猪瘟病毒蛋白的结构与功能

猪瘟病毒蛋白的结构与功能

李　军　杨　威3　陈凤莲　赵　武　(广西兽医研究所　广西南宁　530001)

猪瘟是由猪瘟病毒(Classical swine fever virus,CSFV)引起的一种急性、热性和高度接触性的病毒性传染病。猪瘟因其流行广泛、发病率和死亡率高,给许多国家的养猪业造成巨大的经济损失,在世界动物卫生组织制定的《国际动物卫生法典》中,它被列为A类16种法定传染病之一;在我国制定的《家畜家禽防疫条例实施细则》中也被列为一类传染病。当前猪瘟防治主要还是依赖于疫苗,虽然猪瘟疫苗的使用降低了猪瘟的发病率和死亡率,但是CSFV持续性感染导致的免疫失败,使人们开始把研究重点转向对病毒与宿主相互作用的研究。反向遗传学技术的出现,为我们了解病毒的基因结构、蛋白功能、基因重组提供了技术平台,得以从整个基因组水平来研究错综复杂、相互关联的基因组和蛋白组,这使得CSFV的病原学研究取得了新突破。本文现将国内外近年来对CSFV基因结构、病毒蛋白功能上的研究作一综述。1　病毒的基因组结构

CSFV是一种有囊膜的正链单股RNA病毒,与牛病毒性黏膜腹泻病毒(BVDV)和羊边界病毒(BDV)同属黄病毒科瘟病毒属成员。CSFV基因组大小约12.3kb,5’非编码区由373个核苷酸组成,含有RNA复制所需的顺式作用元件和一个帽不依赖性翻译所需的内部核糖体进入位点;3’非编码区约由229～244个核苷酸组成,参与RNA的复制。CSFV 只编码一个大约3900氨基酸残基的多聚蛋白开放阅读框(ORF),该多聚蛋白在翻译过程中和翻译后,在病毒编码的蛋白酶和宿主细胞酶的作用下,分解成为4个结构蛋白(C、E rns、E1和E2)和8个非结构蛋白(N pro、P7、NS2、NS3、NS4A、NS4A、NS4B、NS5A、NS5B)。

2　病毒的蛋白

CSFV蛋白在病毒基因组的编码顺序为:N pro、C、E rns、E1、E2、P7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A和NS5B。N pro、C、E rns、E1、E2、P7和NS2蛋白对于病毒RNA复制是非必需的,NS3、NS4A、NS4B和NS5A形成复制复合体与具有RNA依赖性RNA聚合酶活性的NS5B共同参与病毒RNA的复制。

2.1　N pro蛋白

N pro蛋白由168个氨基酸残基组成,分子量为23K Da,是一种具有蛋白水解酶活性的半胱氨酸蛋白酶。N pro是CS2 FV中最先翻译的非结构蛋白,能在Cys168与Ser169间自我裂解,产生自己的C端,成为成熟的病毒蛋白。G lu22、His49和Cys69是保持N pro蛋白水解酶活性所必需的氨基酸残基。Tratschin等(1998)用鼠的泛素基因替换CSFV的N pro基因,证明了N pro对病毒在传代细胞内的复制是非必需的。Mayer D等〔1〕将猪瘟中等毒力株Alfort/187和强毒株Eystrup的N pro基因分别缺失后感染猪,结果猪产生了高水平的抗体并可以抵抗强毒的攻击。用疫苗株Riems的N pro基因置换强毒株Eystrup的N pro基因,得到重组病毒仍然为强毒株。因此, N pro只是CSFV的一个毒力相关基因,对CSFV各毒株的毒力不起决定作用。

Ruggli N等〔2,3〕对CSFV干扰宿主细胞抗病毒机制进行了研究,发现CSFV感染巨噬细胞后,可以抑制poly(IC)诱导巨噬细胞产生IFN-α/β,缺失了N pro基因的病毒,虽然在生长特性和蛋白表达水平上与野型病毒相似,但是失去了抑制

细胞产生IFN-α/β的能力。

La Rocca S A等〔4〕研究了N pro抑制细胞产生IFN-α/β的机制,发现N pro可以对参与IFN-α/β转录的干扰素调节因子3(IRF-3)起到抑制作用。在辛德毕斯病毒感染的细胞,可以观察到IRF-3从细胞质移位到细胞核,启动IFN-α/β的转录;而CSFV感染的细胞却与未受感染的细胞相似,虽然也有IRF-3穿梭于细胞核与细胞质间,但IRF-3主要定位在细胞质内。随后的研究证实,N pro蛋白是通过蛋白酶体降解途径降解IRF-3〔5〕。这些结果表明N pro有助于CS2 FV逃避机体的天然免疫,建立持续性感染。

2.2　C蛋白

C蛋白由99个氨基酸残基组成,分子量为14K Da,是CSFV的衣壳蛋白,其N端由有蛋白水解酶活性的N pro蛋白在Ser169处切割产生,其C末端是宿主细胞的信号肽酶在Ala265处切割产生〔6〕。C蛋白除了与病毒基因组RNA结合,保护病毒RNA外,还具有转录调节作用。C蛋白通过自身的核定位序列KKKGKV进入细胞核,激活热休克蛋白基因的启动子,启动热休克蛋白的转录。热休克蛋白作为一种伴侣分子,它的大量表达有助于病毒蛋白的折叠和病毒粒子的装配。

2.3　E rns蛋白

2.3.1　E rns蛋白的结构:E rns蛋白是分子量为26K Da的囊膜糖蛋白,由227个氨基酸残基组成(G lu268-Ala494),有9个潜在的N-糖基化位点。多肽链中的9个半胱氨酸残基维持蛋白结构,其中Cys438起着维系E rns二聚体的作用,van G ennip H G等〔7〕将E rns的Cys438突变为Ser后,E rns单体不能形成二聚体,降低了病毒粒子与SK-6细胞表面受体硫酸乙酰肝素的亲和力,影响了病毒的复制效率。

2.3.2　E rns蛋白的RNase活性:Schneider等(1993)报道了

E rns具有RNase活性,RNase活性最适p H为6.0～6.5,最适温度为55℃,酶活性不受Ca2+、Mg2+或EDTA(1mM)的影响。E rns对DNA没有活性,只作用于单链RNA,对富含U序列活性最高。E rns蛋白的His297和His346是酶的催化位点, His297和His346的突变虽然不会影响病毒在细胞中的增殖,但可使E rns丧失RNase活性,导致病毒毒力减弱,而且His297的缺失则可直接导致病毒无感染性。由于E rns具有RNase活性,在体外试验中,它不仅可以完全抑制刀豆素A 诱导的淋巴细胞增殖,还可以导致淋巴细胞凋亡。因此,E rns 的RNase活性不仅影响了病毒的毒力,而且还可能是CSFV 发生持续性感染的原因。

2.3.3　E rns蛋白在CSFV侵入中的作用:Hulst M M等(1997)的研究表明,CSFV感染传代细胞SK-6是通过其两个囊膜糖蛋白E rns和E2分别作用于细胞表面的不同受体来进行的。首先是E rns与细胞表面受体的不可逆结合介导了病毒的吸附;其次是E2与细胞表面特异性受体的可逆结合介导病毒的穿入。CSFV Brescia株在SK-6细胞上连续传代后,位于E rns内的476位氨基酸由不带电荷的丝氨酸突变为带正电荷的精氨酸,病毒通过这种突变可以更好地吸附在细胞表面带负电荷的硫酸乙酰肝素上,提高了病毒的复制效率,其毒力只是轻微减弱或没有改变〔8～11〕。巨噬细胞表面

3为通讯作者。 基金项目:广西自然科学基金(桂科自0728103)。

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也有硫酸乙酰肝素表达,但是CSFV感染巨噬细胞后却没有观察到476位氨基酸残基由丝氨酸突变到精氨酸〔9〕,因此, CSFV可能采取一种不依赖硫酸乙酰肝素作为受体的方式来感染巨噬细胞,这表明了CSFV有复杂的感染机制,可选择多个细胞受体来介导病毒的侵入。

