第三章蛋白質(zhì)化學2

1、第三章第三章 蛋白質(zhì)化學蛋白質(zhì)化學23.3 3.3 肽（肽（peptidespeptides） 3.3.1 3.3.1 幾個相關的概念幾個相關的概念肽肽是由兩個或兩個以上的氨基酸通過肽鍵連接而形成是由兩個或兩個以上的氨基酸通過肽鍵連接而形成的化合物。的化合物。組成肽的氨基酸單元稱為組成肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基氨基酸殘基。肽與氨基酸殘基：肽與氨基酸殘基：肽鍵肽鍵(peptide bond):是由一個氨基酸的是由一個氨基酸的 -羧基與另一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的 -氨基脫水氨基脫水縮合而形成的酰胺鍵?？s合而形成的酰胺鍵。3由兩個氨基酸殘基組成的肽稱為由兩個氨基酸殘基組成的肽稱為二肽二肽(

2、dipeptide)；由三個以上十個以下氨基酸殘基組成的肽稱為由三個以上十個以下氨基酸殘基組成的肽稱為寡肽寡肽(oligopeptide)；由多個氨基酸組成的肽則稱為由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽多肽(polypeptide), 亦稱多肽鏈亦稱多肽鏈。二肽，寡肽與多肽：二肽，寡肽與多肽：注注：肽鏈可以是鏈狀、環(huán)狀或分支狀。：肽鏈可以是鏈狀、環(huán)狀或分支狀。 4肽鍵的特點肽鍵的特點 肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。 組成肽鍵的原子處于同一平面。 肽鍵中的c-n鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。 在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在。 在細胞內(nèi)環(huán)境條件在細胞內(nèi)環(huán)境條件下，肽鍵相對穩(wěn)

3、定下，肽鍵相對穩(wěn)定5通常在多肽鏈的一端含有一個游離的通常在多肽鏈的一端含有一個游離的 - -氨基，稱為氨基，稱為氨氨基端或基端或n-n-端端；在另一端含有一個游離的；在另一端含有一個游離的 - -羧基，稱為羧基，稱為羧基端或羧基端或c-c-端端。h2n chcr1ohn chcr2ohn chcr3ohn chcohrnon n端端氨基酸殘基氨基酸殘基氨基酸殘基氨基酸殘基c c端端肽鏈書寫方式：肽鏈書寫方式：n端端c端端 肽鏈的肽鏈的n-n-端與端與c-c-端：端：氨基酸順序：氨基酸順序：在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為列順

4、序稱為氨基酸順序，氨基酸順序，氨基酸的順序是從氨基酸的順序是從n-n-端端的氨的氨基酸殘基開始，以基酸殘基開始，以c-c-端端氨基酸殘基為終點的排列順序。氨基酸殘基為終點的排列順序。6ccnccnccnccncc h2c hc h2c h2c h2c o o-o hc o2hc h2c o n h2o hc h3h3n+oooohhhhhhhhhservaltyraspglnc h3n-端c-端肽鍵 上述五肽可簡寫表示為：上述五肽可簡寫表示為：ser-val-tyr-asp-ser-val-tyr-asp-glngln肽鏈的表示法肽鏈的表示法(簡寫簡寫)及命名及命名7多肽與蛋白質(zhì)多肽與蛋白質(zhì)蛋

5、白質(zhì)是由一條或多條多肽蛋白質(zhì)是由一條或多條多肽(polypeptide)鏈以特殊鏈以特殊方式結(jié)合而成的生物大分子。方式結(jié)合而成的生物大分子。蛋白質(zhì)與多肽并無嚴格的界線，通常是將分子量在蛋白質(zhì)與多肽并無嚴格的界線，通常是將分子量在6000道爾頓以上的多肽稱為道爾頓以上的多肽稱為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分子量變化范圍很大蛋白質(zhì)分子量變化范圍很大, 從大約從大約6000到到1000000道爾頓甚至更大。道爾頓甚至更大。83.3.2 3.3.2 肽的理化性質(zhì)肽的理化性質(zhì) (1)(1)兩性解離與等電點兩性解離與等電點 肽與氨基酸一樣具有酸、堿性質(zhì)，它的解離主要取肽與氨基酸一樣具有酸、堿性質(zhì)，它的解離主要取決

