1、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能氨基酸2010遺傳學(xué)Chapter 1氨基酸I蛋白質(zhì)的天然組成天然蛋白質(zhì)幾乎都是由18種普通的氨基酸組成蛋白質(zhì)的功能是與蛋白質(zhì)氨基酸排列順序和每個(gè) 氨基酸殘基的特征有關(guān)。那些殘基賦予蛋白質(zhì)獨(dú)一無(wú) 二的功能。L-氨基酸，L-亞氨基酸（脯氨酸）和甘氨酸。氨基酸的分類是依照它的側(cè)鏈性質(zhì)的一些稀有的氨基酸在少量的蛋白質(zhì)中結(jié)合了 L-硒A.非極性側(cè)鏈的氨基酸代胱氨酸。AmrhtComman ta aM ammino acide of pralefinsN-CCOOHA Free amino acidII氨基酸的結(jié)果每種氨基酸（除了脯氨酸）：都有一個(gè)羧基，一個(gè)氨基，一個(gè)特異性的側(cè)鏈（R基）

2、連接在a碳原子上。G=irbck-Carbon Ig th# carboxyl and ths smino gramps Side chain IsOfi&tinctive few each ann lna achd.G CQQHt 51陽(yáng)pKr-2J3*H/4 C CQQHCHj*HsM C QOQHCHh3c 隔dPrcineAlaintneHHH丁巒- -CCNDMRH,N C COOHHHaN C OOOH童H c eMvCHCHar（）HjCCHCHjLtueirw MjN-C-COOHc DOOMHCHj*h2n c COdHCH,HjC. CHtCMtTryjytflipfrii

3、nMg4PilWln4FwUlne在蛋白質(zhì)中，這些羧基和氨基幾乎全部都結(jié)合成肽鍵。在一般情況下，除了氫鍵的構(gòu)成以外，是不會(huì)B.不帶電的極性側(cè)鏈氨基酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的。-NH-CH-CO+IH-CH-CO-Side chains d?temln.-& rprcpriie i&f protelirts.B Amirto acids combined in peptide linkages氨基酸的側(cè)鏈殘基（R基）提供了多種多樣的功 能基團(tuán)，這些基團(tuán)賦予蛋白質(zhì)分子獨(dú)特的性質(zhì)，導(dǎo)致:nHH+tioN C-GCJOH1乩屮訓(xùn)C COOHHjW-C-CGaHpKf- 9.1pKi = 3.&H-C-OMH-C

4、-OHJ 瓚Hch3OH-Ka= 10.1SerineThr&MiilfrTyrosineHiP1-1 丁HN-C COOH14 J+h3n-c-coohch2-HuN C-COOH0/ 唄PK3 = 10-eSH-* pK4 = iSc/ NHjAsparagineCy 生 belriEC.酸性側(cè)鏈的氨基酸Aspart祀融曰日K !pK,= 5-B! HgN C COOHCHaq OH p 噸=3.9一種獨(dú)特的折疊構(gòu)象溶解性的差異聚集態(tài)和配基或其他大分子構(gòu)成復(fù)合物的能力，酶 活性等等。=pK- 1.0r -旳肌二g；HIHiiCOOHrH/J 0 CCOHHaN-c-gooh i%CHtCH

5、aHN. MHCHaCHj盹M-HpK6.0p如 1(L5G-NMj*pK, = 12.5NHjHiBlidin?LyisireD.堿性側(cè)鏈的氨基酸A.非極性側(cè)鏈氨基酸ch33.甘氨酸也出現(xiàn)在酶催化蛋白質(zhì)特異性修飾的識(shí)別位點(diǎn)，例如N端的十四酰基化(CH2(CH2)12C0)和精氨酸甲基化的信號(hào)序列。H3N-C COOK丙氨酸(Ala A )結(jié)構(gòu)：是20種氨基酸中最沒(méi)有“個(gè)性”的氨基酸,沒(méi)有長(zhǎng)側(cè)鏈，沒(méi)有特別的構(gòu)象性質(zhì)，可以出現(xiàn)在蛋白非極性氨基酸在蛋白質(zhì)中的位置：在可溶性蛋白質(zhì)中，非極性氨基酸鏈趨向于集中質(zhì)結(jié)構(gòu)的任何部位。特征：在蛋白質(zhì)部。Polar amino acids ( cfusler o

