第02章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能.

1、第2章蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能(structure and function of protein)概念：蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。蛋白質(zhì)的生理功能:*酶的催化作用*運輸及存儲作用 *協(xié)調(diào)運動的作用*機械支撐作用*免疫保護作用凝血作用*其他作用第1節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成元素組成CHON z(v z(v c' -z(x 碳氫氧氮50% 55%6% 8%19% 24%13% 19%硫(S)0% 4%少量的：磷(P)、鐵(Fe)、銅(Cu)、-16%；N(g) X 6.25 二樣品Pi含量鋅(Zn)和碘(I)等一、氨基酸(amino acid，aa)(-)

2、氨基酸的一般結(jié)構(gòu)COOHCOO'H2N C"H或 比“ Cu HRRL氨基酸結(jié)構(gòu)通式氨基酸（aa）的結(jié)構(gòu)特點:R側(cè)鏈各不相同。2. a 碳原子上均連有一個氨基 （脯氨酸除外）和一個竣基。3. a碳原子為不對稱（手性）碳 原子（甘氨酸除外）。（二）氨基酸的分類根據(jù)氨基酸側(cè)鏈基團（R）的結(jié)構(gòu)和理化 性質(zhì)，將其分為4類:1非極性疏水性氨基酸2極性中性氨基酸3.酸性氨基酸4 堿性氨基酸非極性疏水性氨基酸包括7個：甘氨酸(G】y)、丙氨酸(Aki)、緞氨酸(VM)、亮氨酸(Leu) 異亮氨酸(14、苯丙氨酸(Phe)和脯氨酸(Pw)脯氨酸(Pro)!CH3. /Oi HoCCHCH&q

3、uot;'"h2n綣氨酸(Vai)2. 極性中性氨基酸R基含有極性基團;生理pH條件下不解離。包括8個： 色氨酸(Trp)、絲氨酸(Se“、半胱氨酸(Cys)、 天冬酰胺(Asn)、 蘇氨酸(Thr)、蛋氨酸(Met)、 谷氨酰胺(Gin)、- 2 H H cIN酪氨酸(Tyr)；HSCH24CHCONH；半胱氨酸(Cys)3. 酸性氨基酸R-基有COOH(COO) 帶負電荷谷氨酸(Glu)o ' / CH 2CH：HCC i I + O NH天冬氯酸(Asp)+ 3 - H H NIcI I 十 24. 堿性氨基酸R基有NH2(NH3+)帶正電荷賴氨酸(Lys)、精

4、氨酸(Arg)、組氨酸(His)! h3n-ch2-ch2-ch2-ch2-賴氨酸(Lys)II補充：8種必需氨基酸一人體必需的， 但體內(nèi)不能合成或者合成的量不能滿 足人體需要的氨基酸。幫助口訣：蘇姐很無賴，亮一亮笨旦色！Thr VaiLys Leu lie PheMet Trp(三)氨基酸的理化性質(zhì)1 兩性解離及等電點R-CH-COOHnh2pH>pIR-CH-CCX)pH<pIR-CHCOOHNH2R-CH-COOpH=pI等電點(isoelectric point > pl)氨基酸酸性解離和堿性解離的程度相等, 為兼性離子，分子所帶的凈電荷為零，此時溶 液的pH值就稱為

5、該氨基酸的等電點。中性氨基酸：pI=l/2 (pKi+pKi) 酸性氨基酸：pI=l/2 (pKi+pKR) 堿性氨基酸：pI=l/2 (pK2+pKR)2.紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸在280nm波長附近對紫外光有最大吸收峰。3.昂三酮反應(yīng)氨基酸+水合苗三酮藍紫色的化合物570nm處有最大吸收二、肽(peptide)(一)肽與肽鍵肽鍵的概念：一個氨基酸的a 按基與另一個氨基酸的氨基脫去一分子水縮合形成的鍵稱肽鍵 (peptide bond )。CH3°尊融HO H丙氨酸CH 廠©>NH.苯丙氨酸O CH c I nh2 二肽肽鍵«和氨酰丙氨酸氨基酸

