生物化學(xué)蛋白質(zhì).

1、第二章蛋白質(zhì)(Proteins)內(nèi)容蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸及其連接方式 蛋白質(zhì)的一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)結(jié)構(gòu)，模體、結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其提取、純化的原理蛋白質(zhì)組和蛋白質(zhì)組學(xué)一.什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸(amino acids)通過peptide bond)相連形成的高分子週匕合物。二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性-L蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白 質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī) 分子,占人體干重的45%,某些組織含量更 離，例如脾、肺及橫紋肌等商達(dá)XU%。ET12.

2、蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞3氧化供能ri fviFij第一節(jié)蛋白質(zhì)基本組成單位及其連接方式laaiBg組成蛋白質(zhì)的元素主要有C、H、O、N和S。有些蛋白質(zhì)含有少量確或金屬元素決、銅、鋅、鏈、鉆、鉗，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘。 ; 一 iwi 158（單純）蛋白質(zhì)的元素組成元素含量碳50%-55%氧19%-24%氮13X-19%（平均16%）氫6%7%硫0-4%定氮法測(cè)定生物樣品中蛋白質(zhì)含量每克樣品巾蛋白含量二每克樣品巾的含氮量x 6.25蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)tb各種蛋白質(zhì)哥含氮量|很接

3、近,平均為16%由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因 此，只要測(cè)定生物樣品中的含氮蚤，就可以根 據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：1（川克樣品中蛋白質(zhì)的含量（g % ）每克樣品含氮克數(shù)X 6.25X100每克樣品中所含蛋白質(zhì)的克數(shù)=每克樣品中的含氮量（克X6.2511/1三聚氤胺（分子式c3h6n6）是一種含氮雜環(huán)有機(jī)化合物，化工原料。俗稱蜜胺.蛋白精，白色結(jié)晶粉末，幾乎無(wú)味道含氮量很高，達(dá)66%；在植物蛋白粉和飼料中, 每增加1個(gè)百分點(diǎn)的三聚氤胺，會(huì)使蛋白質(zhì)測(cè) 定含量虛漲4個(gè)多百分點(diǎn)。成本很低 長(zhǎng)期攝入三聚鼠胺會(huì)造成生殖、泌尿系統(tǒng)的?害，膀胱、腎部結(jié)石，并可進(jìn)一步誘發(fā)膀胱癌。一、 禎耳酸 （a

4、minoacid）-一組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但 組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2種，且均 屬L氨基酸（甘氨酸除外）。甘氨酸（其R基團(tuán)為氫原子）L型氨基酸與/ D型氨基酸L- amino acidb- amino acidCH3D-AlanineftH翌分.dvtdsCZJMvt d UCC亠Zf.COO-C NHg氨基酸的通式COO-甘氨酸COO-CH3bnh3 /H丙氨酸m m帝*、 OHaqH2N-C-HH-C-HH .*(a)甘氨酸(glycine.Glv)coo-異亮氨酸(isolcucinejle)R基團(tuán)是非極性的疏水基團(tuán) 水中的溶解度較小coo coog

5、oo苯丙氨酸 (pheny lalaninePhe )脯氨酸 (prolinePro)按R基團(tuán)在中性溶液中的極性和解離狀態(tài)分類: 中性氨基酸：非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸中性氨基酸按R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)不同分為：脂肪族氨基酸含硫氨基酸芳香族氨基酸亞氨基酸輕基氨基酸酰胺類氨基酸非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸R基團(tuán)是有中性的，不帶電.但具有一定的極性y(Mr半胱氨酸(cysteineCys)y)OH酪氨酸(tyrosine.Tyr)極性中性氨基酸(methionine.Met)COO-COO*(asparagineAsn)谷氨酰胺(glutamineXiln)酸性氨基酸R基團(tuán)帶有

6、可解離出H的竣基;天冬氨酸(asparticacidAsp)CCX)-谷氨酸(glutamic acidG lu)R基團(tuán)含有可接受H 的氨基或亞氨基。fOOH/N嚴(yán)CH,CH,CH,NHq賴氨酸(lysine J as)組気酸(histidineHis)精氨酸(arginineXrg)按R基不同分類脂肪族氨基酸（R基完全由C、H鏈構(gòu)成）芳香族氨基酸（有芳香性，含苯環(huán)）苯丙氨酸（Phe）酪氨酸（Tyr）色氨酸（Trp）雜環(huán)族氨基酸（在某芳香環(huán)中含一雜原子）脂肪族氨基酸（5種）yoo*yoo*HiNHHfNIIHCll3甘氨Mt(glvdne.Gly)(alanineAla)yoo-yoo*j：O