6、n thfr Surface of soluble proteins.Nonpolar amino cids(o) cluster on the surface or mem brans proteins.1、丙氨酸是蛋白質(zhì)中含量最豐富的氨基酸殘基 之一，弱疏水性。2、化學(xué)活性非常弱。纈氨酸(Val V)HI+H3N-C-COOH特征：中度疏水的脂肪族側(cè)鏈殘基。功能：3、這個(gè)中度疏水殘基B碳原子上的甲基降低了 蛋白質(zhì)的構(gòu)象的靈活性。2、使鄰近的肽鍵的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生空間位阻，特別H卡劇C- COOH甘氨酸t(yī) H |(Giy g )!賂-工 上.-3結(jié)構(gòu)：最簡(jiǎn)單的氨基酸，在蛋白質(zhì)氨基酸當(dāng)中, 是唯一

7、缺乏非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的氨基酸。特征：甘氨酸在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中起到一個(gè)很重要的 作用，與其它氨基酸殘基相比，由于缺少卩-碳原子， 它在蛋白質(zhì)的構(gòu)象上有很大的靈活性和更容易達(dá)到它 的空間結(jié)構(gòu)。功能和位置：甘氨酸經(jīng)常位于緊密轉(zhuǎn)角；和出現(xiàn)在大分子側(cè)鏈產(chǎn)生空間位阻影響螺旋的緊密包裝處(如膠原) 和結(jié)合底物的地方。由于缺乏空間位阻側(cè)鏈，所以甘氨酸在鄰近的肽鍵的位置有更強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)活性。例如：Asn-Gly 頁(yè)腳是相鄰殘基具有B-分支的側(cè)鏈(纈氨酸或異亮氨酸)。H-C COO：異亮氨酸H-C CH(lie I)1CH；,1CHg特征：疏水的脂肪族殘基側(cè)鏈功能：卩-分支鏈在空間上阻礙鄰近的肽鍵反應(yīng)。疏水側(cè)鏈趨向在折疊蛋白

8、的部，比起a螺旋 這種側(cè)鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)中更容易形成p折疊。異亮氨酸有第二個(gè)不對(duì)稱中心。H亮氨酸jm3n-c-coo(Leu L)Ich2結(jié)構(gòu)：有一個(gè)大的疏水殘基。電 Cch3苯丙氨酸(Phe F)脯氨酸(Pro P)功能：這種氨基酸通常存在于球狀蛋白中。在這類 蛋白質(zhì)中因有大的脂肪族殘基側(cè)鏈而形成 疏水中心是膜蛋白中跨膜螺旋的主要組成部分。3. 形成有規(guī)則地“亮氨酸拉鏈”結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：擁有龐大的疏水側(cè)鏈一一苯環(huán)特征：弱的極性特性利于其與其它的芳香族和其它極 性基團(tuán)相互作用時(shí)優(yōu)先定位功能：是球狀蛋白疏水核心和膜蛋白跨膜區(qū)域的重要成分。甲硫氨酸(Met M)結(jié)構(gòu)：兩種含硫氨基酸中的一個(gè)(硫醚基) 特征

9、：大小和疏水性跟亮氨酸的相似。硫原子可以和金屬離子相互作用發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 特別是跟氧化劑發(fā)生反應(yīng)。色氨酸殘基的吲哚環(huán)容易受到親電攻擊。蛋白質(zhì)的光敏感性在很大程度上是因?yàn)樯彼釟?基的氧化降解。色氨酸殘基具有最大的紫外吸收和熒光特性。結(jié)構(gòu)：次級(jí)氨基酸，具有脯氨酰基特征：脯氨酸殘基的構(gòu)象靈活性受到限制，脯氨酸殘基經(jīng)常出現(xiàn)在緊密轉(zhuǎn)角蛋白質(zhì)表面。脯氨酸不可參加全部螺旋的氫鍵的形成，它們 在螺旋軸上形成一個(gè)扭曲。在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在順式的肽-脯氨酸結(jié)合物(除了最常見(jiàn)的反式形式)化學(xué)活性，脯氨酸殘基是惰性的。脯氨酸殘基是脯氨酸特異的多肽切酶位點(diǎn)，多肽和蛋白質(zhì)的脯氨酸依賴性已被提出。硫醚基可以被烷基化，在酸性條

10、件下也可以跟溴氓N C-COO：H-C-OH化氰發(fā)生反應(yīng)。色氨酸(Trp W)結(jié)構(gòu)：一種帶有吲哚NH基的氨基酸。特征：色氨酸殘基經(jīng)常在結(jié)構(gòu)性包裝作用中起關(guān)鍵作 用。它的髙度疏水性受到吲噪NH基的調(diào)節(jié)。色氨酸殘基經(jīng)常構(gòu)成配體連接位點(diǎn)的一部分。極性不帶電側(cè)鏈的氨基酸(這些氨基酸在中性的pH中不帶電荷)絲氨酸(Ser S)結(jié)構(gòu)：帶有初級(jí)脂肪族羥基的氨基酸特征：既是氫鍵的供體，也是氫鍵的受體。在折疊蛋白 表面時(shí)常與溶劑水相互作用。氧原子是具有弱親核性的，但是在很多種類的蛋白酶（絲氨酸蛋白酶）和酯酶的活性位點(diǎn)中它的親核 性會(huì)大增強(qiáng)。在體可以形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵。那些碳水化合物（氧 連接的糖基化作用）和磷酸鹽

