【文章內容簡介】 在α碳原子上呈對稱的特殊氨基酸，因此可以預料多聚甘氨酸的左右手α螺旋（他們是對映體）在能量上是相當?shù)模蚨彩峭确€(wěn)定的。]。該蛋白質將有200個可旋轉的鍵。并假設對每個鍵φ和ψ有亮個定向。問：（a）這個蛋白質可能有多種隨機構象（W）？（b）根據(jù)（a）的答案計算在當使1mol該蛋白質折疊成只有一種構想的結構時構想熵的變化（ΔS折疊）；（c）如果蛋白質完全折疊成由H鍵作為穩(wěn)定焓的唯一來源的α螺旋，并且每mol H鍵對焓的貢獻為5kj/mol，試計算ΔH折疊；（d）根據(jù)逆的（b）和（c）的答案，計算25℃時蛋白質的ΔG折疊。該蛋白質的折疊形式在25℃時是否穩(wěn)定？[（a）W=2200=1060；（b）ΔS折疊= kj/（Kmol）（c）ΔH折疊100（5 kj/mol）=500 kj/mol；注意，這里我們沒有考慮在螺旋末端處某些氫鍵不能形成這一事實，但考慮與否差別很小。（d）ΔG折疊= kj/℃時ΔG折疊0，因此折疊的蛋白質是穩(wěn)定的。]，有著相似的三級結構。但是在正常情況下A是以單體相識存在的，而B是以四聚體（B4）形式存在的，問A和B的氨基酸組成可能有什么差別。[在亞基亞基相互作用中疏水相互作用經(jīng)常起主要作用，參與四聚體B4的亞基亞基相互作用的表面可能比單體A的對應表面具有較多的疏水殘基。]。利用表56中的數(shù)據(jù)和ChouFaman的經(jīng)驗規(guī)則，預測此區(qū)域的二級結構。RRPVVLMAACLRPVVFITYGDGGTYYHWYH[殘基411是一個α螺旋，殘基1419和2430是β折疊片。殘基2023很可能形成β轉角]，完全暴露在水環(huán)境中和完全埋藏在蛋白質分子非極性內部的兩種多肽片段，哪一種更容易形成α螺旋？為什么？[埋藏在蛋白質的非極性內部時更容易形成α螺旋。因為在水環(huán)境中多肽對穩(wěn)定焓（ΔH折疊）的貢獻要小些。]，在酸性環(huán)境中可解理成兩個不同組分，其中一個組分的相對分子質量為100000，另一個為50000。大的組分占總蛋白質的三分之二，具有催化活性。用β巰基乙醇（能還原二硫橋）處理時，大的失去催化能力，并且它的沉降速度減小，但沉降圖案上只呈現(xiàn)一個峰（參見第7章）。關于該酶的結構作出什么結論？[此酶含4個亞基，兩個無活性亞基的相對分子質量為50000，兩個催化亞基的相對分子質量為100000，每個催化亞基是由兩條無活性的多肽鏈（相對分子質量為50000）組成。彼此間由二硫鍵交聯(lián)在一起。]，直接用SDS凝膠電泳分析（見第7章）時，它的區(qū)帶位于肌紅蛋白（相對分子質量為16900）和β乳球蛋白（相對分子質量37100）良種蛋白之間，當這個毒素蛋白用β巰基乙醇和碘乙酸處理后，在SDS凝膠電泳中仍得到一條區(qū)帶，但其位置靠近標記蛋白細胞素（相對分子質量為13370），進一步實驗表明，該毒素蛋白與FDNB反應并酸水解后，釋放出游離的DNPGly和DNPTyr。關于此蛋白的結構，你能做出什么結論？[該毒素蛋白由兩條不同的多肽鏈通過鏈間二硫鍵交聯(lián)而成，每條多肽鏈的相對分子質量各在13000左右。]。（a）對該分子說出來年各種可能的對稱性。穩(wěn)定締合的是哪種類型的相互作用（同種或異種）？（b）假設四聚體，如血紅蛋白，是由兩個相同的單位（每個單位含α和β兩種鏈）組成的。問它的最高對稱性是什么？[（a）C4和D2，C4是通過異種相互作用締合在一起，D2是通過同種相互作用締合在一起，（b）C2因為每個αβ二聚體是一個不對稱的原聚體]?？