2010遺傳學
parta 熱動力學與蛋白質分子的構象
一種蛋白質自身所採取的構象或者功能狀態取決於熱動力學。（如典型的核糖核酸酶實驗）
蛋白質的天然構象或者有功能的構象是由熱力學規律控制的：酵素破壞氫鍵，巰基乙醇破壞二硫鍵
1 ）部分決定於多肽鏈氨基酸殘基的區域性分布;
2 ）在非區域性構造特徵摺疊中，由重要的起主導的作用力決定。
作用力講課順序從強到弱
由於不同的靜電作用，原子間的作用力影響蛋白分子中的每個原子表面勢能、量子力、分子與周圍溶劑（一般為水）的熱力學性質
一、共價作用力
特點：蛋白質的原子之間共價作用力大於非共價力，之間的相互作用力是與各原子核之間的距離和鍵角有關的。
緊密接觸（原子核相隔不到的范德華半徑數值）未成鍵原子之間的複雜作用。。
非緊密接觸鄰近電子間形成的鍵是區域性構象引數主要的決定因素，並且未成鍵原子互相排斥力，是乙個主要的對空間構象的侷限。
二、靜電作用力
包括：1）帶電基團之間相互作用；
2）偶極離子之間的相互作用 。
1、電荷間的相互作用
1 ）產生靜電作用力的基團包括電荷間與偶極間的相互作用。電荷與電荷間的相互作用和ｑ1ｑ2 間的潛能有關，ｑ1, /4πε0εrｑ2 ，原子中兩電荷之間的距離為r，ε0 是真空電容率，ε 是溶液的電介質常數
這些庫侖力是長距離作用力，但由於干擾和周圍的高介電常數物質例如水或溶質離子存在而大大減小，電荷表面間的相互作用，而不是點電荷，具有更長的作用距離，受溶質離子影響更深，特別是多價離子;
2 、偶極離子間的相互作用
1) 偶極離子間勢能 -3/4qu cos /4 o r2 -3/4/q2u2/6(4 o )2 ktr4, 其中k是玻爾茲曼常數和t是絕對溫度
2）偶極離子間的能量
3/4qu cos /4 o to r3（乙個偶極子之間的角度和r3成反比的函式）
–u12u22/3(4 o )2ktr6.------為了自由旋轉偶極子（偶極相互作用） ，給予能源(keesom energy) 由於蛋白質分子內的相互作用，偶極更合適的，作用時間相對長。
3、四極電荷，偶極-四極，四極-四極間的相互作用弱於那些電荷和偶極離子，並各自依靠r-3, r-4 and r-5
功能：蛋白質中最重要的四極電子基團是芳香環，他們間的弱極性相互作用，對蛋白質結構穩定性有著重要作用。
三、范德華力
請參看另外一本參考…
四、氫鍵
概念：氫鍵描述的是乙個帶有部分正電荷氫原子與乙個以共價鍵相連的電負性供電原子間的相互作用，受體原子具有電子密度。 氫鍵在蛋白質結構有重要作用，它被普遍認為有別於一般的偶極相互作用。
供體和受體間的氫鍵
氫鍵鍵能：
（1）氫鍵相互作用的勢能的是兩個電負性原子核間的距離和在氫原子與受體原子間的取向有關的乙個複雜的功能作用:
1 氫原子間的氫鍵是線性的在受體原子中的角度取決於原子雜化的軌道： sp2受體（如碳-氧）是120 ，並在sp2的雜化軌道或sp3受體（如絲氨酸oh）為109.5。
然而，即使有乙個很大角度變化範圍，當偏離理想狀態相當大時（ +40 ）也只有輕微的自由能變化。
2 氫鍵的強度與鍵長成反比在蛋白質中主鏈氨基酸間形成氫鍵，n-o間距離是0。29奈米（b-摺疊）-0。30奈米（ -螺旋），但由弱的氫鍵維持的電負性原子之間的距離最大值也會超過0.