6、于肽鏈的末端氨基、末端羧基和側(cè)鏈決于肽鏈的末端氨基、末端羧基和側(cè)鏈r r基?；?由于肽中由于肽中n n端自由氨基和端自由氨基和c c端自由羧基之間的距離比端自由羧基之間的距離比氨基酸中的大，因此它們之間的靜電引力較弱。肽中氨基酸中的大，因此它們之間的靜電引力較弱。肽中c c端端- -coohcooh的的pkpk略大于氨基酸中的略大于氨基酸中的pkpk值，值，pkpk1 1。n n端端- -nhnh+ +3 3的的pkpk略小于氨基酸中的略小于氨基酸中的pkpk值，值，pkpk2 2。r r基的基的pkpk變化不大。變化不大。 肽的等電點：肽所帶凈電荷為肽的等電點：肽所帶凈電荷為“零零”時，溶

7、液的時，溶液的phph值。值。 9(2)肽的旋光性及紫外吸收肽的旋光性及紫外吸收 肽具有旋光性，短肽的旋光度等于組成該肽具有旋光性，短肽的旋光度等于組成該肽中各個氨基酸的旋光度之和；長肽的旋光肽中各個氨基酸的旋光度之和；長肽的旋光度比累加的和小很多。度比累加的和小很多。 肽在紫外吸收區(qū)肽在紫外吸收區(qū)215nm處有最大吸收峰，處有最大吸收峰，可以用來作為肽的定量測定?？梢杂脕碜鳛殡牡亩繙y定。10（3 3）肽的化學性質(zhì)）肽的化學性質(zhì) 肽的化學性質(zhì)與氨基酸相似，如兩性解離、等電點肽的化學性質(zhì)與氨基酸相似，如兩性解離、等電點等，但等，但肽有與氨基酸不同的特殊反應。肽有與氨基酸不同的特殊反應。 （a）

8、雙縮脲反應雙縮脲反應 （b）茚三酮反應茚三酮反應 肽與茚三酮反應不放出肽與茚三酮反應不放出co2。 conh2nh2conh2nh2加熱conh2nhconh2+ nh3雙縮脲雙縮脲 堿性堿性cuso4溶液溶液 紫色紫色肽和蛋白質(zhì)特有，用于肽和蛋白質(zhì)的定量測定。113.3.3 3.3.3 天然存在的某些活性肽天然存在的某些活性肽 (1) (1) 肌肽和鵝肌肽肌肽和鵝肌肽 肌肽（肌肽（carnosinecarnosine）:-ala-his -ala-his 鵝肌肽（鵝肌肽（anserineanserine）：）：-ala-1-me-his -ala-1-me-his 12(2) 谷胱甘肽谷胱甘

9、肽(glutathione,gsh) 13gshgsh具有重要的功能具有重要的功能：v1、解毒功能：與重金屬離子、環(huán)氧化物（致解毒功能：與重金屬離子、環(huán)氧化物（致癌物）結(jié)合排出體外。癌物）結(jié)合排出體外。v2、維持紅細胞膜的完整性。、維持紅細胞膜的完整性。v3、參與高鐵血紅蛋白的還原作用。、參與高鐵血紅蛋白的還原作用。v4、促進鐵的吸收。、促進鐵的吸收。2h2oh2o22gshgssgnadp+nadph+h+gsh過氧化物酶gsh還原酶 14(3) (3) 多肽抗菌素多肽抗菌素 環(huán)環(huán)鏈鏈肽肽15(4) (4) 多肽激素多肽激素 種類較多，生理功能各異。種類較多，生理功能各異。 多肽類激素主要見

10、于多肽類激素主要見于垂體垂體及及下丘腦下丘腦分泌分泌的激素，的激素，如催產(chǎn)素（如催產(chǎn)素（9肽）、加壓素（肽）、加壓素（9肽）、促腎上腺皮肽）、促腎上腺皮質(zhì)激素（質(zhì)激素（39肽）、促甲狀腺素釋放激素（肽）、促甲狀腺素釋放激素（3肽）。肽）。 神經(jīng)肽主要與神經(jīng)信號轉(zhuǎn)導作用相關，包括腦啡神經(jīng)肽主要與神經(jīng)信號轉(zhuǎn)導作用相關，包括腦啡肽（肽（5肽）、肽）、 -內(nèi)啡肽（內(nèi)啡肽（31肽）、強啡肽（肽）、強啡肽（17肽）肽）等。等。16垂體后葉激素如垂體后葉激素如催產(chǎn)素催產(chǎn)素和和加壓素加壓素17促甲狀腺素釋放激素促甲狀腺素釋放激素(thyrotropin-release hormone，trh )如由下丘腦分泌