2.3.4　E rns蛋白的抗原特性:E rns单独诱导产生的中和抗体可以抵抗CSFV强毒的攻击,因此E rns也是防治猪瘟的一个靶蛋白。E rns的抗原位点位于332～412位、351～427位和376～487位氨基酸残基三个重叠抗原区中〔12〕。376～412位和376～427位氨基酸残基为构象型表位,具有高度敏感性,可识别CSFV感染后第7d所出现的抗体〔13〕。Zhang F 等〔14〕用随机肽库进行E rns中和表位的鉴定,获得了分别针对3个单抗的3个中和表位,分别定位于351～356位或348～350位、384～386及322～323位、380～386位氨基酸区域。

2.4　E1蛋白

E1蛋白是CSFV的囊膜蛋白,去糖基的蛋白骨架分子量为21.8K Da,由195个氨基酸残基组成(Leu495-G ly689),有3个潜在的N-糖基化位点。该蛋白是由宿主细胞蛋白水解酶、信号肽酶及糖基化酶共同加工产生。蛋白有两段疏水区,Thr659～G ly689是E1转位的信号肽,Leu548～Pro579是E1向内质网腔转位的终止信号。在病毒粒子中,E1与E2的C端通过共价键形成异源二聚体,锚定在病毒粒子的囊膜表面,由于E1埋在病毒囊膜内,所以不能诱导产生中和抗体。E1对病毒的毒力也有一定的影响,在E1C 端插入19个碱基会导致重组病毒无毒力,并可抵抗强毒的攻击〔15〕。

2.5　E2蛋白

2.5.1　E2蛋白的结构:E2是CSFV的囊膜蛋白,去糖基的蛋白骨架分子量为41.5K Da,由373个氨基酸残基组成(Arg690-G lu1062)。E2有5个N-糖基化位点,在每个位点上都可与一个2～3K Da的低聚糖相连,这些糖基化位点对CSFV的感染至关重要,若同时将它们突变,病毒则失去了感染性。在这5个糖基化位点中,Asn805的糖基化对病毒的毒力至关重要,它的突变可导致病毒丧失毒力〔16〕。E2有15个属内均保守的半胱氨酸残基(Cys),其中N端6个Cys 与其空间结构及抗原性密切相关,C端9个Cys参与同源或异源二聚体的形成。

2.5.2　E2蛋白的抗原特性:E2是CSFV的三个囊膜糖蛋白中保守性最低、最容易发生变异的囊膜糖蛋白,同时还是CS2 FV的主要保护抗原,可诱导产生中和抗体。E2的抗原位点主要分布在N端690～866位氨基酸残基上,分为4个抗原区,A、B、C和D区分别位于766～865、690～799、690～799和775～788位氨基酸残基之间。在空间结构上,A区和D 区、B区和C区间形成两个相对独立的结构单位,A区和D 区通过Cys792和Cys856、Cys818和Cys828之间形成的两对二硫键连接形成;B区和C区通过Cys693和Cys737之间的二硫键连接形成。

A区还可分为A1、A2、A33个亚区。A1、A2亚区保守, A3、B、C和D区均呈不同程度的变异。A1、B和C可诱导产生中和抗体,而且A1和B、A1和C之间诱导的中和反应有协同作用。A、B、C和D各区域的抗原表位数分别是8、6、3和1,A1、A1和A3各亚区的抗原表位数分别是4、3和1。A1和A2亚区相连,其抗原表位分别位于775～865和775～812位氨基酸残基之间,A3亚区靠近B和C区,位于766～813位氨基酸之间。Van Rijn P A等(1994)研究表明,CSFV在693、710、724、725、729、734、737和738等氨基酸位点的改变,将导致毒株逃脱与特定单抗的免疫反应。Dong X N 等〔17〕研究E2肽疫苗保护强毒攻击试验时发现氨基酸693-716肽段具有强大的保护能力,而氨基酸723～745、741～760、755～777肽段保护力较弱,氨基酸712～727肽段无保护力。

2.5.3　E2蛋白对毒力的影响:Lin M等〔18〕用E2单克隆抗体WH303识别出一个在CSFV中高度保守,而在其它瘟病毒成员(BVDV和BVD)中变异很大的抗原表位TAVSPT2 TL R(829～837位氨基酸残基)。Risatti G R等〔19〕在这个抗原位点上,用BVDV NADL株与CSFV Brescia株置换,得到的重组病毒与亲代病毒相比,不仅病毒滴度下降、病毒空斑减少,而且对猪无致死性,可保护猪抵抗亲代病毒的攻击。这提示了抗原表位T A VSPTT LR在CSFV毒力中的重要作用。

Risatti G R等〔20〕用疫苗株CS株的E2置换了强毒Bres2 cia株的E2,获得的重组病毒对猪的毒力下降,病毒在扁桃体的复制显著减少,只出现短暂的病毒血症。进一步的研究表明,CS株和Brescia株E2C端882～1064区域中有13个氨基酸的变异,这些氨基酸对病毒毒力致弱起着关键作用,它们单个或多个的置换对毒力没有影响,只有全部置换才会导致毒力致弱〔21〕。

由此可见,E2对CSFV的毒力影响很大,但是E2并不是CSFV毒力的决定单位,用Brescia株的结构蛋白置换CS 株的结构蛋白所获得的重组病毒,毒力却仍维持弱毒〔20〕,说明E2只是CSFV毒力的其中一个成分,其它非结构蛋白对CSFV的毒力也有影响。

2.6　P7蛋白

P7蛋白是一个70个氨基酸残基组成的、分子量为7K Da的小肽,由宿主细胞的信号肽酶在多聚蛋白的第1063位的亮氨酸残基(Leu)处剪切产生,通常E2与P7间的断裂不完全,在CSFV感染细胞内,E2有两种存在形式:E2和E2 -P7。在病毒粒子中,只存在E2,不含有P7。CSFV在细胞质内的装配主要依赖囊膜糖蛋白与衣壳蛋白的特异性相互作用,由于CSFV的囊膜糖蛋白缺乏胞质区,而P7主要由疏水性氨基酸残基组成,其中的1096～1102位氨基酸残基RDEPIKK可能正处于细胞质内,因此可与衣壳蛋白作用,启动病毒的出芽。

2.7　NS2蛋白和NS3蛋白

2.7.1　NS2的结构和功能:NS2是一个具有自我剪切功能的蛋白酶,可将前体蛋白NS2～3切割成NS2和NS3,其中His1447和Cys1512是保持NS2蛋白酶活性所必需的氨基酸残基。NS2对病毒RNA复制是非必需的,病毒基因组中缺失NS2基因时,病毒亚基因组RNA复制速度加快,同时诱导细胞病变,这说明NS2基因虽然是病毒RNA复制非必需,但它可以调节病毒RNA复制,防止病毒RNA或蛋白在细胞内积聚过多而导致宿主细胞死亡。

2.7.2　NS3的结构和功能:NS3蛋白是一个具有丝氨酸蛋白酶活性、核苷三磷酸酶活性和RNA解旋酶活性的多功能蛋白酶〔22〕。NS3蛋白的丝氨酸蛋白酶和核苷三磷酸酶/ RNA解旋酶活性分别位于N端的1/3区和C端的2/3区,前者负责病毒多聚蛋白的翻译后加工,产生成熟的病毒蛋白;后者参与病毒RNA的复制过程。病毒RNA负链合成初期需要解开模板链的部分双链区,以保证复制酶沿着模板链前进,这时需要核苷三磷酸酶水解N TPs提供打开双链之间氢键所需的能量,而RNA解旋酶则打开氢键并阻止模板链与新生链之间重新碱基配对。核苷三磷酸酶与N TPs结合一般需要Mg2+的辅助,其活性可以被PolyA和PolyU加强。RNA解旋酶区域含有4个RNA解旋酶超家族共有的基序,基序1即Walker I基序,为1818～1822位氨基酸残基

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G A GKT,负责结合N TPs;基序2为1990～1913位氨基酸残基DEYH,参与与Mg2+结合。这两个基序负责对N TPs 的水解。基序3为1939～1941位氨基酸残基的TA T盒,基序4为2091～2098位氨基酸残基QRR GRV GR,它们共同参与RNA的解旋〔23〕。

2.7.3　NS2和NS3对病毒复制和装配的调控:在CSFV生命周期中,一旦NS2与蛋白分子伴侣Jiv相连,即发生自我裂解,前体蛋白NS2～3裂解为NS2和NS3,NS3在内质网膜上与NA4A及其下游的非结构蛋白NS4B、NS5A和NS5B形成复制复合体,以负链RNA为模板进行复制。在此过程中, NS3的丝氨酸蛋白酶活性、核苷三磷酸酶活性和RNA解旋酶活性对于RNA的复制是必需的。当病毒蛋白进入装配阶段时,NS2～3停止裂解,并与NS4A结合,辅助病毒感染性粒子的形成。因此,NS2介导的NS2～3的裂解在病毒RNA 复制和感染性病毒粒子形成中起到“转换”(switch)作用〔24〕。