35 nm左右。
3 在某些情況下，兩個受體原子的氫原子間相互作用，形成乙個半氫鍵鍵長相當長，分享鍵能結合在一起。這種型別有別於正常的受體間形成的雙氫鍵（尤其是大多數氧原子） ，在這種情況下，形成的第二個氫鍵降低了第乙個的鍵能。
4 帶相反電荷供體和受體間氫鍵作用特別強，可能存在多個氫鍵精氨酸胍基和天冬氨酸羧基或谷氨酸殘基之間也同樣存在這種情況。在非極性環境下對於偶極-偶極離子間相互作用，氫鍵也是增強的。
（2）在真空中供體和受體之間形成氫鍵的自由能，一般8-40千焦/ mol範圍內。然而，水是乙個很好的氫鍵供體和受體，例如氨基和水及氨基和氨基間氫鍵能量差值是很小的。蛋白質中供體和受體間形成氫鍵，無論是蛋白質內或溶劑。
五、疏水作用（必考！）
可能需要結合一些具體的例子考
（概念）由於溶劑水的存在，水分子間發生強烈的相互作用，導致非極性溶質相互排斥。
自從kauzmann (1959) 提出這個新的觀點，疏水作用力普遍被認為是穩定球蛋白摺疊狀態的主要影響因素，它具有疏水的內部（和油滴相連）和極性（親水的）外部。
疏水作用的解釋：
1 ）疏水效應的一種解釋：與極性水相相比，水分子在非極性表面的自由度減少造成的
2 ）另一種理解疏水作用力的途徑是分子表面張力的擴充套件。這種直觀分析方法的作用體現在：它指出了疏水作用力是依賴於水分子與非極性表面接近程度的減少（chothia, 1974）。
雖然表面張力這種巨集觀概念與分子表面尺寸（維度）不相符合，但是很接近，包括表面自由能彎曲（曲度），使微觀（分子）與巨集觀（碳水化合物與水分子分介面的表面張力）協調一致
3）此外，溶劑熵值也是與疏水效應相關的因素，蛋白質分子的熵值有對摺疊構象的穩定有乙個大的影響。
partb二級結構的概念
（定義）二級結構是在多肽鏈的主鏈內部的原子空間排列布局，而不考慮到其側鏈或與其有關的其他片段。
partb c 肽骨架：鍵和鍵角
一、鍵長
研究表明，肽鍵是剛性的平面（稱為肽平面或醯胺平面），其中n原子與羧基c原子之間的鍵具有部分雙鍵性質，不能旋轉。
二、鍵角
1、構象角的定義
本書中所出現的扭轉角和構象角被視為同一概念。考察乙個四原子體系a一b一c一d，假定鍵長、鍵角都是固定的，則扭轉角定義為平面abc與平面bcd之間的夾角，以表示。沿著**2個原子連線的方向bc（或cb，2種方向均可）**時，以近端的乙個鍵a一b(或c一d）作為標準參考，若遠端的鍵c一d（或a一b）相對0°為順時針方向旋轉時，定義為正值；若為反時針方向，定義為負值。
如果遠端鍵與近端鍵投影重合形成順式構象，定義 ＝0° ，若為反式構象，則 =180°，並規定一180° ＜ ＜180°
2、多肽鏈主鏈的扭轉角
1)、定義：沿著主鏈的氨基酸序列的方向，將圍繞著n一c 鍵、c －c鍵及c－n鍵的旋轉各自涉及到的4個原子的扭轉角，分別以希臘字母 , 和表示；
2）、性質
a. 扭轉角 ：由於肽鍵是乙個剛性平面而且通常是反式構象，因此幾乎所有多肽鏈的都接近於於180°，不過有時g1y或pro可形成順式肽鍵，即接近於0°。(c 連線兩個剛性平面)
b. 扭轉角和 ：另外2個扭轉角和的旋轉實際上是所有蛋白質構象變化的**，是蛋白質立體結構的重要引數。
但是這種旋轉是受原子間的相互作用所限制的，即每對原子之間的接觸距離不能小於兩者的范德華半徑之和。
（扭轉角和可變化的範圍——ramachandran構象圖）
（肯能會考到）
partb d 螺旋結構—— 螺旋
螺旋結構可按下列參量來定義：每圈的氨基酸殘基數（n），單位高度(沿著螺旋軸每個氨基酸長度)（h），單位扭角（沿螺旋軸每個氨基酸旋轉的角度）（t= 360°/n）。
1、 -螺旋模型(n = 3.6, h = 0.15 nm )
1)聚丙氨酸- 螺旋;
主鏈的二面角角度為：ф，-57.4°；ψ，-47.
5°；ω，-179.8°；其他的引數為：n，每輪螺旋含3.
62個氨基酸；h，0.15 nm（每輪0.543 nm）;n-h…o鍵長為0.
286 nm。
下圖所示這種螺旋結構中，用圓柱體的極線座標表示出每一輪原子的位置。相對於螺旋軸的氨基碳，氧原子發生傾斜，nh鍵幾乎平行於螺旋軸。
2)其他氨基酸殘基 -螺旋形式( -63 o, -40 o )
baker and hubbard 檢測了一系列蛋白質中α-螺旋的主鏈二面角，大約為（ф-63°，ψ-40°），與α-多聚-l-丙氨酸中角度大不相同；這被barlow and thornton(1988) 證實，他們同時發現，在一些相似的蛋白質中，平均角度值為（-62°，-41°）。
3） 兩性分子螺旋
兩性分子螺旋，一面是非極性側鏈，而相反的一面是極性並帶電荷的基團。這種結構形象的描述為螺旋輪結構。
學案4蛋白質的結構與功能
編寫 榮巧梅審核 李紅玲批准2012年9月10日 姓名班級 學習目標 1 了解蛋白質的元素組成及基本組成單位 2 理解氨基酸的種類 3 了解氨基酸通過脫水縮合形成蛋白質的過程 4 理解蛋白質的結構和功能，認同蛋白質的結構和功能的關係 5.掌握蛋白質的相關計算。重難點 1 氨基酸的組成與結構。2 蛋白...
蛋白質的結構」說課稿
蛋白質的結構 是高中新教材的必修 第二章第二節中的理論內容。一 說教材 蛋白質的相關內容在高中生物教學中是乙個重點也是乙個難點，尤其是蛋白質的結構多樣性是學生理解蛋白質功能多樣性的基礎，也是理解生命多樣性的基礎。對於 蛋白質的結構 的學習，教材安排了通過思考討論來完成，這種安排符合學生思維發展過程 ...
蛋白質的計算
晚上再吃家宴，沒敢吃肉和蝦，只吃了4兩鱖魚 按一半純肉100克算，約18克蛋白質 加上2兩公尺飯 7克蛋白質 200克蔬菜 2克蛋白質 再加上飯後嗑瓜子100克，純瓜子仁按40克算 8克蛋白質 再考慮水果半斤多還有大約1克蛋白質，共計36克蛋白質。如此，非常保守的吃法，相當符合中國居民膳食寶塔的各類...