11、的激素之一如由下丘腦分泌的激素之一 促甲狀腺素釋放激素促甲狀腺素釋放激素18(5) (5) 神經(jīng)肽神經(jīng)肽甲硫氨酸腦啡肽甲硫氨酸腦啡肽tyr-gly-gly-phe-met 亮氨酸腦啡肽亮氨酸腦啡肽tyr-gly-gly-phe-leu 功能：鎮(zhèn)痛功能：鎮(zhèn)痛 例如腦啡肽例如腦啡肽 ( (enkephalinenkephalin) )： responsible for signal transduction (信號轉(zhuǎn)導信號轉(zhuǎn)導) in neurotransmission 腦啡肽腦啡肽(enkephalin)；內(nèi)啡肽；內(nèi)啡肽(endorphin)；強；強啡肽啡肽(dynorphin)； p物質(zhì)物質(zhì)

12、(substance p)；神經(jīng)肽；神經(jīng)肽y (neuropeptide y)193.4 蛋白質(zhì)的分類蛋白質(zhì)的分類纖維狀蛋白質(zhì)：形狀似纖維，不溶于水。纖維狀蛋白質(zhì)：形狀似纖維，不溶于水。根據(jù)分子根據(jù)分子的形狀的形狀球狀蛋白質(zhì)：分子似球形，較易溶解。球狀蛋白質(zhì)：分子似球形，較易溶解。1根據(jù)組根據(jù)組成分類成分類簡單（單純）蛋白質(zhì)簡單（單純）蛋白質(zhì)結(jié)合（綴結(jié)合（綴合合）蛋白質(zhì)）蛋白質(zhì)23 根據(jù)溶解度分類（清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、根據(jù)溶解度分類（清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、 精蛋白、組蛋白、硬蛋白）精蛋白、組蛋白、硬蛋白）活性蛋白質(zhì)（如酶蛋白、轉(zhuǎn)運蛋白、運動蛋白、活性蛋白質(zhì)（如酶蛋白、

13、轉(zhuǎn)運蛋白、運動蛋白、 保護和防御蛋白、受體蛋白保護和防御蛋白、受體蛋白.）根據(jù)功根據(jù)功能分類能分類非活性蛋白質(zhì)（如硬蛋白、角蛋白）非活性蛋白質(zhì)（如硬蛋白、角蛋白）420簡單蛋白質(zhì)分類簡單蛋白質(zhì)分類只有只有- 氨基酸組成。氨基酸組成。21結(jié)合蛋白質(zhì)分類結(jié)合蛋白質(zhì)分類由由單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì)與與非蛋白質(zhì)物質(zhì)非蛋白質(zhì)物質(zhì)結(jié)合而成。結(jié)合而成。22 為了對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為為了對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)又稱又稱初級結(jié)構(gòu)初級結(jié)構(gòu)，二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)

14、構(gòu)、四二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、四級結(jié)構(gòu)級結(jié)構(gòu)的三度空間排列稱蛋白質(zhì)的的三度空間排列稱蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、三維結(jié)空間結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。構(gòu)或構(gòu)象。 3.5 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)23構(gòu)象與構(gòu)型構(gòu)象與構(gòu)型 構(gòu)構(gòu) 象象(conformation)構(gòu)構(gòu) 型型 (configuration)一個化合物分子中一切原子一個化合物分子中一切原子沿共價鍵轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的不同沿共價鍵轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的不同空間排列，這種構(gòu)象的改變空間排列，這種構(gòu)象的改變會涉及氫鍵的形成和破壞，會涉及氫鍵的形成和破壞，但不致使共價鍵被破壞。但不致使共價鍵被破壞。一個化合物分子中原子的空一個化合物分子中原子的空間排列，這種排列

15、的改變會間排列，這種排列的改變會涉及共價鍵的形成與破壞，涉及共價鍵的形成與破壞，與氫鍵無關。與氫鍵無關。多肽鏈的空間結(jié)構(gòu)多肽鏈的空間結(jié)構(gòu)單糖：單糖：-和和-氨基酸：氨基酸：d-和和l-243.5.1 3.5.1 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的近代概念蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的近代概念 3.5 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)25一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(primary structure)：氨基酸序列，肽鍵相連氨基酸序列，肽鍵相連.高級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)u二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)(secondar

16、y structure)：蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，部空間結(jié)構(gòu)， -螺旋螺旋 、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲u三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure):整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，主要靠次級鍵（疏水鍵、離子鍵、氫鍵空間位置，主要靠次級鍵（疏水鍵、離子鍵、氫鍵和和van der walls力維持）力維持）u四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)(quaternary structure):蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用（主要靠疏水鍵維持）排布及亞基接觸

