球蛋白结构的多样性决定了其功能的多样性（酶， 运输蛋白，调节蛋白，免疫蛋白等） 多种球蛋白的分析揭示其共同的结构模式（超二级 结构，结构域，a-a转角， β- a- β环， β- 桶）
β-
蛋白质四级结构有简单的二聚体，也有大的复合体 （寡聚体，多聚体，TMV）
蛋白质变性与折叠
• • • • 蛋白质结构改变导致功能丧失 氨基酸序列决定蛋白质空间结构 多肽链的折叠是一个渐进的过程 某些蛋白质的折叠需要协助（分子伴侣，热激蛋 白家族Hsp70）
蛋白质的二级结构-----螺旋
蛋白质的二级结构---折叠
使多肽链折叠形成片层结构
为什么蚕丝和蜘蛛网的丝心蛋白中Gly， Ala较多？
蛋白质的二级结构---转角在蛋白质中普 遍存在（几乎占球蛋白的1/3，位于球蛋 白的表面，Gly,Pro常出现）
常见的二级结构都有典型的键角和氨基酸 成分（只有Gly常被发现）
蛋白质工程的研究方法与策略
• • 将某些蛋白质的部分功能进行分解和重组，获得 单一或符合功能的新的蛋白质。如人鼠嵌合抗体。 在目的条件中，对随机诱变基因库进行定向的筛 选和选择。如在高温和高pH下，筛选出耐热和 耐碱地枯草杆菌蛋白酶。 用蛋白质工程方法研究和阐明蛋白质“结构与功 能”的关系。 在对一个蛋白质的“结构与功能”关系深入理解 的基础上，通过严格的分子设计，把它定向改造 成一个具有预期的新的特性的蛋白质。
蛋白质三级结构：
1．绝大部分球蛋白既含α-螺旋，也含β-折叠结构。 2．残基侧链所处位置由其极性决定： ·非极性残基Val、Leu、Ile、Met、Phe常位于蛋白 质内部，形成疏水性内核； ·带电荷极性残基Arg、His、Lys、Asp、Glu常位 于蛋白质分子表面； ·不带电荷的极性基团Ser、Thr、Asn、Gly、Tyr、 Trp常位于蛋白质分子表面（位于分子内部时与其他 基团形成氢键）。
蛋白质工程
• 从DNA入手，改变基因，定做新的蛋白质的技术。 这一新技术综合运用蛋白质的三维结构、结构与 功能的详细信息，重组DNA 技术，用定位突变基 因的方法直接修饰或人工合成基因，有目的地按 照设计来改变蛋白质分子中任何一个氨基酸残基 或结构区域，从而定向地改造蛋白质的性质，使 其具有人们所希望的性能的新型蛋白质，或者创 造自然界不存在的性质独特的蛋白质。（见下图）
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蛋白质工程的应用
• 改变蛋白质的生物活性：枯草杆菌蛋白酶的 His64或Ser221用Ala取代时酶的催化效率只有 1/2×105，而酪氨酸tRNA合成酶的Thr51改为 Pro51后，催化活性提高了25倍。 改变蛋白质的稳定性：枯草杆菌蛋白酶易氧化失 活，当以Ala或Ser替代Met222后，可耐受1M 的H2O2的氧化。Asn218变为Ser，在高温下更 稳定。Met50变为Phe，在碱性条件下更稳定。 改变蛋白质的特性：IL-2在体内治疗毒副作用较 大,可改造成新型的IL-2。 用于蛋白质结构与功能相互关系的理论研究。
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• The End
纤维蛋白适合于结构性功能： a-角蛋白：a-螺旋以二硫键交联，头发/羽毛/指甲/角/蹄 丝心蛋白： β-折叠结构，紧密排列，富含Gly，Ala 胶原蛋白：三股螺旋，拉伸强度高与钢丝但不能伸长， 肌腱/骨胶原/ 结缔组织（每条链形成左手螺旋，在形 成右手超螺旋，含35%Gly11%Ala21%Pro）
第二章
第一节
蛋白质的结构与功能
蛋白质的三维结构
1.概述 一级结构决定高级结构（高级结构决定其功能） 三维结构的多样性（只有几种在生物条件下占优势） 弱键是稳定蛋白质构象的主要作用力 肽键是刚性的平面
2、蛋白质的二级结构 a-螺旋是一种常见的蛋白质二级结构（为什么a-螺 旋比其他的多种可能构象更容易形成呢？为什么 组成蛋白质的氨基酸都是L型结构？） 氨基酸序列影响a-螺旋的稳定性 （Glu,Lys,Aln,Ser,Thr,Pro,Ala是如何影响到a螺旋的稳定性？ 为什么说N-端是一个带正电荷 的氨基酸的话a-螺旋就没那么稳定了？C-端呢？）
3．球蛋白核心的组装效率高 为了避开水，蛋白质分子内部的非极性基团 紧密排列，密度与某些有机分子的晶体相当，因 此蛋白质分子内部更象晶体结构而不象油滴。 4．长的多肽链形成结构域 200个以上残基的多肽链常盘绕、折叠成两个 或更多的球ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ聚集体，称domain。常与功能相联 系。
蛋 白 质 的 四 级 结 构
蛋白质的功能
• 与配体可逆性结合-氧合蛋白（肌红蛋白，血红蛋 白，协同作用） • 镰刀形贫血症—分子病 • 蛋白质与配体间的互补作用—免疫系统和免疫球 蛋白（巨shu细胞，B-细胞，T-细胞，免疫应答， 细胞识别，抗原抗体的结合紧密而特异） • 肌球蛋白与肌动蛋白（肌球蛋白沿着肌动蛋白细 丝滑动）
蛋白质寻靶
• • • • 新生蛋白质含有它们最终目的地的信号 附着在内质网的核糖体形成分泌蛋白和膜蛋白 信号序列是蛋白质在内质网膜转运的标志-信号肽 信号识别颗粒SRP检测信号序列并使核糖体附着 在ER膜上
蛋白质分子的变构作用是学习过程 的基本机制
学习行为的神经机制，一直是脑科学的热门研究 课题，近年脑分子生物学的研究有了新的突破： 神经细胞膜上的一些特殊蛋白质大分子，通过其 自身的变构作用就能完成学习的基本过程。细胞 膜上的酶蛋白、受体蛋白、离子通道蛋白都具有 变构特性，都可能成为学习过程的物质基础（如 腺苷酸环化酶、S-100酸性蛋白质）。