2.8　NS4A蛋白和NS4B蛋白

NS4A蛋白是由64个氨基酸残基组成的、分子量约为6 K Da的小肽,N端多为疏水性氨基酸,C端多为带电荷氨基酸。NS4A是NS3蛋白的辅助因子,辅助NS3对NS4B/ NS5A和NS5A/NS5B间位点的断裂。NS4A中央区含有保守的带电荷氨基酸残基,构成其结构域。NS4B蛋白由347个氨基酸残基组成,分子量为38K Da,它与NS5A、NS5B共同形成RNA复制复合体。

2.9　NS5A蛋白和NS5B蛋白

NS5A蛋白由496个氨基酸残基组成,分子量为55 K Da。NS5A被丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸化后有助于病毒的增殖。

NS5B蛋白由718个氨基酸残基组成,分子量为82 K Da,存在有RNA聚合酶活性中心典型的序列G ly-Asp-Asp,为RNA依赖性RNA聚合酶〔25〕,主要分布在细胞质膜附近。它作为病毒的复制酶参与病毒基因组RNA的合成。在细胞质中,病毒基因组RNA在NS5B的作用下首先合成与之互补的负链RNA,再以负链RNA为模板大量合成病毒基因组RNA。

3　结语

虽然近年来在CSFV的基因组结构及其蛋白生物学功能方面取得了一些新的认识,但是,对于CSFV与宿主相互作用的机制仍有待阐清,特别是在对宿主细胞的调控上,CS2 FV是如何通过自己的蛋白来与宿主蛋白作用,从而利用宿主的转录和复制系统来为自己服务的。病毒在细胞内的复制和增殖是需要病毒蛋白、病毒核酸和宿主蛋白的共同参与,所以,阐明以上这些问题必须从病毒和宿主二个方面进行研究。只有通过研究CSFV与宿主细胞的相互作用的分子机制,才能为进一步研究CSFV致病机理提供更加可行的方法,为猪瘟的预防与控制寻找到新的途径。

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蛋白质结构与功能的关系

蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的结构包括一级结构、二级结构、三级结构、四级结构。 一级结构是蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。 蛋白质的二级结构是指多肽链的主链骨架本身在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非侧链基团之间的氢键决定的。常见的二级结构有α螺旋、三股螺旋、β折叠、β转角、β凸起和无规卷曲。α螺旋中肽链骨架围绕一个轴以螺旋的方式伸展，它可能是极性的、疏水的或两亲的。β折叠是肽链的一种相当伸展的结构，有平行和反平行两种。如果β股交替出现极性残基和非极性残基，那么就可以形成两亲的β折叠。β转角指伸展的肽链形成180°的U形回折结构而改变了肽链的方向。β凸起是由于β折叠股中额外插入一个氨基酸残基而形成的，它也能改变多肽链的走向。无规卷曲是在蛋白质分子中的一些极不规则的二级结构的总称。无规卷曲无固定走向，有时以环的形式存在，但不是任意变动的。从结构的稳定性上看，右手α螺旋＞β折叠＞ U型回折＞无规卷曲，但在功能上，酶与蛋白质的活性中心通常由无规卷曲充当，α右手螺旋和β折叠一般只起支持作用。 蛋白质的三级结构是指多肽链在二级结构的基础上，进一步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次级键以及二硫键维系的完整的三维结构。三级结构通常由模体和结构域组成。稳定三级结构的化学键包括氢键、疏水键、离子键、范德华力、金属配位键和二硫键。模体可用在一级结构上，特指具有特殊生化功能的序列模体，也可被用于功能模体或结构模体，相当于超二级结构。结构模体是结构域的组分，基本形式有αα、βαβ和βββ等。常见的模体包括：左手超螺旋、右手超螺旋、卷曲螺旋、螺旋束、α螺旋-环-α螺旋、Rossmann卷曲和希腊钥匙模体。结构域是在一个蛋白质分子内的相对独立的球状结构和/或功能模块，由若干个结构模体组成的相对独立的球形结构单位，它们通常是独自折叠形成的，与蛋白质的功能直接相关。一个结构域通常由一段连续的氨基酸序列组成。根据其占优势的二级结构元件的类型，结构域可分为五大类：α结构域、β结构域、α/β结构域、α+β 结构域、交联结构域。以上每一类结构域的二级结构元件可能有不同的组织方式，每一种组织就是一种结构模体。这些结构域都有疏水的核心，疏水核心是结构域稳定所必需的。 具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白质或多聚蛋白质才会有四级结构。组成寡聚蛋白质或多聚蛋白质的每一个亚基都有自己的三级结构。蛋白质的四级结构内容包括亚基的种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。驱动四级结构形成或稳定四级结构的作用力包括

蛋白质结构与功能的关系

蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的主要功能：已知有些蛋白质具有多种功能，也有些蛋白质功能至今尚未阐明。蛋白质在机体内几乎无处不发挥各种特有的功能。 1：构成细胞和生物体结构蛋白质是组成人体各种组织、器官、细胞的重要成分。人的肌肉，内脏、神经、血液、骨骼等，包括皮肤，毛发都含有丰富的蛋白质。蛋白质是细胞的重要结构组分，如膜蛋白质，细胞器的组成蛋白质，染色体蛋白质等。这些组织细胞每天都在不断的更新。因此，人体必须每天摄入一定量的蛋白质，作为构成和补充组织细胞的原料。 2：物质运输体内的各种物质主要通过血液进行运输。人体不断地从外界获取的营养物质和氧气运输到组织细胞，将代谢产生的废物排出体外。血红蛋白可以携带氧气到身体的各个部分，供组织细胞代谢使用。体内有许多营养素必须与某种特异的蛋白质结合，将其作为载体才能运转。例如血液中的载脂蛋白不仅运输脂质，还具有调节被运输脂质代谢的作用。清蛋白能与脂肪酸，ca2+.胆红素，磺酸等多种物质结合。此外，血浆中还有皮质激素传递蛋白，运铁蛋白，铜蓝蛋白等。 3：催化功能人体内每时每刻都进行着化学反应来实施新陈代谢。大量的酶类快速精准的催化化学反应，所有的生命活动都离不开酶和水的参与，没有酶就没有生命。这些各具特殊功能的酶，绝大多数是蛋白质。 4：信息交流存在于细胞膜上使细胞对外界刺激产生相应的效应的受体是蛋白质。信号转导通路中的衔接蛋白，含有各种能与其他蛋白质结合的结构域，能形成各种信号复合体。通过特异性的蛋白质—蛋白质相互作用形成蛋白质复合体来激活下游信号通路。 5：免疫功能保护机体抵抗相应病原体的感染的抗体、淋巴因子等免疫分子，都是蛋白质。6：氧化功能体内的蛋白质可以彻底氧化分解为水，二氧化碳，并释放能量。正常膳食情况下，机体首先利用糖提供能量。饥饿时，组织蛋白质分解增加，故氧化供能是蛋白质的生理功能。 7：维持机体的酸碱平衡机体内组织细胞必须处于合适的酸碱度范围内才能完成其正常的生理活动。机体的这种维持酸碱平衡的能力是通过肺，肾以及血液缓冲系统来实现的。蛋白质缓冲体系是血液缓冲系统的重要组成部分。因此，蛋白质在维持机体酸碱平衡方面起着十分重要的作用。 8：维持正常的血浆渗透压血浆胶体渗透压主要由蛋白质分子构成，其中，血浆清蛋白分子量较小，数目较多，决定血浆胶体渗透压的大小。血浆渗透压能使血浆和组织之间的物质交换保持平衡。如果血浆蛋白质特别是清蛋白的含量降低，血液内的水分便会过多地渗入周围组织，造成临床上的营养不良性水肿。