7、O-H/N-CHHNjJ_HXCHCHj嚴(yán)CH-CH j IkfHCHj丨斑 丨氨JLKtCHt(valineAal)(isoleucineJIe)(leucincj.eu)yoo-II色氨酸(trvptophanJYp)(tvrosIne.Tvr)* 芳香族氨基酸（3種）oo苯丙氨酸(phenylalanine Phc )含硫氨基酸（2種）半胱氨酸(cystdneCys)(methionineMet)酰胺類氨基酸（2種）（）天冬酰胺(asparagineAsn)谷氨酰胺(glutamineXvln)二十種氨基酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)要求全部背出Itl.M Wvrl ateNfl rwupeXJOAu I

8、m4mm imII.- .11J0嚴(yán)Z *ii 4o+g JI.-N,l.gJMB；Nil,Mt,兒種特殊氮旱酸eaCH CH CH CH CHCOOnh3Lysine胱氮股結(jié)構(gòu)式半胱氨酸-OOC-CH-CH2-SH + hs-ch2NH3* +H+OH+ H+R-CH-COOINH2pHpI陰離子以內(nèi)奴酸為例:pK 產(chǎn) 2 3$ oncoo- 1LI KI TT9 廣MpK2=9 69oh-coo1H2NCHH*MjriM rH*CH 3CM 3康性離子(zwitterion)陰離子COOH H3NCHCH,陽(yáng)離子pl =2.35 + 9.699=6.022.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的 最大吸

9、收峰在280 nm 附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有 這兩種氨基酸殘基，所 以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液 的光吸收值是分 析溶液中蛋白質(zhì)含量的 快速簡(jiǎn)便的方法C芳香族氨基腹的紫外吸收I l iili3藥三酮反應(yīng)氨基酸與菊三酮水合物共熱，可生成 藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm 處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在 正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方 法。(一)肽(peptide)!肽鍵(peptide bond)是由一個(gè)氨基酸的a 竣基與另一個(gè)氨基酸的(X氨基脫水縮合 而形成的化學(xué)鍵Cri in 百*(-)肽的書寫及其命名*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化 合物。*兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨 基酸

10、縮合則形成三肽*由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為家 肽(oligopeptide),由更多的氨基駿相連 形成的肽稱多.(polypeptide) o*肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán) 不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。肽的分類1) 寡肽(oligopeptide ):氨基酸殘基數(shù)小于102) 多肽(polypeptide):氨基酸殘基數(shù)小于503) 蛋白質(zhì)(protein):氨基酸殘基數(shù)大于50*多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。多肽鏈有兩端N末端：多肽鏈中有自由氨吳的一端inmiC末端：多肽鏈中有自由竣基的一端miOR, 0R

11、j 0INlIIIN堪)H.N-CHC-N-CH Y-N-CH YH二、氨基酸在蛋白質(zhì)中的連接方式姜肽鏈的表示法嚴(yán) 0 丫 0 Rj O4-CH C-N-CHi nr*谷氨酸2.多肽類激素及神經(jīng)肽休內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽促甲狀腺素釋放激素（TRH）些生物活性肽的結(jié)構(gòu)與功能1：WW5ft8k分f結(jié)W生理活ft促甲狀腺索釋放因f備谷組憐NH?卜丘恤分瀝.促腺乘體 彷泌促叩狀總厳蛋氮H 畫廿咁譯沖蛋OH諭內(nèi)的抻制如M的 Pf片樣*上符緊張IMI （牛）H吠訓(xùn)曲餡異組舗萃丙QH ? ?”局血爪.曲激阿I m 皮質(zhì)分港辭網(wǎng)制抗利域激點(diǎn)AuKII晰體厲葉分出.促進(jìn)開aH 半略必內(nèi)谷腋認(rèn)腰1嶺W-ttNH2