17、部位的布局和相互作用（主要靠疏水鍵維持）263.5.2 3.5.2 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究方法蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究方法 3.5.2.1 一級結(jié)構(gòu)的研究方法一級結(jié)構(gòu)的研究方法 肽鏈水解與末端分析法肽鏈水解與末端分析法3.5.2.2 高級結(jié)構(gòu)的研究方法高級結(jié)構(gòu)的研究方法 重氫交換法重氫交換法 核磁共振光譜法核磁共振光譜法 園二色性園二色性 熒光偏振法熒光偏振法 紅外偏振法紅外偏振法273.5.3 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（primary structure） 蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的線蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的線性排列順序（性排列順序（sequence）。 氨基酸順

18、序書寫時，從氨基酸順序書寫時，從 n- -末端末端(n-terminus) 至至 c- -末端末端 (c-terminus).肽鍵肽鍵(peptide bond)和和二硫鍵二硫鍵(disulfide bond) 均屬于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)均屬于蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu).281954年英國生化學家年英國生化學家sanger報道了胰島素報道了胰島素的一級結(jié)構(gòu)，是世界上第一例確定一級結(jié)構(gòu)的一級結(jié)構(gòu)，是世界上第一例確定一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。sanger由此由此1958年獲年獲nobel 化學獎?；瘜W獎。1965年我國科學家完成了結(jié)晶牛胰島素的年我國科學家完成了結(jié)晶牛胰島素的合成，是世界上第一例人工合成蛋白質(zhì)。合

19、成，是世界上第一例人工合成蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)由遺傳信息決定，其一級蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)由遺傳信息決定，其一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)，一級結(jié)構(gòu)是基本結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)，一級結(jié)構(gòu)是基本結(jié)構(gòu)。但一級結(jié)構(gòu)并不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯但一級結(jié)構(gòu)并不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。一因素。29coocoo- -hh3 3nn+ +ss303.5.3.1 3.5.3.1 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定aaaa序列的測定序列的測定 序列測定前的準備工作：序列測定前的準備工作：樣品的純度樣品的純度相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量肽鏈的數(shù)目肽鏈的數(shù)目氨基酸組成氨基酸組成一級結(jié)構(gòu)的測定主要用一級結(jié)構(gòu)的測定主要用小片

20、段重疊法小片段重疊法原理原理：31（1）末端分析：包括）末端分析：包括n端分析，端分析，c端分析端分析 n端分析方法端分析方法 二硝基氟苯法（二硝基氟苯法（dnp法、法、dnfb法或法或fdnb法）法） 序列測定步驟與方法序列測定步驟與方法32 丹磺酰氯法（丹磺酰氯法（dns法）法） 33 苯異硫氰酸苯異硫氰酸(酯酯)法（法（pitc法、法、ptc法、法、pth法、法、edman降解法降解法 ） 34 氨肽酶（氨肽酶（aminopeptidase, apase）法法 alavalgly35亮氨酸氨肽酶（亮氨酸氨肽酶（leucine amino peptidase, lap）專一性專一性:a=非

21、極性氨基酸時非極性氨基酸時 快快a=其它氨基酸時其它氨基酸時 慢慢a bn端端a=leu時時 最快最快36 肼解法：也稱聯(lián)氨法肼解法：也稱聯(lián)氨法 c端分析端分析 苯甲醛縮合二亞芐衍生物二亞芐衍生物(不溶于水不溶于水)溶于水溶于水37c端分析端分析 硼氫化鋰還原法硼氫化鋰還原法 hnchcoohrlibh4hnchch2ohr水解混合氨基酸h2nchch2ohr+c端38 羧肽酶（羧肽酶（carboxypeptidase, cpase）法法 394 4種羧肽酶的來源和專一性種羧肽酶的來源和專一性 羧肽酶來源專一性cpa胰臟能釋放除pro、arg和lys以外的所有c端氨基酸cpb胰臟主要水解c端為

22、arg或lys的肽鍵cpc植物或微生物相當廣泛，幾乎能釋放c端的所有氨基酸cpy面包酵母可釋放c端所有氨基酸40（2 2）肽鏈的拆開和分離與純化）肽鏈的拆開和分離與純化 共價鍵：共價鍵： 主要是二硫鍵折分主要是二硫鍵折分分離純化：分離純化： 采用還原法或氧化法采用還原法或氧化法序列測定步驟與方法序列測定步驟與方法 dialysis (透析透析) acetone precipitation and salt precipitation (沉淀沉淀) electrophoresis (電泳電泳) chromatography (層析層析) ultracentrifugation (超離心超離心)4