6、借肽鍵相連而形成的化合物稱肽(peptide)Met -Phe二肽Met heLys三肽Met Pht Lys Cys Thr 五肽竣基末端(C 一端)NHret-Phe-Lys- Cys- Ser -Thr- Val-| COOH 氨基末端（N端）肽單元（肽平面）形成肽鍵的6個原子C“、C、 N、O、H、Ca2位于同一平面， 稱為肽單元（peptide unit）。肽鍵中的C = o和CN均不能自由旋轉(zhuǎn)，肽鍵 （-CONH-）中的4個原子和2個a碳原子（CJ被約 束在一個剛性平面（即肽鍵平面）上。(-)天然存在的活性肽L 谷胱甘肽(glutathione > GSH)(1)組成由Gki

7、、Cys和Gly組成的三肽構(gòu)成第一個肽鍵的竣基是谷氨酸的丫 一按基(2)功能GSH是體內(nèi)重要的還原劑232. 多肽類激素及神經(jīng)肽促甲狀腺素釋放激素(TRH)(1) 組成pyro-GluHisPro-NH2(2) 功能由下丘腦分泌，其功能是促進腺垂體 釋放促甲狀腺素。3. 抗生素肽抗生素肽是一類能抑制或殺死細菌的多肽,如短桿菌肽A。目前是一個研究熱點，應(yīng)用越來越廣泛。第2節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1U!蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)高級結(jié)構(gòu)或 空間結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) A27一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(primary structure)概念蛋白質(zhì)中所有氨基酸的數(shù)目及排列 順序，

8、稱蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。化學鍵肽鍵，二硫鍵氨基酸序列書寫NH廠 MetPhe Lys Cys 一 Ser -Thr Vai COOHM P K C S T V二、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu) (secondary structure)概念蛋白質(zhì)分子中多肽鏈骨架中原子的局部空間排列，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈 的構(gòu)象。30蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要類型B-折疊B-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲31(-)。一螺旋(a-hel ix)1.概念由多肽的主鏈盤 旋形成的右手螺2.螺旋的結(jié)構(gòu)特征aM伽(1)以肽鍵平面為單 位，以Qf-碳原子為轉(zhuǎn) 折，盤旋形成右手螺 旋。(2)每36個氨基酸殘基 繞成一個螺圈(360。)， 螺距為0.54nm,肽鍵平 面

9、與中心軸平行。(3)主鏈原子構(gòu)成螺旋的主體,側(cè)鏈在其外部。肽鍵的CO和NH 都形成氫鍵。氫鍵的方向與中心軸大致平行，是穩(wěn)定螺旋的主要作用力。(5)氨基酸殘基的側(cè)鏈對Q螺旋形成 的影響氨基酸殘基側(cè)鏈所帶電荷氨基酸殘基側(cè)鏈的大小含脯氨酸殘基(二)B-折疊(3 pleated sheet)1 概念多肽鏈充分伸展，每個肽單元以C。為旋 轉(zhuǎn)點，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，氨基酸殘基 側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方，這樣 形成的結(jié)構(gòu)稱折疊。2.P-折疊結(jié)構(gòu)特點(1) 相鄰肽鍵平面的夾角為lio。，呈鋸齒狀排列， 側(cè)鏈R基團交錯地分布在片層平面的兩側(cè)。(2) 25條肽段平行排列構(gòu)成，肽段之間可順向 平行(均從N

10、C),也可反向平行。(3)由氫鍵維持穩(wěn)定。其方向與折疊的長軸接近垂直。(三)卩轉(zhuǎn)角(P-turn)1 概念肽鏈出現(xiàn)180?；卣鄣霓D(zhuǎn)角處結(jié)構(gòu)稱為卩轉(zhuǎn)角©2 結(jié)構(gòu)特征*常見于球狀蛋白質(zhì)分子表面。*第一個aa殘基的 C=O與第四個aa殘基的NH形成氫鍵。(四)無規(guī)卷曲(random coil) 1 概念 沒有確定規(guī)律性的肽鍵構(gòu)象。常見于球狀蛋白質(zhì)分子中，在其 它類型二級結(jié)構(gòu)肽段之間起活節(jié)作 用，有利于整條肽鏈盤曲折疊。COOH（五）超二級結(jié)構(gòu)（又稱“模 體”）是指多肽鏈內(nèi)順序上相互鄰近的二級結(jié)構(gòu)常常在空間折疊中靠近，彼此相互作用，形成規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)聚集體。超二級結(jié)構(gòu)基本形式a螺旋組合（a