12、保曲水槳媒澈狀（牛）H 帖本內(nèi)線階* 川樸OH血飯故張秋PWH 輸知輸胭谷胺茶 厝 IT 僥9（04神經(jīng)遙質(zhì)（牛）Hffl 傀谷枝甘蘇苯內(nèi)蘇給夭枕血6細(xì)胞分座的激索酪化Hft 聽大邈粘帯丙谷徉 川萊內(nèi)悅佶胺色曉躋大吆 ）?-0H詭竹箱代謝多肽或稱肽）的気基酸殘墓少T50.寡肽（或稱肽）的気基酸殘墓數(shù)在10個(gè)Z內(nèi)第二節(jié)蛋白質(zhì)的分(結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括鬲級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu)(卩rima(7 structure) 二級(jí)纟占構(gòu)sUzZu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)(tcrtinry structure) 四級(jí)纟占構(gòu)(quMQmwslruclure).Primary siructurvTertiary MructurrQu

13、aternary structureaHrlaTMypeptxfe chimAmino acid reMduriAum&bled sukmaib血紅蛋白結(jié)構(gòu)示意圖Secondaiy sCnicture一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)概念：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure) 是指蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的氨基酸排列順序， 一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵是肽鍵。0NH2-CH-C + H OH 甘氨咬p NH-CH-C F H; H OH甘氨酸-HOH尸0NH2-CHt(NHCH-CH * H H OH-一甘氨酰甘氨酸肽鍵31ZE 回胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)：A鏈由21個(gè)氨基酸殘基組成；B鏈由30個(gè)氨基酸殘基組成A鏈含

14、一個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵A鏈與B鏈之間有二個(gè)二硫鍵一蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中氨基酸自N-末端向C- 末端的排列丿|頁(yè)序稱蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié) 構(gòu)為蛋白質(zhì)最基本的結(jié)構(gòu),是由基因上遺傳密碼 順序決定的主要連接鍵：肽鍵有些蛋白質(zhì)_ 級(jí)結(jié)構(gòu)含有：二硫僦一.蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(一)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的概念一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸推 列順序.一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵是肽鍵.有些蛋白質(zhì)含有：二硫譏“一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)，它是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和特異功 能的基礎(chǔ).二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)定義蛋白質(zhì)分子申某一段肽餡的局部空間 結(jié)構(gòu),即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空 間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的

15、構(gòu) 象。主要的化學(xué)鍵：氫鍵X-raysource蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式 a-螺旋(a -helix ) 折疊(P-pleated sheet)卜轉(zhuǎn)角(P-turn )無(wú)規(guī)卷曲(random coil)構(gòu)成蛋白質(zhì)主鏈空間構(gòu)象的基本單位是肽單元(pqHickuni或稱肽鍵平面,fEI1肽單元肽單元（肽平面）肽鍵中C-N之間鍵長(zhǎng)介于單鍵與雙鍵之間，不能扭轉(zhuǎn)。與這兩個(gè)原子相連的其他原子與之夾角的和為360 肽鍵的6個(gè)原子在一個(gè)平面上,此平面稱為肽平面.肽單元的竣基碳與G碳之間的鍵可以旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)角為屮角），氨基氮與Q碳之間的鍵可以旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)角為角）,其旋轉(zhuǎn)的角度不同,使蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)以肽單元為單位形成不

16、同的空間構(gòu)象肽單元(C-N & 6 atoms)六個(gè)原子位于同一平面廠氨基上的H與竣基上的0總是處在相反位鬟廠拔基上的C與N原子間的鍵不能旋轉(zhuǎn)，鍵長(zhǎng)132A Ca與按基上的C間,Cq與拔基上的N間相違為單 詭，可自由旋轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式 a-螺旋(a -helix ) 0-折蔓(卩-pleated sheet) 0-轉(zhuǎn)角(P-hirn )無(wú)規(guī)卷曲(random coil)構(gòu)成蛋白質(zhì)主鏈空間構(gòu)象的基本單位是肽單元(peptideuniR-residue slrech oul ,sleric interactions(d)2蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)象1) 螺旋a螺旋Amino terminu