蛋白质结构与功能的关系94592

蛋白质结构与功能的关系 （The relationship between protein structure and function） 摘要蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强！现而今关于蛋白质功能研究还有待发展，一门新兴学科正在发展，血清蛋白组学，生物信息学等！本文仅就蛋白质结构与其功能关系进行粗略阐述。 关键词：蛋白质结构；折叠/功能关系；蛋白质构象紊乱症；分子伴侣 Keywords：protein structure；fold／function relationship；protein conformational disorder；molecular chaperons 虽然蛋白质结构与生物功能的关系比序列与功能的关系更加紧密，但结构与功能的这种关联亦若隐若现，并不能排除折叠差别悬殊的蛋白质执行相似的功能，折叠相似的蛋白质执行差别悬殊功能的现象的存在。无奈，该领域仍不得不将100多年前Fisher提出的“锁一钥匙”模型(“lock—key”model)和50多年前Koshand提出的诱导契合模型(induce fitmodel)作为蛋白质实现功能的理论基础。这2个略显粗糙的模型只是认为蛋白质执行功能的部位局限在结构中的一个或几个小区域内，此类区域通常是蛋白质表面上的凹洞或裂隙。这种凹洞或裂隙被称为“活性部位(active site)”或“别构部位（fallosteric site）”，凹陷部位与配体分子在空间形状和静电上互补。此外，在酶的活性部位中还存在着几个作为催化基团(catalyticgroup)的氨基酸残基。对蛋白质未来的研究应从实验基本数据的归纳和统计入手，从原始的水平上发现蛋白质的潜藏机制【1】。 蛋白质结构与功能关系的研究主要是以力求刻画蛋白质的3D结构的几何学为基础的。蛋白质结构既非规则的几何形，又非完全的无规线团(randomcoil)，而是有序(α一螺旋和β一折叠)与无序(线团或环域loop)的混合体。理解蛋白质3D结构的技巧是将结构简化，只保留某种几何特征或拓扑模式，并将其数字化。探求数字中所蕴含的规律，且根据这一规律将蛋白质进行分类，再将分类的结构与蛋白质的功能进行比较，以检验蛋白质抽象结构的合理性。如果一种对蛋白质结构的简化、比较和分类能与蛋自质的功能有较好地对应关系，那么这就是一种对蛋白质结构的有价值的理解。蛋白质结构中，多种弱力(氢键、范德华力、静电相互作用、疏水相互作用、堆积力等)和可逆的二硫键使多肽链折叠成特定的构象。从某种意义上说，共价键维系了蛋白质的一级结构；主链上的氢键维系了蛋白质的二级结构；而氨基酸侧链的相互作用和二硫桥维系着蛋白质的三级结构。亚基(subunit)内部的侧链相互作用是构象稳定的基础，蛋白质链之间的侧链的相互作用是亚基组装(四级结构)的基础，而蛋白质中侧链与配体基团问的相互作用是蛋白质行使功能的基础。 牛胰核糖核酸酶(RNase)变性和复性的实验是蛋白质结构与功能关系的很好例证。蛋白质空间结构遭到破坏；，可导致蛋白质的理比性质和生物学性质的变化，这就是蛋白质变性。变性的蛋白质，只要其一级结构仍然完好，可在一定条件下恢复其空间结构，随之理化性质和生物学性质也可重现，这被称为复性。RNase是由124个氨基酸残基组成的一条肽链，分子中8个半胱氨酸的巯基构成4对二硫键，进而形成具有一定空间构象的活性蛋白质。天然RNase遇尿素和β巯基乙醇时发生变性，其分子中的氢键和4个二硫键解开，严密的空间结构遭破坏，丧失了生物学活性，但一级结构完整无损。若去除尿素和β巯基乙醇，RNase又可恢复其原有构象和生物学活性。RNase分子中的8个巯基若随机排列成二硫键可有105种方式。有活性的RNase只是其中的一种，复性时之所以选择了自

生物化学蛋白质的结构与功能试题及答案

第一章蛋白质的结构与功能 [测试题] 一、名词解释：1．氨基酸 2．肽 3．肽键 4．肽键平面 5．蛋白质一级结构 6．α-螺旋 7．模序 8．次级键 9．结构域 10．亚基 11．协同效应 12．蛋白质等电点 13．蛋白质的变性 14．蛋白质的沉淀 15．电泳 16．透析 17．层析 18．沉降系数 19．双缩脲反应 20．谷胱甘肽 二、填空题 21．在各种蛋白质分子中，含量比较相近的元素是____，测得某蛋白质样品含氮量为15.2克，该样品白质含量应为____克。 22．组成蛋白质的基本单位是____，它们的结构均为____，它们之间靠____键彼此连接而形成的物质称为____。 23．由于氨基酸既含有碱性的氨基和酸性的羧基，可以在酸性溶液中带____电荷，在碱性溶液中带____电荷，因此，氨基酸是____电解质。当所带的正、负电荷相等时，氨基酸成为____离子，此时溶液的pH值称为该氨基酸的____。 24．决定蛋白质的空间构象和生物学功能的是蛋白质的____级结构，该结构是指多肽链中____的排列顺序。25．蛋白质的二级结构是蛋白质分子中某一段肽链的____构象，多肽链的折叠盘绕是以____为基础的，常见的二级结构形式包括____，____，____和____。 26．维持蛋白质二级结构的化学键是____，它们是在肽键平面上的____和____之间形成。 27．稳定蛋白质三级结构的次级键包括____，____，____和____等。 28．构成蛋白质的氨基酸有____种，除____外都有旋光性。其中碱性氨基酸有____，____，____。酸性氨基酸有____，____。 29．电泳法分离蛋白质主要根据在某一pH值条件下，蛋白质所带的净电荷____而达到分离的目的，还和蛋白质的____及____有一定关系。 30．蛋白质在pI时以____离子的形式存在，在pH>pI的溶液中，大部分以____离子形式存在，在pH

生物化学第二章蛋白质的结构与功能随堂练习与参考答案

生物化学（本科）第二章蛋白质的结构与功能 随堂练习与参考答案 第一节蛋白质的分子组成第二节蛋白质的结构第三节蛋白质的结构与理化性质之间的关系第四节蛋白质的结构与功能的关系第五节蛋白质的分类第六节血浆蛋白质 1. (单选题)测得某一蛋白质溶液N元素的含量为4 g/L，则该溶液中蛋白质含量约为 A．16 g/L B．20 g/L C．25 g/L D．30 g/L E．40 g/L 参考答案：C 2. (单选题)组成蛋白质的氨基酸基本上属于 A．L-β-氨基酸 B．D-β-氨基酸 C．L-α-氨基酸

D．D-α-氨基酸 E．L、D-α-氨基酸 参考答案：C 3. (单选题)属于碱性氨基酸的是 A．精氨酸 B．赖氨酸 C．组氨酸 D．A+B E．A+B+C 参考答案：E 4. (单选题)下列有关肽的叙述，错误的是 A．肽是两个以上氨基酸借肽键连接而成的化合物 B．组成肽的氨基酸分子都不完整 C．多肽与蛋白质分子之间无明确的分界线 D．氨基酸一旦生成肽，完全失去其原有的理化性质 E．根据N末端数目，可得知蛋白质的亚基数 参考答案：E

5. (单选题)维系蛋白质二级结构稳定的化学键是 A．盐键 B．二硫键 C．肽键 D．疏水键 E．氢键 参考答案：E 6. (单选题)蛋白质α-螺旋的特点有 A．多为左手螺旋 B．螺旋方向与长轴垂直 C．氨基酸侧链伸向螺旋外侧 D．肽键平面充分伸展 E．靠盐键维系稳定性 参考答案：C 7. (单选题)有关蛋白质三级结构的描述，错误的是 A．具有三级结构的多肽链都有生物学活性 B．亲水基团多位于三级结构的表面

C．三级结构的稳定性由次级键维系 D．三级结构是单体蛋白质或亚基的空间结构 E．三级结构是各个单键旋转自由度受到各种限制的结果参考答案：A 8. (单选题)关于蛋白质亚基的描述，正确的是 A．一条多肽链卷曲成螺旋结构 B．两条以上多肽链卷曲成二级结构 C．两条以上多肽链与辅基结合成蛋白质 D．每个亚基都有各自的三级结构 E．以上都不正确 参考答案：D 9. (单选题)蛋白质的空间构象主要取决于 A．肽链氨基酸的序列 B．α-螺旋和β-折叠 C．肽链中的氨基酸侧链 D．肽链中的肽键 E．肽链中的二硫键位置