23、1（3 3）肽鏈的氨基酸組成分析）肽鏈的氨基酸組成分析 酸水解：通常用酸水解：通常用6mol/l hclhplc分析分析aa組成組成序列測定步驟與方法序列測定步驟與方法42（4 4）肽鏈的部分水解）肽鏈的部分水解 化學方法：化學方法： 溴化氰（溴化氰（cnbr）裂解法裂解法: 序列測定步驟與方法序列測定步驟與方法43酶解方法酶解方法 cleavage reagent (裂解劑裂解劑) cleavage site (裂解位點裂解位點)trypsin (胰蛋白酶胰蛋白酶)lys, arg (c)chymotrypsin (胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶)phe, tyr, trp (c)彈性蛋白酶彈性蛋

24、白酶ala, gly, ser, val (c)胃蛋白酶胃蛋白酶phe, trp, tyr (n)staphylococcus aureusglu (c)cyanogen bromide (溴化氰溴化氰)met (c)hydroxylamine (羥胺羥胺)asngly44（5 5）肽段的分離和氨基酸序列測定）肽段的分離和氨基酸序列測定 v e edmandman降解降解（苯異硫氰酸酯法）苯異硫氰酸酯法）氨基酸順序分析法實際上也氨基酸順序分析法實際上也是一種是一種n-n-端分析法。此法的特點是能夠不斷重復循環(huán)，將端分析法。此法的特點是能夠不斷重復循環(huán)，將肽鏈肽鏈n-n-端氨基酸殘基逐一進行標記

25、和解離。端氨基酸殘基逐一進行標記和解離。序列測定步驟與方法序列測定步驟與方法45（6 6）找重疊肽從而推斷整個肽鏈的氨基酸序列）找重疊肽從而推斷整個肽鏈的氨基酸序列 序列測定步驟與方法序列測定步驟與方法46（7 7）二硫鍵位置的確定）二硫鍵位置的確定 對角線電泳對角線電泳 474 4蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫 (1) pir（protein information resource）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 (2) swiss-prot數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫 483.5.4 蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象，指多肽鏈中主鏈原子的局部空間排布即構(gòu)象，不涉及側(cè)鏈部分的構(gòu)象不涉

26、及側(cè)鏈部分的構(gòu)象.酰胺平面是構(gòu)成主鏈構(gòu)象的基本單位。酰胺平面是構(gòu)成主鏈構(gòu)象的基本單位。定義：定義：493.5.4.1肽鍵平面肽鍵平面(或稱酰胺平面或稱酰胺平面,amide plane)在肽鏈中每在肽鏈中每6個原子個原子c -c(=o)-n(-h)-c 構(gòu)成一個構(gòu)成一個肽單元肽單元;pauling等人對一些簡單的肽及氨基酸的酰胺等等人對一些簡單的肽及氨基酸的酰胺等進行了進行了x射射線衍射分析，得出下圖所示結(jié)構(gòu)：線衍射分析，得出下圖所示結(jié)構(gòu)：50(1)肽鍵中的肽鍵中的c-n鍵長鍵長0.132nm，比相鄰的，比相鄰的n-c單鍵單鍵(0.147nm)短，而較一般短，而較一般c=n雙鍵雙鍵(0.127n

27、m)長，可見，長，可見，肽鍵中肽鍵中-c-n-鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，具有部分雙鍵鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)，因而不能旋轉(zhuǎn)，這就將固定在一個平面之內(nèi)。的性質(zhì)，因而不能旋轉(zhuǎn)，這就將固定在一個平面之內(nèi)。酰胺酰胺平面的特性平面的特性51v (2)肽鍵的肽鍵的c及及n周圍三個鍵角之和均為周圍三個鍵角之和均為360，說明都處于一，說明都處于一個平面上，也就是說六個原子（個平面上，也就是說六個原子（-cconhc-）基本）基本上同處于一個平面，這就是上同處于一個平面，這就是肽鍵平面肽鍵平面(或酰胺平面或酰胺平面).參與肽鍵參與肽鍵的的6個原子個原子:-c-co-nh-c- 稱為肽單元稱

28、為肽單元(peptide unit)；v (3)(3)肽鏈中能夠旋轉(zhuǎn)的只有肽鏈中能夠旋轉(zhuǎn)的只有碳原子所形成的單鍵，此單鍵碳原子所形成的單鍵，此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個肽鍵平面的位置關系，于是肽鍵平面成為肽的旋轉(zhuǎn)決定兩個肽鍵平面的位置關系，于是肽鍵平面成為肽鏈盤曲折疊的基本單位。鏈盤曲折疊的基本單位。v ( (4 4) )肽鍵中的肽鍵中的c-nc-n既具有雙鍵性質(zhì)，就會有順反不同的立體異既具有雙鍵性質(zhì)，就會有順反不同的立體異構(gòu)，已證實構(gòu)，已證實coco和和nhnh處于反位。處于反位。52c cc c33c c22c c11c cnnnnhhhhhhoooor r酰胺平面酰胺平面 1酰胺平面酰胺平面 2