17、sCarboxyl tnOxygenNil K 貨roupa 螺旋:棒狀結(jié)構(gòu)，多肽鏈主鏈圍繞中心軸呈規(guī)律蟲累旋上升,走向:順時(shí)針（右手螺旋）螺茨上升每圈3.6個(gè)氨基酸殘基， 螺距0.54nm上環(huán)炊基上O與卞環(huán)氛基上的H 形成氫K氫位與右手鰥施長(zhǎng)軸平行氨基酸側(cè)憊伸向螺旅外側(cè)其大小、 形狀.電荷影響a螺旋的形成為二級(jí)結(jié)構(gòu)中最穩(wěn)定形式卩-折疊件折疊：呈折紙樣，多肽鏈充分伸展.肽平面之折疊成輾齒輕結(jié)構(gòu)常2個(gè) 以上的爐折疊平行排列.肽段間形成氫鍵。（即一個(gè)肽鏈的肽鍵撥雋氧與另 一肽鏈的肽犍氨基氫形成氫鍵）所有的肽犍均參加氫鍵的形成.R基團(tuán)交 替地伸向此鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上、下方.幾條戸折疊肽段有順向平行與反向

18、平行之分（A：順向平行 B：反向平行）0轉(zhuǎn)角常出現(xiàn)在肽鏈呈1*0冋折處，多由4個(gè)氨基酸殘 基組成，第1個(gè)氨基酸的按基氧與第4個(gè)就基酸殘基的氨 基氫形成氫鍵。許轉(zhuǎn)角的第2個(gè)氨基酸多為脯欽酸。4）無(wú)規(guī)則卷曲:無(wú)確定規(guī)律性的部分肽鏈在許多蛋白質(zhì)的分子中， 常發(fā)現(xiàn)幾個(gè)（多為23個(gè)） 具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段相互 靠近，形成具有特定功能 的空間構(gòu)象；或者僅是一個(gè) 具有特定功能的很短的肽段DNA結(jié)合蛋白常以二聚體形式存在，螺旋轉(zhuǎn)角螺旋（HTH模體）：由2個(gè)毎旋和1個(gè)0轉(zhuǎn)角組成，是DNA結(jié)合蛋白三維結(jié)構(gòu)中一部分，每一DNA結(jié)合蛋白含一個(gè)HTH模體，位于分子表面。鋅指：存在于轉(zhuǎn)錄因子中.屬DNA結(jié)合蛋白。約由30個(gè)

19、氨基酸 殘基組成4個(gè)半胱氨酸殘基或2個(gè)半胱氨酸殘基和2個(gè)組球酸殘 基與1個(gè)鋅離子配價(jià)結(jié)合。鋅指模體的螺旋部分是與DNA結(jié) 合的部位(a)0七-0 LoopTypical connectionsin an all-0 motifLoopBarrel(三)分子伴侶分子伴4S(chaperon)通過提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從 而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)。*分子伴侶可逆地與未折僉肽段的疏水部分結(jié)合隨 后松開，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生， 使肽鏈正確折僉。*分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚 后，再誘導(dǎo)其正確折疊。*分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確 形成起了重要的作用。（二

20、）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)（tertiarystructure）蛋白質(zhì)分子中二級(jí)結(jié)構(gòu)元件之間的空間相互關(guān)系, 即多肽鏈中所有原子（包括主鏈和側(cè)鏈）在三維 空間的排布位置與它們的相互關(guān)系。穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu) 的主要是非共價(jià)鍵（次級(jí)鍵），有些是二硫鍵。次級(jí)鍵：氫鍵、離子鍵（鹽鍵八 疏水作用、Van der VVaalsJ （原子間的相互引力）肌紅蛋白（Mb）蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域(domain)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，特別是長(zhǎng)的多肽鏈 在進(jìn)一步折疊與盤曲形成三級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)，可能組合 成數(shù)個(gè)相互連續(xù)而又相對(duì)獨(dú)立的疏密不等的區(qū)域,無(wú)規(guī)卷曲0折疊無(wú)規(guī)卷曲限制性內(nèi)切核酸酶BamH啲三級(jí)結(jié)構(gòu)(示.級(jí)結(jié)構(gòu)的幾種類型)（三）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)含有網(wǎng)豕阿具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈的蛋白質(zhì), 其多肽鏈通過非共價(jià)鍵冠建接融冠聚祐結(jié)構(gòu)。每 個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈程為隔 蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié) 構(gòu)雇蛋白質(zhì)分子中各亞基之間的空間排布定蛋白質(zhì)級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵是氫鍵、離子鍵、疏水作用和Vander VVaals力等次級(jí)鍵。血紅蛋白