蛋白质结构与功能的关系如何指导利用基因工程

蛋白质结构与功能的关系

蛋白质一级结构又称化学结构（primary structure），是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫键的位置，肽链中氨基酸间以肽键为连接键。蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定了蛋白质的二级结构和三级结构，其三维结构所需的全部信息都贮存于氨基酸的顺序之中。 二级结构（secondary structure）是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键星湖作用而形成的空间结构。

三级结构（tertiary structure）是指多肽链在二级结构的基础上，进一步折叠，盘曲而形成特定的球状分子结构。

四级结构（quaternary structure）是由两条或者两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想。

不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。

1．一级结构与功能的关系

蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性，可从以下几个方面说明：

（1）一级结构的变异与分子病

蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子

蛋白质结构与功能的关系

蛋白质一级结构又称化学结构（primary structure），是指氨基酸在肽键中的排列顺序和二硫键的位置，肽链中氨基酸间以肽键为连接键。蛋白质的一级结构是最基本的结构，它决定了蛋白质的二级结构和三级结构，其三维结构所需的全部信息都贮存于氨基酸的顺序之中。 二级结构（secondary structure）是指多肽链中彼此靠近的氨基酸残基之间由于氢键星湖作用而形成的空间结构。

三级结构（tertiary structure）是指多肽链在二级结构的基础上，进一步折叠，盘曲而形成特定的球状分子结构。

四级结构（quaternary structure）是由两条或者两条以上具有三级结构的多肽链聚合而成的具有特定三维结构的蛋白质构想。

不同的蛋白质，由于结构不同而具有不同的生物学功能。蛋白质的生物学功能是蛋白质分子的天然构象所具有的性质，功能与结构密切相关。

1．一级结构与功能的关系

蛋白质的一级结构与蛋白质功能有相适应性和统一性，可从以下几个方面说明：

（1）一级结构的变异与分子病

蛋白质中的氨基酸序列与生物功能密切相关，一级结构的变化往往导致蛋白质生物功能的变化。如镰刀型细胞贫血症，其病因是血红蛋白基因中的一个核苷酸的突变导致该蛋白分子

第一章 蛋白质的结构与功能

一、名词解释题

1．peptide unit 8．结构域

2．motif 9．蛋白质等电点 3．protein denature 10．辅基 4．glutathione 11．α—螺旋 5．β—pleated sheet 12．变构效应

6．chaperon 13．蛋白质三级结构 7．protein quaternary structure 14．肽键 二、问答题

1． 为何蛋白质的含氮量能表示蛋白质相对量?实验中又是如何依此原理计算蛋白质含量的? 2．蛋白质的基本组成单位是什么?其结构特征是什么? 3．何为氨基酸的等电点?如何计算精氨酸的等电点?(精氨酸的α—羧基、α—氨基和胍基的pK值分别为2.17

第一章蛋白质的结构与功能

[本章要求]

1.了解蛋白质是生命活动的物质基础的含义,掌握蛋白质的重要生理功能。

2.熟记蛋白质元素组成特点,多肽链的基本组成单位-L,α氨基酸,掌握肽键与肽链,

了解医学上重要的多肽。

3.掌握蛋白质的构象。掌握蛋白质的一、二、三、四级结构的概念。

4.结合实例论述蛋白质结构与功能的关系。

5.熟记蛋白质重要的理化性质及有关的基本概念。

6.了解蛋白质的分离、纯化及结构分析。

[内容提要]

蛋白质是细胞组分中含量最丰富、功能最多的高分子物质。酶、抗体、多肽激素、转运蛋白、收缩蛋白以及细胞的骨架结构均为蛋白质。几乎在所有的生物过程中起着关键作用。

蛋白质的基本组成单位是氨基酸。构成天然蛋白质的氨基酸有二十种,分为非极性、疏水性氨基酸；极性、中性氨基酸；酸性氨基酸和碱性氨基酸。氨基酸借助肽键连接成多肽链。多肽链是蛋白质分子的最基本结构形式。多肽链中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构。蛋白质分子中的多肽链经折叠盘曲而具有一定的构象称为蛋白质的高级结构。又分为二、三、四级结构。二级结构是指局部或某一段肽链的空间结构，也就是肽链某一区段中主链骨架原子的相对空间位置。包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残