29、53反式（反式（trans）順式（順式（cis）543.5.4.2 -螺旋螺旋 1950年美國年美國pauling等人在研究纖維狀蛋白質(zhì)時，提出了等人在研究纖維狀蛋白質(zhì)時，提出了-螺旋，螺旋，后來發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)分子中也存在后來發(fā)現(xiàn)在球狀蛋白質(zhì)分子中也存在-螺旋。螺旋。 0.54 n m 3.6個殘基個殘基0.15 n m55 蛋白質(zhì)多肽鏈像螺旋一樣盤曲蛋白質(zhì)多肽鏈像螺旋一樣盤曲上升，每上升，每3.63.6個氨基酸殘基螺旋上個氨基酸殘基螺旋上升一圈，每圈螺旋的高度為升一圈，每圈螺旋的高度為0.540.54nmnm，每個氨基酸殘基沿軸上升每個氨基酸殘基沿軸上升0.150.15nmnm，螺旋上升時

30、，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)螺旋上升時，每個殘基沿軸旋轉(zhuǎn)100100。 （ =-57=-57, , =-47 =-47）；）； 在同一肽鏈內(nèi)相鄰的螺圈之間在同一肽鏈內(nèi)相鄰的螺圈之間形成氫鏈。形成氫鏈。 - -螺旋有右手螺旋和左手螺旋螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白質(zhì)絕大部分是右手之分，天然蛋白質(zhì)絕大部分是右手螺旋，到目前為止僅在嗜熱菌蛋白螺旋，到目前為止僅在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。酶中發(fā)現(xiàn)了一段左手螺旋。 - -螺旋結(jié)構(gòu)的要點如下：螺旋結(jié)構(gòu)的要點如下： 左手和右手螺旋左手和右手螺旋(順時針)(逆時針) r r側(cè)鏈位于螺旋外側(cè)，其大小、側(cè)鏈位于螺旋外側(cè)，其大小、形狀及電荷等是影響此結(jié)構(gòu)形成

31、的形狀及電荷等是影響此結(jié)構(gòu)形成的主要因素。主要因素。5657 -螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。螺旋的穩(wěn)定性主要靠氫鍵來維持。 the -co group of peptide unit n is h-bonded to the -nh group of peptide unit (n+4).58一些一些側(cè)鏈基團側(cè)鏈基團雖然不參與螺旋，但他們可影響雖然不參與螺旋，但他們可影響 -螺旋的穩(wěn)定性螺旋的穩(wěn)定性 在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸，在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸， -螺旋就不穩(wěn)定。螺旋就不穩(wěn)定。 在多肽鏈中只要出現(xiàn)在多肽鏈中只要出現(xiàn)pro， -螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個彎

32、曲（螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個彎曲（bend）或結(jié)節(jié)（或結(jié)節(jié)（kink） gly的的r基太小，難以形成基太小，難以形成 -螺旋所需的兩面角，所以和螺旋所需的兩面角，所以和pro一樣也一樣也是螺旋的最大破壞者是螺旋的最大破壞者 肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如ile，由于空間位阻，也難以由于空間位阻，也難以形成形成 -螺旋螺旋;苯丙氨酸、色氨酸苯丙氨酸、色氨酸 593.5.4.3 -3.5.4.3 -折疊折疊也是也是paulingpauling等人提出來的，它是與等人提出來的，它是與 - 螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。螺旋完全不同的一種結(jié)構(gòu)。 -折疊主鏈骨架以一定的折疊

33、形式形成一個折疊的片層。折疊主鏈骨架以一定的折疊形式形成一個折疊的片層。 在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鏈。在兩條相鄰的肽鏈之間形成氫鏈。60 -折疊有平行和反平行的兩種形式折疊有平行和反平行的兩種形式: : 每一個氨基酸在主軸上所占的距離，平行的是每一個氨基酸在主軸上所占的距離，平行的是0.3250.325nmnm，反平反平 行的是行的是0.350.35nmnm。 61hhncncncncohooohhhhooohocncncncnn端端平行式hhhooohocncncncnoooncncncnhhhcho反平行式n端端n端端c端端折疊折疊靠不同肽鍵之間的肽鍵上靠不同肽鍵之間的肽鍵上co與與nh