紤]一個多聚體酶復合物的合成，此復合物含6個相同的二聚體，每個二聚體由一個多肽A和一個B組成，多肽A和B的長度分別為300個和700個氨基酸殘基。假設從氨基酸合成多肽鏈，多肽鏈組成二聚體，再從二聚體聚集成多聚體酶，在這一建造過程中每次操作的錯誤頻率為108，假設氨基酸序列沒有錯誤的話，多肽的折疊總是正確的，并假設在每一裝配階段剔除有缺陷的亞結構效率為100%，試比較在下列情況下有缺陷復合物的頻率：（1）該復合物以一條6000個氨基酸連續(xù)的多肽鏈一步合成，鏈內含有6個多肽A和6個多肽B。（2）該復合物分3個階段形成：第一階段，多肽A和B的合成；第二階段，AB二聚體的形成；第三階段，6個AB二聚體裝配成復合物。[（1）有缺陷復合物的平均頻率是6000108=6105][（2）由于有缺陷的二聚體可被剔除，因此有缺陷復合物的平均率只是最后階段的操作次數(shù)（5此操作裝配6個亞基）乘以錯誤頻率，即：5108。因此它比一步合成所產(chǎn)生的缺陷頻率約低1000倍。]第六章 蛋白質結構與功能的關系提要肌紅蛋白（Mb）和血紅蛋白（Hb）是脊椎動物中的載氧蛋白質。肌紅蛋白便于氧在肌肉中轉運，并作為氧的可逆性貯庫。而血紅蛋白是血液中的氧載體。這些蛋白質含有一個結合得很緊的血紅素輔基。它是一個取代的卟啉，在其中央有一個鐵原子。亞鐵（Fe2+）態(tài)的血紅素能結合氧，但高鐵（+3）態(tài)的不能結合氧。紅血素中的鐵原子還能結合其他小分子如CO、NO等。肌紅蛋白是一個單一的多肽鏈，含153個殘基，外形緊湊。Mb內部幾乎都是非極性殘基。多肽鏈中約75%是α螺旋，共分八個螺旋段。一個亞鐵血紅素即位于疏水的空穴內，它可以保護鐵不被氧化成高鐵。血紅素鐵離子直接與一個His側鏈的氮原子結合。此近側His（H8）占據(jù)5個配位位置。第6個配位位置是O2的結合部位。在此附近的遠側His（E7）降低在氧結合部位上CO的結合，并抑制血紅素氧化或高鐵態(tài)。氧與Mb結合是可逆的。對單體蛋白質如Mb來說，被配體（如）O2占據(jù)的結合部位的分數(shù)是配體濃度的雙曲線函數(shù)，如Mb的氧集合曲線。血紅蛋白由4個亞基（多肽鏈）組成，每個亞基都有一個血紅素基。Hb A是成人中主要的血紅蛋白，具有α2β2的亞基結構。四聚體血紅蛋白中出現(xiàn)了單體血紅蛋白所不具有的新性質，Hb除運載氧外還能轉運H+和CO2。血紅蛋白以兩種可以相互轉化的構象態(tài)存在，稱T（緊張）和R（松弛）態(tài)。T態(tài)是通過幾個鹽橋穩(wěn)定的。無氧結合時達到最穩(wěn)定。氧的結合促進T態(tài)轉變?yōu)镽態(tài)。氧與血紅蛋白的結合是別構結合行為的一個典型例證。T態(tài)和R態(tài)之間的構象變化是由亞基亞基相互作用所介導的，它導致血紅蛋白出現(xiàn)別構現(xiàn)象。Hb呈現(xiàn)3種別構效應。第一，血紅蛋白的氧結合曲線是S形的，這以為著氧的結合是協(xié)同性的。氧與一個血紅素結合有助于氧與同一分子中的其他血紅素結合。第二，H+和CO2促進O2從血紅蛋白中釋放，這是生理上的一個重要效應，它提高O2在代謝活躍的組織如肌肉的釋放。相反的，O2促進H+和CO2在肺泡毛細血管中的釋放。H+、CO2和O2的結合之間的別構聯(lián)系稱為Bohr效應。第三，血紅蛋白對O2的親和力還受3二磷酸甘油酸（BPG）調節(jié)，BPG是一個負電荷密度很高的小分子。BPG能與去氧血紅蛋白結合，但不能與氧合血紅蛋白結合。因此，BPG是降低血紅蛋白對氧的親和力的。胎兒血紅蛋白（α2β2）比成年人的血紅蛋白 （α2β2）有較高的氧親和力，就是因為它結合BPG較少。