猪瘟病毒蛋白的结构与功能

猪瘟病毒蛋白的结构与功能 李　军　杨　威3　陈凤莲　赵　武　(广西兽医研究所　广西南宁　530001) 猪瘟是由猪瘟病毒(Classical swine fever virus,CSFV)引起的一种急性、热性和高度接触性的病毒性传染病。猪瘟因其流行广泛、发病率和死亡率高,给许多国家的养猪业造成巨大的经济损失,在世界动物卫生组织制定的《国际动物卫生法典》中,它被列为A类16种法定传染病之一;在我国制定的《家畜家禽防疫条例实施细则》中也被列为一类传染病。当前猪瘟防治主要还是依赖于疫苗,虽然猪瘟疫苗的使用降低了猪瘟的发病率和死亡率,但是CSFV持续性感染导致的免疫失败,使人们开始把研究重点转向对病毒与宿主相互作用的研究。反向遗传学技术的出现,为我们了解病毒的基因结构、蛋白功能、基因重组提供了技术平台,得以从整个基因组水平来研究错综复杂、相互关联的基因组和蛋白组,这使得CSFV的病原学研究取得了新突破。本文现将国内外近年来对CSFV基因结构、病毒蛋白功能上的研究作一综述。1　病毒的基因组结构 CSFV是一种有囊膜的正链单股RNA病毒,与牛病毒性黏膜腹泻病毒(BVDV)和羊边界病毒(BDV)同属黄病毒科瘟病毒属成员。CSFV基因组大小约12.3kb,5’非编码区由373个核苷酸组成,含有RNA复制所需的顺式作用元件和一个帽不依赖性翻译所需的内部核糖体进入位点;3’非编码区约由229～244个核苷酸组成,参与RNA的复制。CSFV 只编码一个大约3900氨基酸残基的多聚蛋白开放阅读框(ORF),该多聚蛋白在翻译过程中和翻译后,在病毒编码的蛋白酶和宿主细胞酶的作用下,分解成为4个结构蛋白(C、E rns、E1和E2)和8个非结构蛋白(N pro、P7、NS2、NS3、NS4A、NS4A、NS4B、NS5A、NS5B)。 2　病毒的蛋白 CSFV蛋白在病毒基因组的编码顺序为:N pro、C、E rns、E1、E2、P7、NS2、NS3、NS4A、NS4B、NS5A和NS5B。N pro、C、E rns、E1、E2、P7和NS2蛋白对于病毒RNA复制是非必需的,NS3、NS4A、NS4B和NS5A形成复制复合体与具有RNA依赖性RNA聚合酶活性的NS5B共同参与病毒RNA的复制。 2.1　N pro蛋白 N pro蛋白由168个氨基酸残基组成,分子量为23K Da,是一种具有蛋白水解酶活性的半胱氨酸蛋白酶。N pro是CS2 FV中最先翻译的非结构蛋白,能在Cys168与Ser169间自我裂解,产生自己的C端,成为成熟的病毒蛋白。G lu22、His49和Cys69是保持N pro蛋白水解酶活性所必需的氨基酸残基。Tratschin等(1998)用鼠的泛素基因替换CSFV的N pro基因,证明了N pro对病毒在传代细胞内的复制是非必需的。Mayer D等〔1〕将猪瘟中等毒力株Alfort/187和强毒株Eystrup的N pro基因分别缺失后感染猪,结果猪产生了高水平的抗体并可以抵抗强毒的攻击。用疫苗株Riems的N pro基因置换强毒株Eystrup的N pro基因,得到重组病毒仍然为强毒株。因此, N pro只是CSFV的一个毒力相关基因,对CSFV各毒株的毒力不起决定作用。 Ruggli N等〔2,3〕对CSFV干扰宿主细胞抗病毒机制进行了研究,发现CSFV感染巨噬细胞后,可以抑制poly(IC)诱导巨噬细胞产生IFN-α/β,缺失了N pro基因的病毒,虽然在生长特性和蛋白表达水平上与野型病毒相似,但是失去了抑制 细胞产生IFN-α/β的能力。 La Rocca S A等〔4〕研究了N pro抑制细胞产生IFN-α/β的机制,发现N pro可以对参与IFN-α/β转录的干扰素调节因子3(IRF-3)起到抑制作用。在辛德毕斯病毒感染的细胞,可以观察到IRF-3从细胞质移位到细胞核,启动IFN-α/β的转录;而CSFV感染的细胞却与未受感染的细胞相似,虽然也有IRF-3穿梭于细胞核与细胞质间,但IRF-3主要定位在细胞质内。随后的研究证实,N pro蛋白是通过蛋白酶体降解途径降解IRF-3〔5〕。这些结果表明N pro有助于CS2 FV逃避机体的天然免疫,建立持续性感染。 2.2　C蛋白 C蛋白由99个氨基酸残基组成,分子量为14K Da,是CSFV的衣壳蛋白,其N端由有蛋白水解酶活性的N pro蛋白在Ser169处切割产生,其C末端是宿主细胞的信号肽酶在Ala265处切割产生〔6〕。C蛋白除了与病毒基因组RNA结合,保护病毒RNA外,还具有转录调节作用。C蛋白通过自身的核定位序列KKKGKV进入细胞核,激活热休克蛋白基因的启动子,启动热休克蛋白的转录。热休克蛋白作为一种伴侣分子,它的大量表达有助于病毒蛋白的折叠和病毒粒子的装配。 2.3　E rns蛋白 2.3.1　E rns蛋白的结构:E rns蛋白是分子量为26K Da的囊膜糖蛋白,由227个氨基酸残基组成(G lu268-Ala494),有9个潜在的N-糖基化位点。多肽链中的9个半胱氨酸残基维持蛋白结构,其中Cys438起着维系E rns二聚体的作用,van G ennip H G等〔7〕将E rns的Cys438突变为Ser后,E rns单体不能形成二聚体,降低了病毒粒子与SK-6细胞表面受体硫酸乙酰肝素的亲和力,影响了病毒的复制效率。 2.3.2　E rns蛋白的RNase活性:Schneider等(1993)报道了 E rns具有RNase活性,RNase活性最适p H为6.0～6.5,最适温度为55℃,酶活性不受Ca2+、Mg2+或EDTA(1mM)的影响。E rns对DNA没有活性,只作用于单链RNA,对富含U序列活性最高。E rns蛋白的His297和His346是酶的催化位点, His297和His346的突变虽然不会影响病毒在细胞中的增殖,但可使E rns丧失RNase活性,导致病毒毒力减弱,而且His297的缺失则可直接导致病毒无感染性。由于E rns具有RNase活性,在体外试验中,它不仅可以完全抑制刀豆素A 诱导的淋巴细胞增殖,还可以导致淋巴细胞凋亡。因此,E rns 的RNase活性不仅影响了病毒的毒力,而且还可能是CSFV 发生持续性感染的原因。 2.3.3　E rns蛋白在CSFV侵入中的作用:Hulst M M等(1997)的研究表明,CSFV感染传代细胞SK-6是通过其两个囊膜糖蛋白E rns和E2分别作用于细胞表面的不同受体来进行的。首先是E rns与细胞表面受体的不可逆结合介导了病毒的吸附;其次是E2与细胞表面特异性受体的可逆结合介导病毒的穿入。CSFV Brescia株在SK-6细胞上连续传代后,位于E rns内的476位氨基酸由不带电荷的丝氨酸突变为带正电荷的精氨酸,病毒通过这种突变可以更好地吸附在细胞表面带负电荷的硫酸乙酰肝素上,提高了病毒的复制效率,其毒力只是轻微减弱或没有改变〔8～11〕。巨噬细胞表面 3为通讯作者。 基金项目:广西自然科学基金(桂科自0728103)。 ? 9 6 ? 《上海畜牧兽医通讯》　2007年第6期

