
C．离子相互作用D．肽键
E．疏水效应
5）蛋白质工程的化学方法通常是产生半合成的结构．在此结构中一个天然的多肽与一个人造(或化学修饰)的多肽相缔合。
产生这种缔合的方法主要有（）：A．非共价缔合B．产生二硫键
C．形成肽键D．产生非天然型的共价键连接。
E．酶解反应
五、问答思考题
1）蛋白质突变体的设计包括哪几个步骤？请简述蛋白质设计原理。
2）蛋白质结构的从头设计方法主要有哪些？
3）蛋白质工程改造的策略有哪些？请总结至少三点
4）重组蛋白的表达系统有哪些组成？
5）原核表达系统有什么优点和缺点？真核表达系统的必要性及优势有哪些？
6）蛋白质工程自问世以来，短短十几年的时间，已取得了引人瞩目的进展。
请结合你的理解，举例说明什么是蛋白质工程？
7）蛋白质工程的基本步骤可以分为哪五步？一定要对经过改造的蛋白质进行功能性测定吗？
8）蛋白质分离纯化的原则有哪些？主要的分离纯化技术及其依据是什么？
9）葡萄糖异构酶最适pH为碱性，在80℃稳定，而在碱性条件下，80℃时使高果糖浆焦化产生有害物质，反应只能在60℃进行。
如果将葡萄糖异构酶分子中酸性氨基酸(Glu 或Asp)集中的区域置换为碱性氨基酸(Arg或Lys)，就可使葡萄糖异构酶的最适pH值变为酸性，即可在高温下进行反应。
请结合蛋白质工程，分析如何可以完成此项突变工作。
10）Nisin是乳酸球菌分泌的有较强抗菌作用的小分子肽，可用于罐头食品、乳制品、肉制品的保藏。
以Nisin为例，说明改变通过蛋白质工程改变氨基酸的序列，对这种食品防腐剂稳定性、溶解度和抑菌谱的影响。