1 蛋白质一级结构的含义
蛋白质的一级结构也叫初级结构或基本结构,是指在每种蛋白质中多肽链中氨基酸的排列顺序,包括二硫键的位置。蛋白质一级结构是理解蛋白质结构、作用机制以及与其同源蛋白质生理功能的必要基础。
2 肽键的定义和形成过程
肽键是由1个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基除去一分子水缩合而成的酰胺键(—CO-NH—)。肽键是蛋白质分子中的主要共价键,性质比较稳定。它虽是单键,但具有部分双键的性质,难以自由旋转而有一定的刚性。以下为其形成过程:
图1-2-1
3 肽平面(酰胺平面)的定义
肽键具有一定程度的双键性质,参与肽键的六个原子C、H、O、N、Cα1、Cα2不能自由转动,位于同一平面,此平面就是肽平面,也叫酰胺平面。
4 肽平面的基本特征
(1)肽平面的键长和键角一定。
(2)肽键由40%的双键性质,相关的6个原子处在同一平面。
(3)肽键的原子排列呈反式构型。
(4)相邻的肽平面构成二面角。
1 多肽链的方向性
多肽链是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。多肽链具有两端,分别为:
(1)N末端,多肽链中有自由氨基的一端;
(2)C末端,多肽链中具有自由羧基的一端。
多肽链中氨基酸残基按一定顺序排列,氨基酸顺序一般从N末端开始,以C末端氨基酸残基为终点。
2 书写表达式
N末端放在左边,C末端放在右边,用连字符将氨基酸从N末端到C末端连接起来。
举例:Ser-Gly-Tyr-Ala
将氨基酸及数量写在括号里,并以逗号间隔。
举例:(Ala,Cys 2 ,Gly)
3 寡肽、多肽的定义
(1)寡肽:是多肽的一种分类,分子量段一般在1000道尔顿以下,也称作小肽、低聚肽或称为小分子活性肽,一般由4~10个氨基酸组成,与其他肽的区别是在人体不需消化,即可直接吸收。
(2)多肽:是α-氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物,是蛋白质水解的中间产物。由两个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫做二肽,同理类推还有三肽、四肽、五肽等。通常由10~100个氨基酸分子脱水缩合而成的化合物叫多肽。
4 谷胱甘肽(GSH)和缬氨霉素两个典型活性肽在生物体内的特殊作用
谷胱甘肽(glutathione,GSH)是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸结合,含有巯基的三肽,具有抗氧化作用和整合解毒作用。半胱氨酸上的巯基为谷胱甘肽活性基团(故谷胱甘肽常简写为G-SH),易与某些药物(如扑热息痛)、毒素(如自由基)等结合,而具有整合解毒作用。故谷胱甘肽(尤其是肝细胞内的谷胱甘肽)能参与生物转化作用,从而把机体内有害的毒物转化为无害的物质,排泄出体外。谷胱甘肽还能帮助保持正常的免疫系统的功能。
缬氨霉素是一种由12个氨基酸组成的环形小肽,它是一种脂溶性的抗生素。将缬氨霉素插入脂质体后,通过环的疏水面与脂双层相连,极性的内部能精确地固定K + 。它在一侧结合K + ,然后通过脂双层向内侧移动,在另一侧将K + 释放到细胞内。缬氨酶素可使K + 的扩散速率提高100000倍,但是它不能有效地提高Na + 的扩散速度。
蛋白质氨基酸顺序的特异性是指不同氨基酸的排列顺序以及蛋白质中所含有的某种氨基酸的数量不同。