34、形成氫鍵而得形成氫鍵而得以穩(wěn)定。反平行式比平行式穩(wěn)定。以穩(wěn)定。反平行式比平行式穩(wěn)定。62633.5.4.4 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( (-turn)-turn) -轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180180的回折，在回折角上的回折，在回折角上的結(jié)構(gòu)就稱的結(jié)構(gòu)就稱-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱，也稱發(fā)夾結(jié)構(gòu)，或稱u u形轉(zhuǎn)折。由第一個氨基酸形轉(zhuǎn)折。由第一個氨基酸殘基的殘基的c=oc=o與第四個氨基酸殘基的與第四個氨基酸殘基的n nh h之間形成氫鍵。之間形成氫鍵。gly and pro residuesoften occur in -turn64-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( (-t

35、urn)-turn)有兩種類型：有兩種類型：型和型和型型區(qū)別：連接區(qū)別：連接2位殘基與位殘基與3位殘基的肽單位旋轉(zhuǎn)了位殘基的肽單位旋轉(zhuǎn)了1800.65沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍是緊密有沒有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍是緊密有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維持其構(gòu)象不同的蛋白質(zhì)，自由回轉(zhuǎn)的數(shù)量和形式持其構(gòu)象不同的蛋白質(zhì)，自由回轉(zhuǎn)的數(shù)量和形式各不相同分兩類：各不相同分兩類：3.5.4.5 自由回轉(zhuǎn)自由回轉(zhuǎn)無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲(random coil) 連接條帶連接條帶 緊密環(huán)如緊密環(huán)如環(huán)環(huán) 環(huán)環(huán)66蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元rib

36、bon model of the bacterial catabolite gene activator protein (cap)67在蛋白質(zhì)分子中，由若在蛋白質(zhì)分子中，由若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級在空間上能辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體。幾種類型結(jié)構(gòu)組合體。幾種類型的超二級結(jié)構(gòu)：的超二級結(jié)構(gòu)：； 3.5.5 超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域（）超二級結(jié)構(gòu)（）超二級結(jié)構(gòu)(supersecondary structure)超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級結(jié)構(gòu)，但沒上高

37、于二級結(jié)構(gòu)，但沒有聚集成具有功能的結(jié)有聚集成具有功能的結(jié)構(gòu)域構(gòu)域68兩個兩個聚集體連在一起形成聚集體連在一起形成 結(jié)構(gòu)，稱結(jié)構(gòu)，稱rossmann折疊折疊rossmann折疊折疊rossmann折疊折疊它們可直接作為三級結(jié)構(gòu)它們可直接作為三級結(jié)構(gòu)的的“建筑塊建筑塊”或結(jié)構(gòu)域的組或結(jié)構(gòu)域的組成單位，是蛋白質(zhì)構(gòu)象中成單位，是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之間二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之間的一個層次，的一個層次，故稱超二級故稱超二級結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。69（）結(jié)構(gòu)域（）結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域是是 1970年年edelman提出的，它是指在較大的球提出的，它是指在較大的球狀蛋白質(zhì)分子中，多肽鏈往往形成幾個緊密的球狀構(gòu)象，

38、狀蛋白質(zhì)分子中，多肽鏈往往形成幾個緊密的球狀構(gòu)象，彼此分開，以松散的肽鏈相連，此球狀構(gòu)象就是結(jié)構(gòu)域。彼此分開，以松散的肽鏈相連，此球狀構(gòu)象就是結(jié)構(gòu)域。v結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(domain)也是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級結(jié)構(gòu)與三也是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)之間的一個層次。在較大的蛋白質(zhì)分子中，級結(jié)構(gòu)之間的一個層次。在較大的蛋白質(zhì)分子中，由于多肽鏈上相鄰的超二級結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，形成二由于多肽鏈上相鄰的超二級結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，形成二個或多個在空間上可以明顯區(qū)別它與蛋白質(zhì)亞基結(jié)個或多個在空間上可以明顯區(qū)別它與蛋白質(zhì)亞基結(jié)構(gòu)的區(qū)別。一般每個結(jié)構(gòu)域約由構(gòu)的區(qū)別。一般每個結(jié)構(gòu)域約由100-200個氨基酸個氨基酸殘基組成，各有

39、獨特的空間構(gòu)象，并承擔不同的生殘基組成，各有獨特的空間構(gòu)象，并承擔不同的生物學功能。物學功能。70結(jié)構(gòu)域通常是幾個超二級結(jié)構(gòu)的組合，對于較小的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)域通常是幾個超二級結(jié)構(gòu)的組合，對于較小的蛋白質(zhì)分子，結(jié)構(gòu)域與三級結(jié)構(gòu)等同，即這些蛋白為單結(jié)構(gòu)域。分子，結(jié)構(gòu)域與三級結(jié)構(gòu)等同，即這些蛋白為單結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域一般由結(jié)構(gòu)域一般由100200 個氨基酸殘基組成，但大小范圍個氨基酸殘基組成，但大小范圍可達可達 40400 個殘基。氨基酸可以是連續(xù)的，也可以是不個殘基。氨基酸可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的連續(xù)的結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先

