1、1生物化學與分子生物學重點 生物化學與分子生物學重點第二章 第二章 蛋白質的結構與功能 蛋白質的結構與功能一、氨基酸： 一、氨基酸： 1．結構特點：氨基酸(amino acid)是蛋白質分子的基本組成單位。構成天然蛋白質分子的氨基酸約有 20 種，除脯氨酸為 α-亞氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外，其余氨基酸均為 L-α-氨基酸。 2．分類：根據(jù)氨基酸的 R 基團的極性大小可將氨基酸分為四類：① 非極性中性氨基酸(8 種)；② 極性中性氨

2、基酸(7 種)；③ 酸性氨基酸(Glu 和 Asp)；④ 堿性氨基酸(Lys、Arg 和 His)。 二、 二、 肽鍵與肽鏈： 肽鍵與肽鏈： 肽鍵(peptide bond)是指由一分子氨基酸的 α-羧基與另一分子氨基酸的 α-氨基經(jīng)脫水而形成的共價鍵(-CO-NH-)。氨基酸分子在參與形成肽鍵之后，由于脫水而結構不完整，稱為氨基酸殘基。每條多肽鏈都有兩端：即自由氨基端(N 端)與自由羧基端(C 端)，肽鏈的方向是 N 端→C 端。 三

3、、肽鍵平面 三、肽鍵平面(肽單位 肽單位)： 肽鍵具有部分雙鍵的性質，不能自由旋轉；組成肽鍵的四個原子及其相鄰的兩個 α 碳原子處在同一個平面上，為剛性平面結構，稱為肽鍵平面。 四、蛋白質的分子結構： 四、蛋白質的分子結構： 蛋白質的分子結構可人為分為一級、二級、三級和四級結構等層次。一級結構為線狀結構，二、三、四級結構為空間結構。 1．一級結構：指多肽鏈中氨基酸的排列順序，其維系鍵是肽鍵。蛋白質的一級結構決定其空間結構。 2．二級結構

4、：指多肽鏈主鏈骨架盤繞折疊而形成的構象，借氫鍵維系。主要有以下幾種類型： ⑴α-螺旋：其結構特征為：①主鏈骨架圍繞中心軸盤繞形成右手螺旋；②螺旋每上升一圈是 3.6 個氨基酸殘基，螺距為 0.54nm；③ 相鄰螺旋圈之間形成許多氫鍵；④ 側鏈基團位于螺旋的外側。 影響 α-螺旋形成的因素主要是：① 存在側鏈基團較大的氨基酸殘基；② 連續(xù)存在帶相同電荷的氨基酸殘基；③ 存在脯氨酸殘基。 ⑵β-折疊：其結構特征為：① 若干條肽鏈或肽段平行或

5、反平行排列成片；② 所有肽鍵的 C=O 和N—H 形成鏈間氫鍵；③側鏈基團分別交替位于片層的上、下方。 ⑶β-轉角：多肽鏈 180°回折部分，通常由四個氨基酸殘基構成，借 1、4 殘基之間形成氫鍵維系。 ⑷無規(guī)卷曲：主鏈骨架無規(guī)律盤繞的部分。 3．三級結構：指多肽鏈所有原子的空間排布。其維系鍵主要是非共價鍵（次級鍵）：氫鍵、疏水鍵、范德華力、離子鍵等，也可涉及二硫鍵。 4．四級結構：指亞基之間的立體排布、接觸部位的布局等，其維

6、系鍵為非共價鍵。亞基是指參與構成蛋白質四級結構的而又具有獨立三級結構的多肽鏈。 五、 五、 蛋白質的理化性質： 蛋白質的理化性質： 1．兩性解離與等電點：蛋白質分子中仍然存在游離的氨基和游離的羧基，因此蛋白質與氨基酸一樣具有兩性解離的性質。蛋白質分子所帶正、負電荷相等時溶液的 pH 值稱為蛋白質的等電點。 2．蛋白質的膠體性質：蛋白質具有親水溶膠的性質。蛋白質分子表面的水化膜和表面電荷是穩(wěn)定蛋白質親水溶膠的兩個重要因素。 3核苷酸是由核