蛋白质分子中氨基酸的排列的特异性的决定因素是mRNA分子中单核苷酸的排列顺序。mRNA即信使RNA,是由DNA的一条链作为模板转录而来的、携带遗传信息的能指导蛋白质合成的一类单链核糖核酸。以细胞中基因为模板,依据碱基互补配对原则转录生成mRNA后,mRNA就含有与DNA分子中某些功能片段相对应的碱基序列,作为蛋白质生物合成的直接模板。
1 蛋白质测序的基本原理、基本策略
蛋白质测序,主要指的是蛋白质的一级结构的测定。虽然现在许多蛋白质的序列是直接从DNA序列推演出来的,但使用较多的仍为多肽测序法。蛋白质测定的一般策略可以概括为以下几个步骤:
(1)确定蛋白质分子中不同多肽链的数目;
(2)拆分蛋白质分子的多肽链;
(3)断裂多肽链内的二硫键:巯基乙醇处理;
(4)分析每一多肽链的氨基酸组成:核苷酸序列推定多肽的氨基酸序列;
(5)鉴定多肽链的N端和C端残基:DNFB法、DNS法、PTTC法等测定N-末端残基;羧肽酶法测定C-末端残基;
(6)裂解多肽链成较小的片段:酶裂解法、CBr化学裂解;
(7)测定各肽段的氨基酸序列:Edman化学降解和电喷射串联质谱技术;
(8)重建完整多肽链的一级结构:重叠拼凑法;
(9)确定二硫键的位置:对角线电泳。
2 测定蛋白质N-末端氨基酸的常见方法
N末端氨基酸残基被异硫氰酸苯酯修饰,然后从多肽链上切下修饰的残基,再经层析鉴定,余下的多肽链(少了一个残基)被回收再进行下一轮降解循环。由于Edman降解是以化学试剂对N-端氨基的修饰为基础的,因此当N-端被其他化学基团所封闭时,就需要先去除这些基团,然后才能进行测序。
在弱碱性、暗处、室温或40℃条件下,氨基酸的α-氨基很容易与2,4-二硝基氟苯(缩写为FDNB或DNFB)反应,生成黄色的2,4-二硝基苯氨基酸。多肽或蛋白质的N-末端氨基酸的α-氨基也能与FDNB反应,生成一种二硝基苯肽(DNP-肽)。由于硝基苯与氨基结合牢固,不易被水解,因此当DNP-多肽被酸水解时,所有肽键均被水解,只有N-末端氨基酸仍连在DNP上,所以产物为黄色的DNP-氨基酸和其他氨基酸的混合液。混合液中只有DNP-氨基酸溶于乙酸乙酯,所以可以用乙酸乙酯抽提并将抽提液进行色谱分析,再以标准的DNP-氨基酸作为对照鉴定出此氨基酸的种类。
氨肽酶是一类肽链外切酶或叫外肽酶,能从多肽链的N端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解释放的氨基酸种类和数量,按反应时间和残基释放量作动力学曲线,就能知道该蛋白质的N端残基序列。
1 同源蛋白、可变残基、不变残基的概念
(1)同源蛋白:是指氨基酸序列具有明显的相似性,在不同生物体或同一机体内行使相同或相似功能的蛋白质。同源蛋白质具有物种差异性和共同的进化起源。研究发现,同源蛋白质越接近,物种的亲缘关系越亲。
(2)可变残基:对蛋白质功能不太重要的氨基酸残基在进化期间可能发生改变,即一种残基可被另一种残基替换,这些氨基酸残基被称为可变残基。
(3)不变残基:对于某一种蛋白质而言,其生物功能所必须的氨基酸残基在整个进化中几乎保持不变,是保守的,称为不变残基。
2 蛋白质序列分析的生物学意义
分析蛋白质序列,即可以从蛋白质的线性氨基酸序列得到它的三维结构、功能、细胞定位和进化等方面的分析。蛋白质序列测定主要可以提供以下几种参数:
(1)为DNA序列分析找出探针。
(2)作为蛋白质和肽类纯度鉴定。
(3)研究蛋白质的结构及功能之间的关系及蛋白质结构的同源性。
(4)确定蛋白质的生物活性部位,酶与底物结合及催化位点。
(5)确定核酸密码中蛋白质序列的起始位点及结束位点。
(6)科学地解释蛋白质晶体结构、蛋白质分子进化的分支点、分子遗传疾病的发病机理等。