40、被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個結(jié)構(gòu)域的界面水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個結(jié)構(gòu)域的界面上上結(jié)構(gòu)域之間由結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)鉸鏈區(qū)”相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性，相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對運動，使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定的生通過結(jié)構(gòu)域之間的相對運動，使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定的生物功能。物功能。在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進行相對獨立的在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進行相對獨立的運動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生運動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性物活性71 對那些較小的蛋白質(zhì)分對那些較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu)

41、子來說，結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu)往往是一個意思，也就是說往往是一個意思，也就是說是單結(jié)構(gòu)域的。一般來說，是單結(jié)構(gòu)域的。一般來說，大的蛋白質(zhì)分子可以由大的蛋白質(zhì)分子可以由2 2個或個或更多個結(jié)構(gòu)域組成。更多個結(jié)構(gòu)域組成。 72結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域有時也稱有時也稱功能域功能域，功能域是指有功能的部分，功能域是指有功能的部分, ,功能域功能域可以是一個結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)域組成?？梢允且粋€結(jié)構(gòu)域，也可以是兩個或兩個以上的結(jié)構(gòu)域組成。 從動力學的角度來看從動力學的角度來看，一條，一條長的多肽鏈先折疊成幾個相長的多肽鏈先折疊成幾個相對獨立的區(qū)域，再締合成三對獨立的區(qū)域，再締合成三級結(jié)構(gòu)要比直接折疊成三級

42、級結(jié)構(gòu)要比直接折疊成三級結(jié)構(gòu)更合理。結(jié)構(gòu)更合理。從功能的角度來看從功能的角度來看，酶蛋白，酶蛋白的的活性中心活性中心往往位于結(jié)構(gòu)域往往位于結(jié)構(gòu)域之間，因為連接各個結(jié)構(gòu)域之間，因為連接各個結(jié)構(gòu)域的常常是一條松散的肽鏈，的常常是一條松散的肽鏈，使結(jié)構(gòu)域在空間上擺動比較使結(jié)構(gòu)域在空間上擺動比較自由，容易形成適合底物結(jié)自由，容易形成適合底物結(jié)合的空間。合的空間。733.5.6 三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級結(jié)構(gòu)的基礎上再進一蛋白質(zhì)的多肽鏈在各種二級結(jié)構(gòu)的基礎上再進一步盤曲或折迭形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)，稱步盤曲或折迭形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)為蛋白質(zhì)的三級結(jié)

43、構(gòu)(tertiary structure)。肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)7475767778v蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠次級鍵，包括蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定主要靠次級鍵，包括氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力(van der wasls力力)等。這些次級鍵可存在于一等。這些次級鍵可存在于一級結(jié)構(gòu)序號相隔很遠的氨基酸殘基的級結(jié)構(gòu)序號相隔很遠的氨基酸殘基的r基團之基團之間，因此蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘間，因此蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。基的側(cè)鏈間的結(jié)合。v次級鍵都是非共價鍵，易受環(huán)境中次級鍵都是非共價鍵，易受環(huán)境中ph、溫度、溫度、離子強度等

44、的影響，有變動的可能性。二硫離子強度等的影響，有變動的可能性。二硫鍵不屬于次級鍵，但在某些肽鏈中能使遠隔鍵不屬于次級鍵，但在某些肽鏈中能使遠隔的二個肽段聯(lián)系在一起，這對于蛋白質(zhì)三級的二個肽段聯(lián)系在一起，這對于蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用。79v具備三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)從其外形上看，有的細長具備三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)從其外形上看，有的細長( (長長軸比短軸大軸比短軸大1010倍以上倍以上) )，屬于纖維狀蛋白質(zhì)，屬于纖維狀蛋白質(zhì)(fibrous (fibrous protein)protein)，如絲心蛋白；有的長短軸相差不多基本，如絲心蛋白；有的長短軸相差不多基本上呈球形，屬于球狀蛋白質(zhì)上呈球形，屬于球狀蛋白質(zhì)(globular protein)(globular protein)，如血漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白，球狀蛋白的疏如血漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白，球狀蛋白的疏水基多聚集在分子的內(nèi)部，而親水基則多分布在分水基多聚集在分子的內(nèi)部，而親水基則多分布在分子表面，因而球狀蛋白質(zhì)是親水的