蛋白质结构分析原理及工具-文献综述

蛋白质结构分析原理及工具 （南京农业大学生命科学学院生命基地111班） 摘要：本文主要从相似性检测、一级结构、二级结构、三维结构、跨膜域等方面从原理到方法再到工具，系统地介绍了蛋白质结构分析的常用方法。文章侧重于工具的列举，并没有对原理和方法做详细的介绍。文章还列举了蛋白质分析中常用的数据库。 关键词：蛋白质；结构预测；跨膜域；保守结构域 1 蛋白质相似性检测 蛋白质数据库。由一个物种分化而来的不同序列倾向于有相似的结构和功能。物种分化后形成的同源序列称直系同源，它们通常具有相似的功能；由基因复制而来的序列称为旁系同源，它们通常有不同的功能[1]。因此，推测全新蛋白质功能的第一步是将它的序列与进化上相关的已知结构和功能的蛋白质序列比较。表一列出了常用的蛋白质序列数据库和它们的特点。 表一常用蛋白质数据库 网址可能有更新 氨基酸替代模型。进化过程中，一种氨基酸残基会有向另一种氨基酸残基变化的倾向。氨基酸替代模型可用来估计氨基酸替换的速率。目前常用的替代模型有Point Accepted Mutation (PAM)矩阵、BLOck SUbstitution Matrix (BLOSUM)矩阵[2]、JTT模型[3]。 序列相似性搜索工具。序列相似性搜索又分为成对序列相似性搜索和多序列相似性搜索。成对序列相似性搜索通过搜索序列数据库从而找到与查询序列相似的序列。分为局部联配和全局联配。常用的局部联配工具有BLAST和SSEARCH，它们使用了Smith-Waterman 算法。全局联配工具有FASTA和GGSEARCH，基于Needleman-Wunsch算法。多序列相似性搜索常用于构建系统发育树，这里不阐述。表二列举了常用的成对序列相似性比对搜索工具

以多种蛋白为例阐述蛋白质结构与功能的关系

举例说明蛋白质结构和功能的关系 答： 1.蛋白质的一级结构与功能的关系 蛋白质的一级机构指：肽链中氨基酸残基（包括二硫键的位置）的排列顺序。一级结构是蛋白质空间机构的基础，包含分子所有的信息，且决定蛋白质高级结构与功能。 ①一级结构的变异与分子病 蛋白质一级结构是空间结构的基础，与蛋白质的功能密切相关，一级机构的改变，往往引起蛋白质功能的改变。 例如：镰刀形细胞贫血病 镰刀形细胞贫血病的血红蛋白（HbS）与正常人的血红蛋白（HbA）相比，发现，两种血红蛋白的差异仅仅来源于一个肽段的位置发生了变化，这个差异肽段是位于β链N端的一个八肽。在这个八肽中，β链N端第6位氨基酸发生了置换，HbA中的带电荷的谷氨酸残基在HbS中被置换成了非极性缬氨酸残基，即蛋白质的一级机构发生了变化。 ②序列的同源性 不同生物中执行相同或相似功能的蛋白质称为同源蛋白质，同源蛋白质的一级机构具有相似性，称为序列的同源性。最为典型的例子， 例如：细胞色素C（Cyt c） Cyt c是古老的蛋白质，是线粒体电子传递链中的组分，存在于从细菌到人的所有需氧生物中。通过比较Cyt c的序列可以反映不同种属生物的进化关系。亲缘越近的物种，Cyt c中氨基酸残基的差异越小。如人与黑猩猩的Cyt c完全一致，人与绵羊的Cyt c有10个残基不同，与植物之间相差更多。蛋白质的进化反映了生物的进化。 2.蛋白质空间结构与功能的关系 天然状态下，蛋白质的多肽链紧密折叠形成蛋白质特定的空间结构，称为蛋白质的天然构象或三维构象。三维构象与蛋白质的功能密切相关。 ①一级结构与高级结构的关系： 一级结构决定高级机构，当特定构象存在时，蛋白质表现出生物功能；当特定构象被破坏时，即使一级构象没有发生改变，蛋白质的生物学活性丧失。例如：牛胰核糖核苷酸酶A（RNase A）的变性与复性 当RNase A处于天然构象是，具有催化活性； 当RNase A处于去折叠状态时，二硫键被还原不具有催化活性；当RNase A恢复天然构象时，二硫键重新形成，活性恢复。 ②变构效应 变构效应：是寡聚蛋白质分子中亚基之间存在相互作用，这种相互作用通过亚基构象的改变来实现。蛋白质在执行功能是时，构象发生一定变化。 例如：肌红蛋白、血红蛋白与氧的结合 两种蛋白质有很多相同之处，结构相似表现出相似功能。这两钟蛋白质都含有血红素 辅基，都能与氧进行可逆结合，因此存在着氧合与脱氧的两种结构形式。但是肌红蛋白几乎在任何氧分压情况下都保持对氧分子的高亲和性。血红蛋白则不同，在氧分压较高时，血红蛋白几乎被氧完全饱和；而在氧分压较低时，血红蛋白与氧的亲和力降低，释放出携带的氧并转移给肌红蛋白。

猪瘟病毒

猪瘟病毒 猪瘟（swine fever）是猪的一种急性、接触性传染病，是猪的最主要的传染病之一，该病1883年首先发现于美国，死亡率可以达到80%～90%，往往给养猪业造成严重的经济损失。 1、形态 猪瘟病毒粒子直径为34～50nm，有20面体对称的核衣壳，内部核心直径约30nm，病毒粒子略呈圆形，具有脂蛋白囊膜，病毒粒子表面有脆弱的纤突结构。猪瘟病毒可以通过各种除菌滤器。 2、理化特性 猪瘟病毒不耐热，56℃下60分钟即可被灭活，60℃10分钟就会丧失感染力。猪瘟病毒在pH5～10之间比较稳定，低于pH3时病毒滴度下降较快。 猪瘟病毒对乙醚、氯仿和去氧胆酸盐敏感，迅速丧失感染性，对胰酶有中度敏感性。二甲基亚砜（DMSO）对病毒中的脂质和脂蛋白有稳定作用，10%的二甲基亚砜（DMSO）溶液中的病毒对反复冻融一定的耐受性。 3、抗原性 大多数资料认为猪瘟病毒只有一个血清型，国外发现了一些猪瘟的血清学变变种，不易被猪瘟特异性抗体所中和，但至今未确定其稳定的抗原型。 目前分离到了许多慢性猪瘟变异株和低毒力毒株，这些毒株通常免疫原性很差，不能产生明显的血清中和抗体，在用强毒攻击时，往

往呈现厌食和高热等症状，但很少死亡。弱毒疫苗株可以完全保护猪不受这些变异株的感染。 猪瘟病毒和牛粘膜-腹泻病毒（BVDV）具有公共的可溶性抗原，实验证明二者有交叉血清学反应，猪感染BVDV后可以表现为在一定程度上抵抗猪瘟强毒的攻击，有学者认为BVDV是猪瘟病毒的一个特殊的血清学变种，对猪已经减毒，但充分适应于牛和绵羊。 4、培养特性 猪瘟病毒能够在猪肾细胞、猪睾丸细胞、犊牛睾丸细胞和其他许多哺乳动物细胞内增殖。病毒成分在胞浆内合成和装配后释放到细胞外，细胞培养物中病毒的传播呈三种方式：一是被感染细胞释放病毒通过培养液感染新的易感细胞，二是被感染细胞通过有丝分裂将病毒传染给子代细胞，三是通过细胞间桥在细胞之间传播病毒。 许多研究者试用不同种类的细胞，主要是猪源细胞在体外增殖病毒，证明骨髓、睾丸、肺、脾、肾细胞及白细胞均能增殖病毒，经过鸡胚传代的猪瘟病毒可以在鸡胚成纤维细胞内生长。猪瘟兔化弱毒株可以在犊牛睾丸细胞和羔羊肾细胞内增殖。感染性最强的是PK-15、PK-2a、ST等几株猪肾和猪睾丸传代细胞系。新合成的病毒大多吸附或结合于细胞之上，仅有约1%的病毒存在于培养液之中。 我国中监所专家周泰冲等人通过将石门系猪瘟强毒在兔体内连续传几百代后培育成功了猪瘟兔化弱毒株，国际上称为中国C株，用于疫苗生产，取得了良好的效果，欧洲一些国家利用该弱毒疫苗株扑灭了本国的猪瘟。

