蛋白质二硫键异构酶
蛋白质工程重点
一、名词解释1、蛋白质工程（Protein Engineering）——以蛋白质分子的结构规律及其生物功能的关系作为基础，通过化学、物理和分子生物学的手段进行基因修饰或基因合成，对现有蛋白质进行改造，或制造一种新的蛋白质，以满足人类对生产和生活的需求的工程技术。
2、结构模体（supersecondary structure，motif）——介于蛋白质二级结构和三级结构之间的空间结构,指相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件（block building），其基本形式有αα、βαβ和βββ等。
3、结构域（domain）——是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，它是相对独立的紧密球状实体。
4、蛋白质的折叠(protein folding)——从体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有特征三维结构的活性蛋白质的过程。
5、分子伴侣（molecular chaperone）——一大类相互之间没有关系的蛋白质，它们具有的共同功能是帮助其他含蛋白质的结构在体内进行非共价的组装和卸装，但不是这些结构在发挥其正常的生物学功能时的永久组成部分。
6、晶胞(Unit cell)——空间点阵的单位（大小和形状完全相同的平行六面体），是晶体结构的最小单位。
7、核磁共振现象（nuclear magnetic resonance ，NMR）——指核磁矩不为零的核，在外磁场的作用下，核自旋能级发生塞曼分裂(Zeeman splitting)，共振吸收某一特定频率的射频辐射（radio frequency, RF）的物理过程。
8、化学势（位）移（）——在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。
9、耦合常数（J）——由于自旋裂分形成的多重峰中相邻2峰间的距离。
生物化学第5章 蛋白质的三维结构
9
α-螺旋
特征: 每隔3.6个AA残基螺旋上升 一 圈，螺距0.54nm; 螺旋体中所有氨基酸残基R 侧链都伸向外侧； 每个氨基酸残基的>N-H与 前 面第三个氨基酸残基的 >C=0形成氢键，肽链上所有 的肽键都参与氢键的形成， 取向几乎都平行于螺旋轴。
原胶原纤维中原胶 分子的排列
一股原胶 原 蛋白 分子
原胶原蛋白分子中的 单链 （左手螺旋）
胶原纤维(collagen fibril)中原胶原蛋白分子的排列19
胶原纤维通过Lys-Lys的交联得到进一步稳定和增强
20
六、 超二级结构和结构域
1.超二级结构（super-secondary structure):
在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由若干 相 邻的二级结构单元（即α-螺旋、β-折叠片和β-转 角等 ）彼此相互作用组合在一起，形成有规则、在空 间上能 辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件 单元，称 超二级结构或模体（motif）或折叠花样 （folding motif)。
类型：αα； β α β ； β β
∆G = ∆H –T ∆S ∆G is change in Gibbs Free Energy. If the ending state
is lower in free energy than the starting state, reaction will proceed spontaneously. ∆H is change in Enthalpy. Enthalpy is the energy from bonds and attractive interactions. Negative ∆H is favorable. (e.g. forming more bonds.) ∆S is change in Entropy. Entropy is disorder. Positive ∆S is favorable. (e.g. increasing the amount of disorder.)
蛋白质考题及答案解析
蛋白质结构与功能试题一、问答题：1.影响蛋白质二级结构改变的因素有哪些？参考答案：温度；pH；邻近氨基酸残基的二级结构倾向；肽链中远程肽段的影响；肽段是处于分子表面还是被包埋在分子内部2.如下图所示。
多聚谷氨酸poly (Glu) 是由多个L-Glu聚合形成的多肽链，在pH为3的溶液中能形成a-螺旋构象，当pH升高到7时，则由a-螺旋变为无规卷曲，旋光率陡然下降。
同样，多聚赖氨酸poly (Lys) 在pH为10的溶液中具有a-螺旋结构，当pH降低至7时，旋光率也发生陡然下降，由a-螺旋结构变为无规卷曲。
请解释pH对poly (Glu) 和poly (Lys) 构象变化的影响。