氨基酸和蛋白质化学

一、填空题

1．构成蛋白质的氨基酸有种，一般可根据氨基酸侧链（R）的大小分为侧链氨基酸和侧链氨基酸两大类。其中前一类氨基酸侧链基团的共同特怔是具有性；而后一类氨基酸侧链（或基团）共有的特征是具有性。碱性氨基酸（pH6～7时荷正电）有两种，它们分别是氨基酸和氨基酸；酸性氨基酸也有两种，分别是氨基酸和氨基酸。

2．紫外吸收法（280nm）定量测定蛋白质时其主要依据是因为大多数可溶性蛋白质分子中含有氨基酸、氨基酸或氨基酸。

3．丝氨酸侧链特征基团是 ；半胱氨酸的侧链基团是 ；组氨酸的侧链基团是

。这三种氨基酸三字母代表符号分别是

4．氨基酸与水合印三酮反应的基团是，除脯氨酸以外反应产物的颜色是；因为脯氨酸是?—亚氨基酸，它与水合印三酮的反应则显示色。

5．蛋白质结构中主键称为 键，次级键有 、 、

、 、 ；次级键中属于共价键的是 键。 6．镰刀状贫血症是最早认识的一种分子病，患者的血红蛋白分子?亚基的第六位

氨酸被氨酸所替代，前一种氨

基因工程和蛋白质工程

章节概述 基因工程是生物工程的核心技术，是当前生命科学研究的热点和前沿，因而各地高考命题均以此作为命题重点，常以材料分析题、选择题等形式出现。从其地位来看，继续作为命题热点的可能性不会改变。

蛋白质工程主要是工业生产和基础理论研究的需要，而结构生物学对大量蛋白质分子的精确立体结构极其复杂的生物功能的分析结果，为设计改造天然蛋白质提供了蓝图，分子遗传学的以定点突变为中心的基因操作技术为蛋白质工程提供了手段。

目标认知 学习目标

1．简述基因工程的原理及技术、举例说明基因工程的应用。 2．关注基因工程的发展，认同基因工程的应用促进生产力的提高。 3．尝试运用基因工程原理，提出解决某一实际问题的方案。

重点

1．DNA重组技术所需的三种基本工具的作用。 2．基因工程基本操作程序的四个步骤。 3．蛋白质工程的原理。

难点

1．基因工程载体需要的条件。 2．从基因文库中获取目的基因。 3．利用PCR技术扩增目的基因。

知识精讲

重点知识讲解

限制性核酸内切酶

在生物体内有一类酶，它们能将外来的DNA切断，但对自己的DNA没有损害作用。由于这种切割作用

3.2 蛋白质分子结构与功能的关系

了解蛋白质的三维结构是理解蛋白质如何行使其功能的基础。蛋白质功能总是跟蛋白质与其它分子相互作用相联系，被蛋白质可逆结合的其它分子称为配体。蛋白质—配体相互作用的瞬时性质对生命至关重要，因为它允许生物体在内、外环境变化时，能迅速、可逆地作出反应。蛋白质上的配体结合部位与配体在大小、形状、电荷以及疏水或亲水性质等方面都是互补的。

3.2.1细胞色素的分子进化

1、细胞色素C的一级结构的种属差异和分子进化

从细菌到人，一切需氧的生物体内，都有细胞色素C的存在。细胞色素C是一个具有104~112个氨基酸组成的多肽分子，是一种在需氧细胞的代谢中担任重要角色的蛋白质，在蛋白质一级结构的种属差异研究的蛋白质中占有最重要的地位。这是因为，细胞色素C分子的结构比较简单，大小合适，容易纯化结晶，结构测定也比较容易，因此，是研究分子进化的最好材料。现在已对不同种属来源的细胞色素C，从一级结构，三维结构以及功能等各方面进行了系统的研究。

存在部位与作用：细胞色素C存在于细胞的线粒体中，是参加生物氧化的一种电子传递体，大约在十亿年前，生物进化到需要氧的阶段，即出现了生物氧化过程，于是就产生了细胞色素C，因此，细胞色素C是