導致一個蛋白質中氨基酸改變的基因突變能產(chǎn)生所謂分子病，這是一種遺傳病。了解最清楚的分子病是鐮刀狀細胞貧血病。這種病人的步正常血紅蛋白稱為Hb S，它只是在兩條β鏈第六位置上的Glu倍置換乘Val。這一改變在血紅蛋白表面上產(chǎn)生一個疏水小區(qū)，因而導致血紅蛋白聚集成不溶性的纖維束，并引起紅細胞鐮刀狀化和輸氧能力降低。純合子的病人出現(xiàn)慢性貧血而死亡。地中海貧血是由于缺失一個或多個編碼血紅蛋白鏈的基因造成的。棉衣反映是由特化的白細胞——淋巴細胞和巨噬細胞及其相關的蛋白質之間的相互作用介導的。T淋巴細胞產(chǎn)生T細胞受體，B淋巴細胞產(chǎn)生免疫球蛋白，即抗體。所有的細胞都能產(chǎn)生MHC蛋白，它們在細胞表面展示宿主（自我）肽或抗原（非自我）肽。助T細胞誘導那些產(chǎn)生免疫球蛋白的B細胞和產(chǎn)生T細胞受體的胞毒T細胞 增殖。免疫球蛋白或T細胞受體能與特異的抗原結合。一個特定的祖先細胞通過刺激繁殖，產(chǎn)生一個具有同樣免疫能力的細胞群的過程稱為克隆選擇。人類具有5個類別的免疫球蛋白，每一類別的生物學功能都是不同的。最豐富的是IgG類，它由4條多肽鏈組成，兩條重鏈，兩條輕鏈，通過二硫鍵連接成Y形結構的分子?？拷黋的兩“臂”頂端的結構域是多變區(qū)，形成來年各個抗原結合部位。一個給頂?shù)拿庖咔虻鞍滓话阒唤Y合一個大抗原分子的一部分，稱為表位。結合經(jīng)常涉及IgG的構象變化，以便域抗原誘導契合。由于抗體容易制取并具有高度特異性，它成為許多分析和制備生化方法的核心，如酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）、Western印跡和單克隆抗體技術等都得到廣泛應用。在發(fā)動機蛋白質中蛋白質配體相互作用上空間和時間的組織達到相當完善的程度。肌肉收縮是由于肌球蛋白和肌動蛋白“精心安排”的相互作用的結果。肌球蛋白是由纖維狀的尾和球狀的頭組成的棒狀分子，在肌肉中倍組織成粗絲。G肌動蛋白是一種單體，由它聚集成纖維狀的F肌動蛋白，后者是細絲的主體。由粗絲和細絲構成肌肉收縮單位——肌節(jié)。肌球蛋白上的ATP水解與肌球蛋白頭片的系列構象變化相偶聯(lián)，引起肌球蛋白頭從 F肌動蛋白亞基上解離并與細絲前方的另一F肌動蛋白亞基再結合。因此肌球蛋白沿肌動蛋白細絲滑動。肌肉收縮受從肌質網(wǎng)釋放的Ga2+刺激。Ga2+與肌鈣蛋白結合導致肌鈣蛋白原肌球蛋白復合體的構象變化，引發(fā)肌動蛋白肌球蛋白0相互作用的循環(huán)發(fā)生。習題，前者的解離常數(shù)Kd為106mol/L。（a）哪個蛋白質對配體X的親和力更高？（b）將這兩個蛋白質的Kd轉換為結合常數(shù)Ka。[（a）蛋白質B；（b）蛋白質A的Ka=106(mol/L)1，蛋白質B的Ka=109(mol/L)1？（a）；（b）肺中CO2分壓從45torr（屏息）降到15torr（正常）；（c）（海平面）（高空）。[對肌紅蛋白：（a）無；（b）無；（c）無。對血紅蛋白：（a）降低；（b）增加；（c）降低]℃，CO2分壓40 torr和BPG正常勝利水平（）條件下，人全血的氧結合測定給出下列數(shù)據(jù)：p（O2）%飽和度（=100Y）10305070859698（a） 根據(jù)這些數(shù)據(jù)，繪制氧結合曲線；估算在（1）100torr p（O2）(肺中)和（2）30 torr p（O2）（靜脈血中）下血的氧百分飽和度。（b） 肺中[100 torr p（O2）]結合的氧有百分之多少輸送給組織[30 torr p（O2）]？