11、a）B折疊組合（B B B） a螺旋B折疊組合（B a B）三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)(-)概念一條多肽鏈中所有原子在三維空 間的整體排布，包含了主鏈構(gòu)象和 側(cè)鏈構(gòu)象的內(nèi)容稱為蛋白質(zhì)的三級 結(jié)構(gòu)。球狀蛋白的三級的結(jié)構(gòu)特怔 具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子含有多種二級結(jié)構(gòu)單元.卵溶菌酶的三 級結(jié)構(gòu)含有a螺旋、卩折疊 、卩轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲四種二級結(jié)構(gòu)。4K（二）結(jié)構(gòu)域（domain）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)中常形成1個或多個 在空間上可以明顯區(qū)分的功能折疊實體， 稱為結(jié)構(gòu)域。細胞表面蛋白CD4分子4個相似結(jié)構(gòu)域49維持三級結(jié)構(gòu)的作用力二硫鍵共價鍵疏水作用） 氫鍵非共價鍵（次級鍵）

12、離子鍵 范德華力丿(quaternary structure)亞基(subunit)蛋白質(zhì)分子由兩條或兩條以上肽鏈組成，每條肽鏈各自形成了獨立的三級 結(jié)構(gòu)，分子中的每一個具有獨立三級結(jié) 構(gòu)的肽鏈，稱為亞基。51蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)概念指亞基間的空間排布、亞基間相 互作用與接觸部位的布局。亞基間的結(jié)合力主要是疏水作用、 氫鍵和離子鍵。PrimarystructureSecondarystructureTertiarystructureQuaternarystructurea HelixPolypeptide chainAssembled subunitsAmino acidresidues54聚合體

13、t球狀蛋白蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu).結(jié)構(gòu)域/亞基t超二級結(jié)構(gòu)（模體）t蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)t55蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的分類1.根據(jù)組成分類單純蛋白質(zhì)：全部由aa組成。結(jié)合蛋白質(zhì)：除蛋白部分外， 還含非蛋白部分。2.根據(jù)蛋白質(zhì)形狀分類纖維蛋白質(zhì)：分子狀如纖維，其長軸 比短軸大于10 :1球狀蛋白質(zhì)：分子狀如球形或橢圓形57第3節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)牛胰核糖核酸酶的變性與復性有活性無活性(二) 一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1 一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)功能相似例如：胰島素一各種來源的胰島素氨基酸的序列高 度同源，這也就決定了它們功能的同源，

14、都具有調(diào) 節(jié)血糖的功能。4IO10販一疔一組一專一輯Y甘aMSH 州C-f知一酪一停-r >級罪一廠矗一鎮(zhèn)一COSH2智一一犬一(X)ACTH、a-MSH和卩MSH級結(jié)構(gòu)比較（三）一級結(jié)構(gòu)改變與分子病HbS與HbA的區(qū)別卜亞基第6位氨基酸殘基正常人：Glu患者：Vai綸田胞性狀正常t信使RNA 齢密碼tDNA #0鐮狀紅細胞貧血的分子機制二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系<-）蛋白質(zhì)的功能依賴于特定的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴于蛋白質(zhì)的空間 結(jié)構(gòu)。沒有適當?shù)目臻g結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)就 不能發(fā)揮它的生物學功能。1 酶原激活、各種蛋白質(zhì)凝前體的加工和激活；2 激素前體的激活。比較Mb和Hb的功能畢飽