第三章蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein

一、蛋白质一级结构是高级结构与功能的基础(一)一级结构是空间构象的基础

二 硫 键

牛核糖核酸酶 的一级结构 20世纪60年代初，美国科学家C.Anfinsen进行牛胰核糖核酸酶 的变性和复性实验，提出了蛋白质一级结构决定空间结构的 命题。 核糖核酸酶由124个氨基酸残基组成，有4对二硫键。用尿素 和β-巯基乙醇处理该酶溶液，分别破坏次级键和二硫键，肽 链完全伸展，变性的酶失去催化活性；当用透析方法去除变 性剂后，酶活性几乎完全恢复，理化性质也与天然的酶一样。

核糖核酸酶RNase的变性与复性

1960年牛胰核糖核酸酶可逆变性实验：核糖核酸酶在尿素和巯基乙醇处理下 成无规卷曲，活性丧失；透析去除尿素或巯基乙醇后核糖核酸酶活力恢复， 8个巯基氧化重新形成4个二硫键准确无误。

去除尿素、 β-巯基乙醇

天然状态， 有催化活 性

尿素、 β-巯基乙醇

非折叠状态，无活性 概率计算表明，8个半胱氨酸残基结合成4对二硫键，可随机组合成105种 配对方式，而事实上只形成了天然酶的构象，这说明一级结构未破坏，保 持了氨基酸的排列顺序就可能回

第二章 蛋白质的结构与功能

学习目标 掌握：蛋白质组成的基本单位——L-α-氨基酸的特点；蛋白质的一、二、 三、四级结构的概念及特点；维系一、二、三、四级结构的次级键。 熟悉：蛋白质结构与功能的关系；蛋白质的理化性质。 了解：蛋白质的分离纯化及分类。

蛋白质（Protein）是由氨基酸构成的具有特定空间结构的高分子有机化合物，从最简单的病毒到人类，凡是生物体均含有蛋白质，因此蛋白质是生物体的基本组成成份。人体内蛋白质含量约占人体固体成分的45%，而在细胞中则可达细胞固体成分的70%以上，因此蛋白质是构成组织细胞的最基本物质。人体内蛋白质种类繁多，都具有重要的生理功能，几乎所有的生命现象均有蛋白质的参与。例如生命的最基本特征是新陈代谢，其所有的化学反应，几乎都是在酶的催化和控制下进行的，酶的化学本质是蛋白质；免疫功能是机体的重要功能，抗体是重要的免疫分子，而抗体是血清中的γ球蛋白；运动需要依靠肌肉的收缩实现，而肌肉的收缩则是肌球蛋白和肌动蛋白相对滑动的结果；有的蛋白质还具有运输功能，如血红蛋白是氧的运输载体，血浆脂蛋白是脂类的运输形式等；激素是机体内重要的信息分子，它把调节生命活动的信息传送到各个细胞，以保证机体的正常生命活动，体内有一类激素

《基因指导蛋白质的合成》教学设计

一、教学目标的确定

依据《课程标准》，将本节课的三维目标确定为： 1．知识与技能

(1)了解RNA基本单位、化学组成和种类，比较RNA与DNA在结构和分布等方面的不同点；

(2)理解转录和翻译的过程；

(3)区分相关概念：密码子与反密码子；

(4)解释DNA碱基、RNA碱基和氨基酸之间大致的数量关系； (5)比较DNA复制、转录和翻译三者的不同点。 2．过程与方法

(1) 运用数学方法，分析碱基与氨基酸之间的对应关系，培养学生分析和推理的能力。 （2）利用课本插图和课件，培养学生的读图能力和归纳能力。 3．情感态度与价值观

（1）体验基因表达过程的和谐美，基因表达原理的逻辑美、简约美。

（2）认同人类探索基因表达的奥秘的过程仍未终结，激发学生探知未知世界的欲望。 二 、教学重点和难点 1．教学重点 遗传信息转录过程。 2．教学难点 遗传信息转录过程。 三、教材分析

本节内容是必修2《遗传与进化》中第4章《基因的表达》的开篇，在明确了“基因在哪里”和“基因是什么”的问题后，教材紧接着介绍基因是如何起作用的，即基因表达的问题。这节内容通过“为什么RNA适于作DNA的信使？”、“DNA的遗传信息是怎么传给mR