答案要点：pH=3接近Glu g-COOH的p K R (4.07)，侧链基团为质子化不带电荷状态，可形成a-螺旋结构。
其余情况按此思路分析。
Lys e-NH2 p K R 为10.54。
3.胶原蛋白的结构特点（原胶原分子的一级结构和高级结构）1)在体内，胶原蛋白以胶原纤维的形式存在，胶原纤维的基本结构单位是原胶原分子2)每个原胶原分子由三条左手螺旋的a链（a-肽链）组成右手超螺旋结构，每条a链约含1000个氨基酸残基3)a链间靠H-键和范得华力维系，胶原纤维可以通过分子内和分子间的进一步交联增强稳定性4)a链一级结构序列96%遵守(Gly-X-Y)n。
x多为脯氨酸Pro；y多为羟基脯氨酸Hyp或羟基赖氨酸Hly5)胶原蛋白是糖蛋白，少量糖与5-羟赖氨酸(Hyl)残基的碳羟基共价连接6)具有较好的弹性和抗张强度4.形成结构域的意义是什么？参考答案：1)各结构域分别折叠，其动力学上更有利2)结构域自身紧密装配，结构域之间的柔性连接使每个结构域间可以作较大幅度的相对运动3)多个结构域形成的间隙部位往往是蛋白质的功能部位，结构域的相互作用有利于蛋白质分子产生别构效应5.简述三种浓缩蛋白质溶液的方法及原理1)超滤法：将蛋白质样品装入适当的超滤管中，经一定时间离心，溶剂穿过超滤管滤膜流出而使蛋白质溶液得以浓缩2)硫酸铵沉淀法：通过盐析作用使蛋白质在高浓度中性盐中析出而浓缩。
几种南海芋螺二硫键异构酶的克隆及进化分析
２ Ｂ ｉｎ ｎｔｕ ｆＢｏ ｃ ｎｌ ． ｅ ｉｇＩｓｔｔ ｏ ｉｅｈ ｏ ￣，Ｂ ｉｎ ０ ０ ｈｎ ｊ ｉｅ ｔ ｏ ｅ ｉｇ １０ ７；Ｃ ｉ ｊ １ ａ ［ ｓｒｃ］ Ｏｂｅｔ ｅ ｏ ｃ ｎ ｎ ｎｌ ｅｅ ｔｅ ｎｃｅｔ ｅ ｓｑ ｅｃｓｏ ｒｔｎ ｄｓｌｄ ｓｍｅ ｓ（ Ｄ ） ｏ Ａｂｔ ｔ ａ ｊｃｉ ：Ｔ ｌ ｅ ａｄ ａａ ｚ ｎ ｒ ｕｌ ｉ ｅｕ ｎｅ ｆｐｏ ｉ ｉ ｆ ｅ ｉ ｖ ｏ ｙ ｉ ｏｄ ｅ ｕ ｉ ｏ ｒ ｅＰ Ｉ ｆ ａ
ｆｕｒ ｏ Ｃｏ ｆｏ ｎｌ ｒ ｍ Ｓ ｕ ｈ ｏ ｔ Ｃｈ ｎ Ｓｅ ．Ｍ ｅ ｈｏ ：Ｔｈｅ ｎｔ ｅ ｎｕ ｌｏ ｉ ｓ ｑｕ ｎ ｅ ｏ ｉａ ａ ｔ ｄｓ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｄｅ ｅ ｅ ｃ ｓ ｆ ＰＤＩ ｆ Ｃｏ ｓ ｒ ｍ ｔｅ ｏ ｔ Ｃｈ— ｒ ｏ ｎｕ ｆｏ ｈ Ｓ ｕ ｈ ｉ
ｈｇ ｅ ｈ ｎ ｔａ ｏ ｈ ｉ ｐ ｎ ｅ ｓ ｚ ｌ ａ ｉ ｉｈ ｒ ｔ ａ ｈ ｔ ｆ ｔ ｅ Ｌ ｔ ｅ ａ ｕ ） ｌ ｍｅ ．Ｈｏ ａ ｉｎ ｎ ｏ＇ ａ ｏ ｃ ｓ ｃ ｒ ｖｓａ ．Ｔ ｃｉｅ ｓｔｓ ｏ Ｄ１ ｏ ａｎ ｍｏ ｓ ｐ ｅ ｓ ａ ｄ Ｓ ｚ ｈ ｒ ｍｖ ｅ ｅ ｅ ｉｉｅ ｗｏ ａ ｔ ｉ ｆ Ｐ ｃ ｖ ｅ
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3蛋白质的折叠
பைடு நூலகம் 分子伴侣
1978 年, Laskey 在进行组蛋白和DNA 在体外 生理离子强度实验时发现, 必须要有一种细胞核 内的酸性蛋白-核质素(nucleoplasmin) 存在时, 二者才能组装成核小体, 否则就发生沉淀。据此 Laskey 称它为“分子伴侣”。分子伴侣是指能 够结合和稳定另外一种蛋白质的不稳定构象, 并 能通过有控制的结合和释放, 促进新生多肽链的 折叠、多聚体的装配或降解及细胞器蛋白的跨膜 运输的一类蛋白质。分子伴侣是从功能上定义的, 凡具有这种功能的蛋白质都是分子伴侣,它们的 结构可以完全不同。这一概念目前已延伸到许多 蛋白质, 现已鉴定出来的分子伴侣主要属于三类 高度保守的蛋白质家族：stress 90 family、 stress 70 family、stress 60 family。其中 stress 60 family存在于真核生物的线粒体、叶 绿体中。
小分子蛋白质去折叠转变的可逆性 在周围环境诱导下，单结构域的小分子 蛋白质发生去折叠。在开始阶段构象变 化很小，可能只是柔性的增强及局部的 构象改变，但蛋白质的平均结构并不改 变。随后蛋白质在一个很小的环境条件 下，就可以发生完全的去折叠。
对去折叠过程监测的方法很多，但去折 叠所引起的最明显改观还是多肽链尺寸 的增大，可通过脲梯度电泳的方法很容 易地观察去折叠现象。去折叠的蛋白质 因其流体体积大，所以迁移速度比紧密 的折叠的蛋白质要小。
蛋白质折叠研究的概况
• 在生物体内，生物信息的流动可以分为两个 部分：第一部分是存储于DNA序列中的遗传 信息通过转录和翻译传入蛋白质的一级序列 中，这是一维信息之间的传递，三联子密码 介导了这一传递过程；第二部分是肽链经过 疏水塌缩、空间盘曲、侧链聚集等折叠过程 形成蛋白质的天然构象，同时获得生物活性， 从而将生命信息表达出来；而蛋白质作为生 命信息的表达载体，它折叠所形成的特定空 间结构是其具有生物学功能的基础，也就是 说，这个一维信息向三维信息的转化过程是 表现生命活力所必需的。
查锡良生化考研知识点笔记12翻译
蛋白质的生物合成（翻译）一、蛋白质生物合成体1.模板：mRNA①mRNA都有5'端非翻译区、开放阅读框及3'端非翻译区，真核生物还有帽子结构和poly(A)尾，帽子结构与帽子结合蛋白结合，参与mRNA在核糖体的定位结合，启动蛋白质生成；帽子和尾还有稳定mRNA作用。
开放阅读框与编码蛋白质的基因序列相对应。
原核生物中，数个结构基因常串联排列而构成一个转录单位，旋律生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子mRNA，真核生物的一个mRNA 只编码一种蛋白质，为单顺反子mRNA，遗传学上将编码一个多肽的遗传单位称顺反子。
②遗传密码起始密码子：AUG(也作为编码甲硫氨酸的密码子)终止密码子：UAA,UAG,UGASD序列：又称核糖体结合位点。
许多原核生物在mRNA的起始密码子上游约10个核苷酸处通常有一段富含嘌呤核苷酸的序列，与16S rRNA的3'端互补，有助于mRNA与核糖体小亚基的结合。
开放阅读框(ORF)：起始密码子到终止密码子之间的核苷酸序列遗传密码的特点：方向性；连续性；简并性；通用性；摆动性方向性：翻译时的方向只能是5'→3'连续性：即不重叠阅读，也没有间隔。
若mRNA中有一个核苷酸插入或缺失，就会使下游翻译产物氨基酸序列的改变，即框移突变。
真核生物转录后对mRNA外显子加工，可以通过特定碱基的插入、缺失或替换，使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致mRNA与DNA模板序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白质，这种基因表达调节方式称为mRNA编辑简并性：一种氨基酸可具有两个或两个以上的密码子为其编码。
除甲硫氨酸及色氨酸。
为同一氨基酸编码的各密码子称为同义密码子。
密码子的特异性主要是由头两位核苷酸决定。
意义就是减少基因突变对蛋白质功能的影响。
通用性：遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。
沈阳药科大学生物化学课件——第12章-翻译
2. 简并性(degeneracy)
目录
3. 通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到 人类都通用。
• 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植 物细胞的叶绿体。
• 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同 一祖先。
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4. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过 碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结 合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱 基配对规律，称为摆动配对。
2. 伴侣素(chaperonins) GroEL和GroES家族
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热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用—— 结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进
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参与蛋白质生物合成的物质包括
三种RNA –mRNA（messenger RNA, 信使RNA） –rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA） –tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
20种氨基酸(AA)作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子
促进核蛋白体分离成大小亚基
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（一）原核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨基酰-tRNA的结合； 核蛋白体大亚基结合。
目录
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
目录
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
IF-1
3'
IF-1
目录
（二）真核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离； 起始氨基酰-tRNA结合； mRNA在核蛋白体小亚基就位； 核蛋白体大亚基结合。
蛋白质工程
蛋白质工程一、名词解释：1.蛋白质工程:是研究蛋白质结构和定点改造蛋白质结构的一门学科。
它运用基因工程手段，通过有控制的基因修饰和基因合成，对现有蛋白质进行定向改造，以期获得性能更加优良、更符合人类社会需要的蛋白质分子。
2. 抗体:指机体的免疫系统在抗原刺激下产生的可与相应抗原发生特异性结合的免疫球蛋白。
3. 人-鼠嵌合抗体：用鼠可变区和人恒定区融合形成的抗体。
4.人源化抗体：将鼠杂交瘤抗体的超变区嫁接到人抗体上形成的抗体。
5. 一级结构：是多肽链中氨基酸残基从N-末端到C-末端的排列顺序及二硫键的位置。
6.二级结构：是指多肽链主链借助氢键排列成特有的规则的反复构象。
7.超二级结构（结构模体）：一级顺序上相邻的二级结构在三维折叠中，彼此靠近、按特定的几何排布形成排列规则的、在空间结构上可以辨认的、可以同一结构模式出现在不同蛋白质中的二级结构组合体，称为结构模体。
8.发夹式β模体（或ββ组合单位）：两段相邻的反平行β链被一环链连接在一起构成的组合单位，其形貌与发夹相似，称为发夹式β模体。
9.希腊钥匙模体：四段紧邻的反平行β链以特定的方式来回往复组合，其形貌类似于古希腊钥匙上特有的回形装饰纹，故称为希腊钥匙型模体。
11.结构域：二级结构和结构模体以特定的方式组织连接，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，称为结构域。
12.三级结构：在二级结构、结构模体的基础上，进一步盘曲、折叠形成的，涉及主链、侧链在内的所有原子和基团的空间排布。
13.四级结构：是指在多条肽链组成的一个蛋白质分子中，各亚单位在寡聚蛋白质中的空间排布及亚单位间的互相作用。
14.优势构象：任何氨基酸侧链中的组成基团都可以绕着其间的C-C单键旋转，从而产生各种不同的构象。
AA分子的各种构象异构体并不是平均分布的, 总是以其最稳定的构象为重要的存在形式即为优势构象。
15.交错构象：是能量上最有利的排布，在这种构象中，一个碳原子的取代基正好处在另一个碳原子的两个取代基之间。
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蛋白质二硫键异构酶
蛋白质二硫键异构酶是一种重要的酶类，它参与了蛋白质的折叠和稳定，维持了细胞内蛋白质的正常结构和功能。
本文将从蛋白质二硫键异构酶的定义、结构、功能和应用等方面进行详细介绍。
一、蛋白质二硫键异构酶的定义
蛋白质二硫键异构酶（Protein disulfide isomerase，PDI）是一类具有催化作用的酶，它能够催化蛋白质的二硫键的形成、断裂和重排，从而促进蛋白质的折叠和稳定。
PDI广泛存在于细胞内和细胞外环境中，其活性对于细胞内环境的稳定和细胞功能的维持具有重要作用。
二、蛋白质二硫键异构酶的结构
蛋白质二硫键异构酶是一种多肽蛋白，其分子量为57kDa。
PDI 的结构包括一个N端的信号肽、四个催化结构域（a、b、b'、a'）、两个连接结构域（x、y）和一个C端的结构域。
其中，a、b、b'和a'四个催化结构域具有催化作用，x、y两个连接结构域在不同结构域之间起到连接作用。
PDI的结构域之间通过二硫键相互连接，形成了一个复杂的结构。
三、蛋白质二硫键异构酶的功能
1.催化蛋白质的折叠和稳定
PDI能够催化蛋白质的二硫键的形成、断裂和重排，从而促进蛋白质的折叠和稳定。
在细胞内，PDI参与了大量蛋白质的折叠和稳定过程，如免疫球蛋白、胰岛素、凝血因子等。
PDI的活性对于细胞内
环境的稳定和细胞功能的维持具有重要作用。
2.参与细胞的应激反应
细胞在遭受外界不良刺激时，会产生应激反应，PDI能够参与细胞的应激反应。
例如，在细胞内氧化应激条件下，PDI能够催化氧化还原反应，从而保护细胞内的蛋白质不受氧化损伤。
3.参与细胞凋亡的调控
PDI还能够参与细胞凋亡的调控。
在细胞凋亡过程中，PDI能够催化半胱氨酸的氧化还原反应，从而影响细胞凋亡的进程。
四、蛋白质二硫键异构酶的应用
由于PDI对于蛋白质的折叠和稳定具有重要作用，因此在药物研发和生物工艺学等领域有着广泛的应用。
1.药物研发
PDI在药物研发中具有重要的作用。
例如，在研发抗体类药物时，PDI能够帮助抗体的正确折叠和稳定，从而提高其活性和稳定性。
此外，PDI在研发其他蛋白质类药物时也有着重要的应用价值。
2.生物工艺学
在生物工艺学领域，PDI可以用于生产重组蛋白质。
例如，在生产重组凝血因子时，PDI能够帮助凝血因子的正确折叠和稳定，从而提高其活性和稳定性。
总之，蛋白质二硫键异构酶是一种重要的酶类，它参与了蛋白质的折叠和稳定，维持了细胞内蛋白质的正常结构和功能。
在药物研发和生物工艺学等领域有着广泛的应用价值。
随着对PDI的研究深入，
它的应用前景将会更加广阔。