15、和度'、MbHb動脈血95%95%肌肉休息80%95%75%肌肉工作80%10%功能儲存。2運輸。27070變構(gòu)效應(yīng)蛋白質(zhì)分子與它的配體結(jié)合后構(gòu)象發(fā)生變化，其功能也隨之變化的現(xiàn)象，稱為變構(gòu)效應(yīng)。協(xié)同效應(yīng)蛋白質(zhì)分子中的1個亞基與其的配體 結(jié)合后，能影響其它亞基與配體的結(jié)合，稱 為協(xié)同效應(yīng)。促進正協(xié)同效應(yīng)抑制負協(xié)同效應(yīng)69（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤嚴重時可以導致疾病的發(fā)生，這類疾病稱為蛋白質(zhì)構(gòu) 象疾病。人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、 亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。航病毒麻病毒（prion）是一種 不同于病毒、類病毒、細菌、 霉菌、寄生蟲的傳染性病原 體。它不含有核酸，單純由

16、 蛋白質(zhì)組成。阮病毒蛋白有兩種構(gòu)象： 細胞型（PrP9和搔癢型（PrP） 細胞型（PP9是一種正常無害 的蛋白質(zhì)，可能與神經(jīng)系統(tǒng)功 能維持有關(guān)。骯病毒電鏡照片71人和動物神經(jīng)退行性病變,瘋牛病具傳染性，發(fā)病時主要表現(xiàn)為視物 模糊、平衡障礙、肌肉收縮和不隨 意運動現(xiàn)象等，一般在出現(xiàn)癥狀后可能機制：2年內(nèi)死亡。prpc -prpsci >Prpsc聚集淀粉 樣纖維沉 淀。未知蛋白質(zhì)70第4節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)及其分離純化、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)(一) 兩性解離和等電點蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)。在溶液中的帶電狀 況主要取決于溶液的pH值。/OOH +()H/ COO +oh /COO*NH +H* NH3+

17、、曲 NH2pH<pIpH=pIpH>pI等電點(pl)：在某一pH值溶液中，蛋白質(zhì)酸 性基團和堿性基團的解離程度相當，蛋白質(zhì)分 子所帶正負電荷相等，凈電荷為零，此時溶液 的pH值稱為蛋白質(zhì)的等電點(pl)。（二）蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)分子顆粒大小l-100nm之間,屬膠體顆粒范圍在溶液中能形成穩(wěn)定的膠體 蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定原因:表面形成水化層表面同種電荷的斥力(三) 蛋白質(zhì)的變性與沉淀1.蛋白質(zhì)的變性作用概念：在某些理化因素作用下，蛋白質(zhì) 的構(gòu)象被破壞，失去其原有的性質(zhì)和 生物活性，稱為蛋白質(zhì)的變性作用 (denaturation) o變性后的蛋白稱為變性蛋白質(zhì)。77常見的變性因素：化

18、學因素 強酸、強堿、有機溶劑、生物堿、尿素、肌、 重金屬物理因素熱、紫外線、超聲波、劇烈振蕩7R變性蛋白質(zhì)的主要特征(1) 蛋白質(zhì)分子中的次級鍵斷裂，構(gòu)象破壞, 但不涉及肽鍵的破壞，一級結(jié)構(gòu)不變。(2) 生物活性喪失。(3) 變性蛋白質(zhì)的溶解度常降低.粘度增加 而擴散系數(shù)減小。(4) 變性蛋白質(zhì)容易消化。蛋白質(zhì)的復性(renaturation)除去變性因素后，有的變性蛋白質(zhì)又可 恢復其天然構(gòu)象和生物活性，這一現(xiàn)象稱為 蛋白質(zhì)的復性。2蛋白質(zhì)的沉淀概念：當破壞了維持蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素甚 至蛋白質(zhì)的構(gòu)象時，蛋白質(zhì)就會從溶液中析 出，這種現(xiàn)象稱為蛋白質(zhì)的沉淀。3 蛋白質(zhì)的凝固蛋白質(zhì)的沉淀物被加熱后，形成不易溶于強酸和強堿的凝塊。（四）紫外吸收性質(zhì)酪氨酸（Tyr）苯丙氨酸（Phe）和色氨酸（Tp）具有苯環(huán)共扼雙鍵，在280nm有