高考生物必备知识点：蛋白质结构与功能的关系

高考生物必备知识点：蛋白质结构与功能的关系小编给各位考生整理了高考生物必备知识点：蛋白质结构与功能的关系技巧，希望对大家有所帮助。更多的资讯请持续关注。 高考复习正在进行中，高考生物想在原有的基础上提分，这就要求考生要掌握一定的知识量，能随机应变，灵活运用已掌握的知识。以下是小编对《高考生物必备知识点：蛋白质结构与功能的关系技巧》进行的总结，供考生参考。 常见考法：在平常测试中，蛋白质知识占有较大比例，可以以选择题或简答题的形式出现。通常考查氨基酸结构的判断、氨基酸脱水缩合过程中的计算问题、蛋白质的结构和功能等相关问题，出题形式灵活，难度较大。在高考中，从近几年生物试题看，有关蛋白质的结构与功能一直是高考命题的热点，题目多以选择题形式考查。除上海高考题外，其他地区试题较少涉及蛋白质的有关计算。结合蛋白质的合成、蛋白质结构多样性及具体蛋白质类物质的功能是近几年各地试题命题的新动向。 高考生物必备知识点：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。 高考生物必备知识点：蛋白质相关概念 1、氨基酸：氨基酸的结构是这节的一个难点，因为这个牵涉到有机化合物结构式的书写，而这些内容在化学方面还没有介绍，因此这里要注意听老师认真讲解。氨基酸的种类很多，但构成生物体蛋白质的氨基酸只有20种，这20种都有个共同的特定，就是都至少有一个氨基和一个羧基，并且氨基和羧基都连在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团(R基)。说明一点，大家只需要记住氨基酸的结构通式，会判断就可以，具体氨基酸的结构式不需要掌握。 2、氨基酸的脱水缩合：这个也是一个难点。脱水缩合是氨

蛋白质的结构和功能的关系

蛋白质结构与功能的关系 摘要：蛋白质特定的功能都是由其特定的构象所决定的，各种蛋白质特定的构象又与其一级结构密切相关。天然蛋白质的构象一旦发生变化，必然会影响到它的生物活性。由于蛋白质的构象的变化引起蛋白质功能变化，可能导致蛋白质构象紊乱症，当然也能引起生物体对环境的适应性增强！现而今关于蛋白质功能研究还有待发展，一门新兴学科正在发展，血清蛋白组学，生物信息学等！本文仅就蛋白质结构与其功能关系进行粗略阐述。 关键词：蛋白质分子一级结构、空间结构、折叠/功能关系、蛋白质构象紊乱症；分子伴侣正文： 1、蛋白质分子一级结构和功能的关系 蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变，会影响其生理功能，甚至造成分子病(molecular disease)。例如镰状细胞贫血，就是由于血红蛋白分子中两个β亚基第6位正常的谷氨酸变异成了缬氨酸，从酸性氨基酸换成了中性支链氨基酸，降低了血红蛋白在红细胞中的溶解度，使它在红细胞中随血流至氧分压低的外周毛细血管时，容易凝聚并沉淀析出，从而造成红细胞破裂溶血和运氧功能的低下。 另一方面，在蛋白质结构和功能关系中，一些非关键部位氨基酸残基的改变或缺失，则不会影响蛋白质的生物活性。例如人、猪、牛、羊等哺乳动物胰岛素分子A链中8、9、10位和B链30位的氨基酸残基各不相同，有种族差异，但这并不影响它们都具有降低生物体血糖浓度的共同生理功能。 蛋白质一级结构与功能间的关系十分复杂。不同生物中具有相似生理功能的蛋白质或同一种生物体内具有相似功能的蛋白质，其一级结构往往相似，但也有时可相差很大。如催化DNA 复制的DNA聚合酶，细菌的和小鼠的就相差很大，具有明显的种族差异，可见生命现象十分复杂多样。 2、蛋白质分子空间结构和功能的关系 蛋白质分子空间结构和其性质及生理功能的关系也十分密切。不同的蛋白质，正因为具有不同的空间结构，因此具有不同的理化性质和生理功能。如指甲和毛发中的角蛋白，分子中含有大量的α-螺旋二级结构，因此性质稳定坚韧又富有弹性，这是和角蛋白的保护功能分不开的;而胶原蛋白的三股π螺旋平行再几股拧成缆绳样胶原微纤维结构，使其性质稳定而具有强大的抗张力作用 又如细胞质膜上一些蛋白质是离子通道，就是因为在其多肽链中的一些α-螺旋或β-折叠二级结构中，一侧多由亲水性氨基酸组成，而另一侧却多由疏水性氨基酸组成，因此是具有“两亲性”(amphipathic)的特点，几段α-螺旋或β-折叠的亲水侧之间就构成了离子通道，而其疏水侧，即通过疏水键将离子通道蛋白质固定在细胞质膜上。载脂蛋白也具有两亲性，既能与血浆中脂类结合，又使之溶解在血液中进行脂类的运输。 3、折叠/功能关系 体内各种蛋白质都有特殊的生理功能，这与空间构象有着密切的关系。肌红蛋门和血红蛋白是阐述空间结构与功能关系的典型例子。肌红蛋门(Mb))和血红蛋白(Hb)都是含血红素辅基的结合蛋白质。Mb有一条肽链，经盘曲折折叠形成三级结构，整条肽链由A~H8段α螺旋盘曲折叠成为球状，疏水氨基酸侧链在分子内部，亲水氨基酸侧链在分子外部，形成亲水的球状蛋白，血红素辅基位于Mb分子内部的袋状空穴中。Hb有四条肽链，两条β链也有与Mb 相似的A~H8段α螺旋，有两条α链只有7段α螺旋。Hb与Mb的折叠方式相似，也都能与氧进行可逆的结合。Hb的一个亚基与氧结合后可引起构象变化，是另一个亚基更易于与氧结合，这种带氧的亚基协助不带氧的亚基去结合氧的现象称为协同效应。氧与Hb结合后可

猪瘟病毒

猪瘟病毒 猪瘟（swine fevｅr）是猪的一种急性、接触性传染病，是猪的最主要的传染病之一，该病１88３年首先发现于美国，死亡率可以达到80%~90%,往往给养猪业造成严重的经济损失。 1、形态 猪瘟病毒粒子直径为３4~50ｎm,有20面体对称的核衣壳,内部核心直径约30nm，病毒粒子略呈圆形，具有脂蛋白囊膜,病毒粒子表面有脆弱的纤突结构。猪瘟病毒可以通过各种除菌滤器。 2、理化特性 猪瘟病毒不耐热，５6℃下60分钟即可被灭活,6０℃１０分钟就会丧失感染力。猪瘟病毒在ｐH5~１0之间比较稳定,低于pH3时病毒滴度下降较快。 猪瘟病毒对乙醚、氯仿和去氧胆酸盐敏感,迅速丧失感染性,对胰酶有中度敏感性。二甲基亚砜(DMSＯ)对病毒中的脂质和脂蛋白有稳定作用，１0%的二甲基亚砜（DMSＯ）溶液中的病毒对反复冻融一定的耐受性。 ３、抗原性 大多数资料认为猪瘟病毒只有一个血清型,国外发现了一些猪瘟的血清学变变种,不易被猪瘟特异性抗体所中和,但至今未确定其稳定的抗原型。 目前分离到了许多慢性猪瘟变异株和低毒力毒株,这些毒株通常免疫原性很差,不能产生明显的血清中和抗体,在用强毒攻击时，往往

呈现厌食和高热等症状，但很少死亡。弱毒疫苗株可以完全保护猪不受这些变异株的感染。 猪瘟病毒和牛粘膜-腹泻病毒（ＢＶＤＶ）具有公共的可溶性抗原,实验证明二者有交叉血清学反应，猪感染BVＤV后可以表现为在一定程度上抵抗猪瘟强毒的攻击,有学者认为ＢVＤV是猪瘟病毒的一个特殊的血清学变种,对猪已经减毒,但充分适应于牛和绵羊。 4、培养特性 猪瘟病毒能够在猪肾细胞、猪睾丸细胞、犊牛睾丸细胞和其他许多哺乳动物细胞内增殖。病毒成分在胞浆内合成和装配后释放到细胞外，细胞培养物中病毒的传播呈三种方式：一是被感染细胞释放病毒通过培养液感染新的易感细胞,二是被感染细胞通过有丝分裂将病毒传染给子代细胞,三是通过细胞间桥在细胞之间传播病毒。 许多研究者试用不同种类的细胞,主要是猪源细胞在体外增殖病毒,证明骨髓、睾丸、肺、脾、肾细胞及白细胞均能增殖病毒,经过鸡胚传代的猪瘟病毒可以在鸡胚成纤维细胞内生长。猪瘟兔化弱毒株可以在犊牛睾丸细胞和羔羊肾细胞内增殖。感染性最强的是ＰＫ-15、PK－２a、SＴ等几株猪肾和猪睾丸传代细胞系。新合成的病毒大多吸附或结合于细胞之上,仅有约１％的病毒存在于培养液之中。 我国中监所专家周泰冲等人通过将石门系猪瘟强毒在兔体内连续传几百代后培育成功了猪瘟兔化弱毒株，国际上称为中国Ｃ株，用于疫苗生产，取得了良好的效果，欧洲一些国家利用该弱毒疫苗株扑灭了本国的猪瘟。

蛋白质的结构与功能(含解析)

课时作业(六) [学业水平层次(A)] 1．(2015·济南高一期末)下列物质分子中，不属于构成生物体蛋白质的氨基酸的是( ) 【解析】构成生物体蛋白质的氨基酸必须是有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，据此，A、B、C三项的物质分子中都有一个氨基和一个羧基连在同一个碳原子上，而D项是连在不同的碳原子上，因此不属于构成生物体蛋白质的氨基酸。 【答案】 D 2．在活细胞中发生的大多数化学反应中，起重要作用的物质是蛋白质，蛋白质在细胞中的存在方式通常有两种状态，一是游离态，二是被膜结构固定起来的结合态，结合态的蛋白质不可能具有的功能是( )

A ．催化作用 B ．运输作用 C ．免疫作用 D ．调节作用 【解析】 蛋白质的功能是：①构成生命体；②催化作用；③运输作用；④调节作用； ⑤免疫作用，而其中起调节作用的蛋白类激素是细胞分泌产物，不是被膜固定起来的蛋白质。 【答案】 D 3．(2015·延安期末)某蛋白质由3条多肽链、n 个氨基酸组成，下列关于该蛋白质说法正确的是( ) A ．形成该蛋白质时产生了n 个水分子 B ．该蛋白质中至少含有n 个肽键 C ．该蛋白质中至少含有3个游离的羧基 D ．合成该蛋白质至少需要20种氨基酸 【解析】 形成该蛋白质时，产生水分子数为n －3，含有n －3个肽键。至少含有的游离的羧基数＝肽链条数＝3。 【答案】 C 4.蛋白质在消化道内的消化过程为：蛋白质――→①多肽――→②氨基酸，则①② 过程中分别破坏了下列什么结构( ) A ．肽键 氨基酸 B ．肽键 肽键 C ．空间结构 肽键 D ．空间结构 氨基酸 【解析】 多肽内氨基酸残基之间通过肽键连接，一条或几条多肽链盘曲折叠形成具有一定空间结构的蛋白质。 【答案】 C 5．有一种二肽，化学式是C 8H 14N 2O 5，水解后得到丙氨酸(R 基为—CH 3)和另一种氨基酸M ，则氨基酸M 的R 基的化学式是( ) A ．—C 5H 9O 4N B ．— C 3H 5NO 2 C ．—C 5H 7O 2 D ．—C 3H 5O 2 【解析】 丙氨酸的化学式为氨基酸共有部分加上R 基，即C 2H 4O 2N 加上CH 3，为C 3H 7O 2N 。氨基酸M 的化学式为二肽加上水减去丙氨酸， 即C 8H 14N 2O 5

生物化学-生化知识点_蛋白质结构与功能的关系(6章)

1.9 蛋白质结构与功能的关系： P252，第六章 从厌氧生物转化为好氧生物是生物进化中的一大进步。脊椎动物中血红蛋白在血液中起到载氧和输氧的作用，肌红蛋白在肌肉中起贮氧和氧在肌肉中分配的作用。 一一一肌红蛋白（Mb）的结构与功能 一1一三维结构：由一条多肽链和一个血红素辅基构成，相对分子量1670 0，含153个氨基酸残基。分子中多肽链由8段α- 螺旋组成，分子结构致密结实，带亲水基团侧链的氨基酸分布在分子外表面，疏水氨基酸侧链几乎全埋在分子内部，见P253 图6-1。 一2一辅基血红素：由二价铁和原卟啉Ⅸ组成，原卟啉Ⅸ由4个吡咯环组成，见P254 图6-2。 铁原子只有亚铁态的蛋白质才能结合氧。蛋白质提供疏水洞穴，固定血红素基，保护血红素铁免遭氧化，为氧提供一个结合部位。结合氧只发 生暂时电子重排。 一一一血红蛋白(Hb)的结构与功能 一1一血红蛋白由4个多肽链（亚基）组成，如α2β2（成人血红蛋白HbA），每个亚基都有一个血红素基和一个氧结合部位，α-链有141个残基，β- 链有146个残基，且α链、β链和Mb的三级结构都非常相似（P259 图6- 9）。实际上对于人的这三种多肽链分析发现只有27个的残基是共有的，这表明蛋白质高级结构的保守性。只要功能相同（都与氧结合），高级结构就相似，有时甚至是唯一的。 血红蛋白与肌红蛋白结构上最大不同在于血红蛋白有四级结构，是四聚体，，而肌红蛋白只有三级结构。因此血红蛋白运载氧能力增强，还能 运载H+和CO2，在氧分压变化不大范围内完成载氧和卸氧工作。且Hb为变构蛋白，可受环境中其他分子，如H+，CO2和2，3- 二磷酸甘油酸（BPG）的调节。 一2一氧结合引起血红蛋白构象变化，氧合血红蛋白和去氧血红蛋白在四级结构上有显著不同，发生构象变化。 氧与血红蛋白结合是协同进行的，具有正协同性同促效应，即一个氧分子与Hb结合，使同一Hb分子中其余空的氧结合部位对氧亲和力增加， 再结合第二、三、四个氧分子则比较容易。 一3一Hb和Mb氧合曲线如P262 图6-14所示。 P(O2)：氧分压，表示氧的浓度（氧浓度与氧分压成正比）。 Y：氧饱和百分数，为被占氧合部位与氧合部位总数之比。 当Y=0，所有氧合部位空着；Y=1，所有氧合部位被氧占据；Y=0.5，半载，此时所需氧分压大小为对氧亲和力指标。 Mb氧合曲线为双曲线；Hb氧合曲线为S型曲线。 S曲线分析： ① 肺区氧分压较高，P（O2）约为100torr（空气中氧分压760×21%=160torr） ，Y=0.97，近于1，载氧。 ②组织肌肉中需氧，P（O2）约为20torr，Y=0.25，卸氧。 ③ΔY：氧饱和百分数变化；ΔP（O2）：氧分压变化。

高中生物蛋白质结构与功能的关系

高中生物蛋白质结构与功能的关系 常见考法：在平常测试中，蛋白质知识占有较大比例，可以以选择题或简答题的形式出现。通常考查氨基酸结构的判断、氨基酸脱水缩合过程中的计算问题、蛋白质的结构和功能等相关问题，出题形式灵活，难度较大。在高考中，从近几年生物试题看，有关蛋白质的结构与功能一直是高考命题的热点，题目多以选择题形式考查。除上海高考题外，其他地区试题较少涉及蛋白质的有关计算。结合蛋白质的合成、蛋白质结构多样性及具体蛋白质类物质的功能是近几年各地试题命题的新动向。 1蛋白质相关概念 1.氨基酸：氨基酸的结构是这节的一个难点，因为这个牵涉到有机化合物结构式的书写，而这些内容在化学方面还没有介绍，因此这里要注意听老师认真讲解。氨基酸的种类很多，但构成生物体蛋白质的氨基酸只有20种，这20种都有个共同的特定，就是都至少有一个氨基和一个羧基，并且氨基和羧基都连在同一个碳原子上，这个碳原子还连接一个氢原子和一个侧链基团(R基)。说明一点，大家只需要记住氨基酸的结构通式，会判断就可以，具体氨基酸的结构式不需要掌握。小编为大家整理整理了高中语数外、政史地、物化生九科知识点，各科知识点都包含了知识专题、学习方法、解题技巧等内容。更多2016年高考各科复习知识点请查看>>，高考知识点频道有你想要的珍贵复习资料。欢迎访问，高考生的专属网站。 2.氨基酸的脱水缩合：这个也是一个难点。脱水缩合是氨基酸相互结合的方式，并且脱水缩合只发生在共同结构的氨基和羧基之间，R基上的氨基和羧基不参与脱水缩合。三肽和三肽以上又叫多肽，也叫肽链，有时还考查到环状肽。肽链不呈直线，也不在同一平面上，因此使得蛋白质具有十分复杂的空间结构。 3.蛋白质的结构和功能：蛋白质的结构可以分为化学结构和空间