（c） ，利用圖617數(shù)據(jù)重新估算（b）部分。[（a）（1）98%，（2）58%；（b）約40%；（c）約50%]解：（a）圖略，從圖中克知分別為98%和58%； （b）98%58%=40%，故約40%； （c），據(jù)圖617可知：96%46%=50%。，可利用方程（615）Y/（1Y）=[ p（O2）/ P50]n計算Y（血紅蛋白氧分數(shù)飽和度）。設P50=26 torr，n=，計算肺（這里p（O2）=100 torr）中的Y和毛細血管（這里p（O2）=40 torr）中的Y。在這些條件下輸氧效率（Y肺Y毛細血管=ΔY）是多少？除n=，重復上面計算。比較n==。并說出協(xié)同氧結合對血紅蛋白輸氧效率的影響。[n=，Y肺=，Y毛細血管=，所以，ΔY=，n=，Y肺=，Y毛細血管=，所以，ΔY=，=，差值似乎不大，但在代謝活躍的組織中p（O2）40 torr，因此潛在輸氧效率不小，參見圖615]解：Y肺/（1Y肺）=[100/26] Y肺=Y毛/（1Y毛）=[40/26] Y毛=ΔY==當n=，同理，Y肺= Y毛= ΔY=，貯存相當時間的血。如果這樣的血用于輸血可能會產(chǎn)生什么后果？[貯存過時的紅血球經(jīng)酵解途徑代謝BPG。BPG濃度下降，Hb對O2的親和力增加，致使不能給組織供氧。接受這種BPG濃度低的輸血，病人可能被窒息。]。為什么HbA具有這一效應？[去氧HbA含有一個互補部位，因而它能加到去氧HbS纖維上。這樣的纖維不能繼續(xù)延長，因為末端的去氧HbA分子缺少“粘性”區(qū)。]，這對于抗體識別抗原表位能告訴你什么？[該表位可能是當G肌動蛋白聚合成F肌動蛋白時被埋藏的那部分結構。]8．假設一個Fab半抗原復合體的解離常數(shù)在25℃和pH7時為5107mol/L。（a）結合的標準自由能（25℃和pH7時）是多少？（b）此Fab的親和力結合常數(shù)是多少？（c）從該復合體中釋放半抗原的速度常數(shù)為120S1。結合的速度常數(shù)是多少？此說明在結合半抗原時抗體中的結構變化是大還是小？[（a）ΔG0ˊ=；（b）Ka=2106mol1L；（c）結合速度常數(shù)k=2108mol1S1L，此值接近于小分子與蛋白質相遇（結合）的擴散控制限制（108至109mol1S1L）]。假設抗原是一價，抗體是n價，即6抗體分子有n個結合部位，且各結合部位的結合常數(shù)Ka值是相同的，則可證明當游離抗原濃度為[L]時，結合到抗體上的抗原濃度[Lp]與抗體的總濃度[Pr]之比值，N=[Lp]/[Pr]=(nKa [L])/(1+Ka [L]) N實際上表示被一個抗體分子結合的抗原分子平均數(shù)。（a）證明上面的方程可重排為N /[L]=KanKa N此方程式稱Scatchard方程，方程表明，N/[L]對N作圖將是一條直線。（b）根據(jù)Scatchard方程，利用下列數(shù)據(jù)作圖求出抗體抗原反應的n和Ka值。[L] mol/LN105105105104104[（a）第一個方程兩邊各乘（1+Ka [L]），然后兩邊各除以[L]，并重排第2個方程；（b）根據(jù)第二方程，N/[L]對N作圖的斜率是Ka，N/[L]=0時的截距給出n。利用數(shù)據(jù)作圖得Ka =104 mol/L，n=。因為結合部位數(shù)目只可能是整數(shù)，所以n=2]。（a） 估算在松弛和收縮時粗絲和細絲的重疊情況。（b） 一次循環(huán)中肌球蛋白沿細絲滑行“一步”，問一次收縮中每個肌動蛋白纖維需要進行多少個步？[（a），（b）約67步]解：（a）根據(jù)P281圖6