11、是重要的例子。氨酸(Thr T)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)：與絲氨酸殘基在化學(xué)和生物特性上有些相同，為0-連接的糖基化和磷酸化作用提供位點(diǎn)，但是它和絲 氨酸相比有比較大的空間阻礙和弱的化學(xué)活性。擁有2個(gè)手性碳原子。半胱氨酸（Cys C）pKt.7HI訕弋-coor:I劃結(jié)構(gòu)：帶有硫醇基基團(tuán)。於特征：在半胱氨酸去質(zhì)子化的形式下（硫醇鹽）它的硫 醇基是一個(gè)強(qiáng)親核基團(tuán)，很容易跟醛，酰化和烷化試 劑發(fā)生反應(yīng)。它具有和金屬離子有強(qiáng)的親和力如鋅，鐵和銅（和 有毒金屬如鈣和汞）。通過(guò)肽鏈間和肽鏈的半胱氨酸氧化成胱氨酸殘基 形成二硫鍵，為很多胞外蛋白提供必要的穩(wěn)定性。在生物化學(xué)活性：半胱氨酸殘基也可以通過(guò)酰化作用和烴基化作用

12、進(jìn) 行修飾。半胱氨酸殘基也可以用作輔基的共價(jià)連接，如亞鐵 血紅素。胱氨酸殘基在堿性（alkaline）的條件下會(huì)發(fā)生卩消除反應(yīng)。天冬氨酰（Asp N）H ：- c COO只特征：天冬氨酰的卩酰胺基是氫鍵的供體和受體。天冬氨酰殘基經(jīng)常出現(xiàn)蛋白質(zhì) 折疊結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角 處。酰胺基相對(duì)容易水解。在沒(méi)有空間障礙的情況下 可能會(huì)形成環(huán)狀亞胺結(jié)構(gòu)（失去氨）。1）.這個(gè)過(guò)程可能會(huì)經(jīng)歷外消旋作用，然后分裂形成L-或D-天冬氨酰或者L-或D-異天冬氨酰殘基。2）.這個(gè)亞胺結(jié)構(gòu)也很容易跟羥胺發(fā)生反應(yīng)， 導(dǎo)致肽鏈的分裂。功能：天冬酰胺一個(gè)重要的功能作為N-端糖基化的連接位 點(diǎn)，主要在真核生物糖蛋白的細(xì)胞外和膜外部分中。

13、天冬氨酰糖基轉(zhuǎn)移的一個(gè)必要而非充分條件是： -Asn-Xaa-（Ser or Thr）谷氨酰胺（Gln Q）H,：3NC-COOch2 ch2 AO M%特征：谷氨酰胺的特性大體上和天冬酰胺相似，雖然谷氨酸 的酰胺基比天冬氨酸弱，但 谷氨酰胺的殘基比天冬酰胺OH 10.的殘基要穩(wěn)定。酪氨酸Tyr Y）結(jié)構(gòu)：帶有酚羥基。特征：頁(yè)腳2.和賴氨酸一起，精氨酸為膜蛋白組裝、前體蛋白吟21H1. 具有強(qiáng)的極性。大多數(shù)的酪氨酸殘基在生理pH值中是中性的。充當(dāng)金屬（如Fe2+）的配基和氫鍵的供體和受體。苯酚鹽在氧和芳香環(huán)碳上都有是有反應(yīng)性的親核 基團(tuán)。在體的共價(jià)修飾包括磷酸化和硫酸鹽化作用，在 無(wú)脊椎動(dòng)物里

14、的胞外蛋白中可以與其他酪氨酸殘基交 聯(lián)。酪氨酸殘基也是的甲狀腺激素來(lái)源。帶有酸性側(cè)鏈的氨基酸天冬氨酸和谷氨酸是質(zhì)子供體,這些氨基酸在生理 pH值的下帶負(fù)電。日1 此胡l-C cool天冬氨酸 !(Asp D)結(jié)構(gòu)：帶有兩個(gè)羧基。特征：o吐Pb二嗎天冬氨酸的羧基基團(tuán)（Pka值一般在4.0左右）在 生理?xiàng)l件下以離子化的羧酸鹽形式存在。1）.強(qiáng)極性的側(cè)鏈主要存在在蛋白質(zhì)的表面，為 金屬離子和正電荷配基提供結(jié)合位點(diǎn)，特別是鈣離子。2）.在羧酸基團(tuán)和供體基團(tuán)之間形成強(qiáng)的氫鍵（比 如胍鹽）。3）.天冬氨酸卩羧基可能直接參與酶的催化作用。4）.陽(yáng)離子運(yùn)輸機(jī)制的 Na+,K+-ATP酶和原膜的 Ca2+ATP