7、苷與磷酸經(jīng)脫水縮合后生成的磷酸酯類化合物，包括核糖核苷酸和脫氧核糖核酸兩大類。最常見的核苷酸為 5’-核苷酸（5’ 常被省略）。5’-核苷酸又可按其在 5’位縮合的磷酸基的多少，分為一磷酸核苷（核苷酸）、二磷酸核苷和三磷酸核苷。 此外，生物體內(nèi)還存在一些特殊的環(huán)核苷酸，常見的為環(huán)一磷酸腺苷（cAMP）和環(huán)一磷酸鳥苷（cGMP），它們通常是作為激素作用的第二信使。 核苷酸通常使用縮寫符號進行命名。第一位符號用小寫字母 d 代表脫氧，第二位

8、用大寫字母代表堿基，第三位用大寫字母代表磷酸基的數(shù)目，第四位用大寫字母 P 代表磷酸。 三、核酸的一級結構： 三、核酸的一級結構： 核苷酸通過 3’,5’-磷酸二酯鍵連接起來形成的不含側鏈的多核苷酸長鏈化合物就稱為核酸。核酸具有方向性，5’-位上具有自由磷酸基的末端稱為 5’-端，3’-位上具有自由羥基的末端稱為 3’-端。 DNA 由 dAMP、dGMP、dCMP 和 dTMP 四種脫氧核糖核苷酸所組成。DNA 的一級結構就是指 DN

9、A 分子中脫氧核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。RNA 由 AMP，GMP，CMP，UMP 四種核糖核苷酸組成。RNA 的一級結構就是指 RNA 分子中核糖核苷酸的種類、數(shù)目、排列順序及連接方式。 四、 四、DNA DNA 的二級結構： 的二級結構： DNA 雙螺旋結構是 DNA 二級結構的一種重要形式，它是 Watson 和 Crick 兩位科學家于 1953 年提出來的一種結構模型，其主要實驗依據(jù)是 Chargaff 研究

10、小組對 DNA 的化學組成進行的分析研究，即DNA 分子中四種堿基的摩爾百分比為 A=T、G=C、A+G=T+C（Chargaff 原則），以及由 Wilkins 研究小組完成的 DNA 晶體 X 線衍射圖譜分析。 天然 DNA 的二級結構以 B 型為主，其結構特征為：①為右手雙螺旋，兩條鏈以反平行方式排列；②主鏈位于螺旋外側，堿基位于內(nèi)側；③兩條鏈間存在堿基互補，通過氫鍵連系，且 A-T、G-C（堿基互補原則）； ④螺旋的穩(wěn)定因素為氫

11、鍵和堿基堆砌力；⑤螺旋的螺距為 3.4nm，直徑為 2nm。 五、 五、DNA DNA 的超螺旋結構： 的超螺旋結構： 雙螺旋的 DNA 分子進一步盤旋形成的超螺旋結構稱為 DNA 的三級結構。 絕大多數(shù)原核生物的 DNA 都是共價封閉的環(huán)狀雙螺旋，其三級結構呈麻花狀。 在真核生物中，雙螺旋的 DNA 分子圍繞一蛋白質八聚體進行盤繞，從而形成特殊的串珠狀結構，稱為核小體。核小體結構屬于 DNA 的三級結構。 六、 六、DNA DNA 的

12、功能： 的功能： DNA 的基本功能是作為遺傳信息的載體，為生物遺傳信息復制以及基因信息的轉錄提供模板。 DNA 分子中具有特定生物學功能的片段稱為基因（gene）。一個生物體的全部 DNA 序列稱為基因組（genome）?；蚪M的大小與生物的復雜性有關。 七、 七、RNA RNA 的空間結構與功能： 的空間結構與功能： RNA 分子的種類較多，分子大小變化較大，功能多樣化。RNA 通常以單鏈存在，但也可形成局部的雙螺旋結構。 1．mR

13、NA 的結構與功能：mRNA 是單鏈核酸，其在真核生物中的初級產(chǎn)物稱為 HnRNA。大多數(shù)真核成熟的 mRNA 分子具有典型的 5’-端的 7-甲基鳥苷三磷酸（m7GTP）帽子結構和 3’-端的多聚腺苷酸(polyA)尾巴結構。mRNA 的功能是為蛋白質的合成提供模板，分子中帶有遺傳密碼。mRNA 分子中每三個相鄰的核苷酸組成一組，在蛋白質翻譯合成時代表一個特定的氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體稱為遺傳密碼（coden）。 2．tRNA 的結構