15、酶和質(zhì)網(wǎng)的Ca2+ATP酶催化過(guò)程過(guò)天冬氨酸卩 羧基形成酰基磷酸鹽中間體。化學(xué)活性：1）.天冬氨酸側(cè)鏈發(fā)生典型的羧酸反應(yīng)，如在活化劑存 在的狀態(tài)下形成酯類和酰胺類，如強(qiáng)酸或者碳化二亞 胺和親核試劑如醇和胺。2）.由于側(cè)鏈羧基對(duì)肽鍵羧基的影響使得鄰近效應(yīng)顯 著，而且在弱酸條件下，天冬氨酰肽鍵比其它氨酰基 肽鍵水解得更快。3）.天冬氨酸殘基在體可能被修飾為卩-天冬羥胺殘基。谷氨酸（Glu E）特征：谷氨酸的殘基的羧基比起天冬氨酸殘基的羧基有 更高的pKa （在4.5上下），但在大體具有相似的功能 和性質(zhì)，如促成靜電，蛋白質(zhì)氫鍵相互作用和結(jié)合配 基，包括金屬離子。谷氨酸殘基肽鍵是穩(wěn)定的，沒(méi)有提供酸性

16、蛋白酶 必須的活性位點(diǎn)的殘基。功能：在體，入-羧基谷氨酸殘基修飾對(duì)許多血凝蛋白的功能 是必不可少的，比如血凝素，它的丙二酸集團(tuán)增強(qiáng)與 Ca2+親和力。帶堿性側(cè)鏈的氨基酸堿性氨基酸的側(cè)受質(zhì)子，在生理pH的狀態(tài)下，賴 氨酸和精氨酸的側(cè)鏈被完全電離并且?guī)д姾伞Ｏ啾?之下，組氨酸顯弱堿性。臥盧碁、p2 - 9| H精氨酸（Arg R）CHZch2亡二忖耳?* p尙三點(diǎn) lMH, 結(jié)構(gòu)：帶胍基的氨基酸 特征：精氨酸殘基強(qiáng)堿性的胍基（pKa在12.0左右） 在所以生理相關(guān)pH值下都完全質(zhì)子化。功能：精氨酸殘基在蛋白質(zhì)里通常充當(dāng) 正電基團(tuán)的功 能。切割、核與核仁的定位提供正電信號(hào).在中性PH條件下幾乎沒(méi)有

17、化學(xué)活性；在堿性條件 下生成環(huán)狀，常常是熒光產(chǎn)物，有a-或B二酮及相關(guān) 的化合物。交聯(lián)來(lái)連接金屬離子比如Zn2+, Ca2+，和F e2+。4從化學(xué)上講，咪唑集團(tuán)是一個(gè)親核集團(tuán)，可以被酸酐 （雖然它的產(chǎn)物是易水解的不穩(wěn)定的）還有芳香黃酰 氯酰基化，盡管很慢但可以和碘乙酸發(fā)生烷化作用。特征：1、中性條件下大部分賴氨酸帶正電荷，一般在球狀 蛋白的非極性部被排除。2、它的脂肪族四亞甲基是疏水的，但質(zhì)子化的氨基基 團(tuán)親水性占主要地位3、它的長(zhǎng)靈活側(cè)鏈促成很多-氨基在晶體決定結(jié)構(gòu) 上缺乏定義。作為正電荷的載體，促成賴氨酸殘基和負(fù)電荷配 基的結(jié)合，常常形成強(qiáng)的氫鍵。在化學(xué)上，賴氨酸側(cè)鏈的反應(yīng)是典型的初級(jí)的脂 肪族胺的代表。在體，賴氨酸是很多輔基的連接位點(diǎn)，如生物素和視網(wǎng)膜醛。9.2pK = 1.8LIC -COO -Ich2 I山C=CH組氨酸IINH(His H)JHpK = 6,0結(jié)構(gòu)：帶有咪唑基的氨基酸。特征：組氨酸殘基的咪唑基特有的PK值在6.5左右，比 蛋白質(zhì)的其它功能基團(tuán)更接近中性。在酶反應(yīng)中，組氨酸殘基經(jīng)常充當(dāng)質(zhì)子轉(zhuǎn)移的催化 劑。組氨酸側(cè)鏈也容易形成交聯(lián)復(fù)合物，和半胱氨酸的 頁(yè)腳特征: