第二章蛋白質(zhì)

1、蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義：蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義：（）催化作用（）催化作用（）激素作用（）激素作用（）肌肉收縮作用（）肌肉收縮作用（）運(yùn)載工具（）運(yùn)載工具（）免疫作用（）免疫作用（）生物膜功能（）生物膜功能（）保護(hù)結(jié)締功能（）保護(hù)結(jié)締功能（）控制生長(zhǎng)和變異（）控制生長(zhǎng)和變異肽鍵肽鍵一個(gè)氨基酸的一個(gè)氨基酸的a a- -羧基羧基與另一個(gè)氨基酸的與另一個(gè)氨基酸的a a- -氨基脫氨基脫水縮合失去一分子水，形成水縮合失去一分子水，形成酰胺鍵，這種氨基酸之間連酰胺鍵，這種氨基酸之間連接的酰胺鍵又稱肽鍵。接的酰胺鍵又稱肽鍵。 肽鏈：肽鏈：構(gòu)成肽的每一個(gè)氨基構(gòu)成肽的每一個(gè)氨基酸單位被稱為氨基酸殘基。酸單位被稱為氨基酸

2、殘基。各氨基酸殘基以肽鍵相連形各氨基酸殘基以肽鍵相連形成的鏈狀結(jié)構(gòu)。成的鏈狀結(jié)構(gòu)。肽肽: :肽就是氨基酸之間通過(guò)肽就是氨基酸之間通過(guò)-氨基和氨基和-羧基縮合以酰羧基縮合以酰胺鍵或肽鍵相連的聚合物，胺鍵或肽鍵相連的聚合物，它包括寡肽、多肽和蛋白質(zhì)。它包括寡肽、多肽和蛋白質(zhì)。肽的分類和命名肽的分類和命名肽的分類可根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目而直呼其為幾肽。例肽的分類可根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目而直呼其為幾肽。例如，如，2 2個(gè)氨基酸形成的肽稱為個(gè)氨基酸形成的肽稱為二肽二肽，3 3個(gè)氨基酸構(gòu)成的肽個(gè)氨基酸構(gòu)成的肽稱為稱為三肽三肽，以此類推。一般將，以此類推。一般將2 21010個(gè)氨基酸殘基組成的個(gè)氨基酸殘基組成的

3、肽稱為肽稱為寡肽寡肽，由，由11115050個(gè)氨基酸殘基組成的肽稱為個(gè)氨基酸殘基組成的肽稱為多肽多肽，由由5050個(gè)以上個(gè)以上的氨基酸殘基組成的肽通常被稱為蛋白質(zhì)。的氨基酸殘基組成的肽通常被稱為蛋白質(zhì)。H2N-CHCO(NH-CHCO)nNH-CH-COOHRRR多肽的書(shū)寫(xiě)方式多肽的書(shū)寫(xiě)方式 N N端端C C端端l 除少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外，其它肽鏈都含有不對(duì)稱的兩端：含有除少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外，其它肽鏈都含有不對(duì)稱的兩端：含有自由自由-氨基的一端被稱為氨基端或氨基的一端被稱為氨基端或N N端，含有自由端，含有自由-羧基的羧基的一端稱為羧基端或一端稱為羧基端或C C端。端。HPhe-Val-Asn-Gl

4、n-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His- Leu-Val- Glu- Ala- Leu- Tyr Leu -Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB鏈157101519 20212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A鏈711621SSSSSS二硫鍵二硫鍵肽平面肽平面肽鍵的雙鍵性質(zhì)肽鍵的雙鍵性質(zhì)谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH）H2N-CHCH2CH2COCOO

5、H-GluNHCHCOCH2SHCysNHCH2COOHGly2GSHGSSG重要的活性肽及其應(yīng)用重要的活性肽及其應(yīng)用 二分子還原型的二分子還原型的GSHGSH脫氫以二硫鍵相連成為氧化型的谷胱甘肽脫氫以二硫鍵相連成為氧化型的谷胱甘肽 腦啡肽腦啡肽Met-Met-腦啡肽腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Tyr-Gly-Gly-Phe-MetMet（5 5肽）肽）甲硫氨酸型甲硫氨酸型Leu-Leu-腦啡肽腦啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Tyr-Gly-Gly-Phe-LeuLeu（5 5肽）肽）亮氨酸型亮氨酸型-內(nèi)啡肽（內(nèi)啡肽（3131肽）具有較強(qiáng)的嗎啡樣活性與鎮(zhèn)痛作用。肽）具有較強(qiáng)

6、的嗎啡樣活性與鎮(zhèn)痛作用。催產(chǎn)素和升壓素催產(chǎn)素和升壓素 均為均為9 9肽肽，第，第3 3位和第位和第8 8位氨基酸不同。催產(chǎn)素使子宮位氨基酸不同。催產(chǎn)素使子宮和乳腺平滑肌收縮，具有催產(chǎn)和促使乳腺排乳作用。升和乳腺平滑肌收縮，具有催產(chǎn)和促使乳腺排乳作用。升壓素促進(jìn)血管平滑肌收縮，升高血壓，減少排尿壓素促進(jìn)血管平滑肌收縮，升高血壓，減少排尿。經(jīng)元素分析，蛋白質(zhì)中都含有經(jīng)元素分析，蛋白質(zhì)中都含有碳、氫、氧、氮碳、氫、氧、氮及少量及少量硫硫元元素。這些元素在蛋白質(zhì)中都以大致一定的比例關(guān)系存在。素。這些元素在蛋白質(zhì)中都以大致一定的比例關(guān)系存在。有些蛋白質(zhì)還含有微量有些蛋白質(zhì)還含有微量磷、鐵、鋅、鉬磷、鐵、

7、鋅、鉬等元素。等元素。蛋白質(zhì)平均含氮量蛋白質(zhì)平均含氮量16%16%，故：蛋白質(zhì)含量，故：蛋白質(zhì)含量= =氮含量氮含量* *6.256.25蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成l 18301830年，年，Mulder Mulder 研究了生物體在去除糖、脂和鹽等研究了生物體在去除糖、脂和鹽等物質(zhì)以后剩余的成分。物質(zhì)以后剩余的成分。l 18381838年，年，Berzelius Berzelius 使用蛋白質(zhì)這個(gè)詞。希臘語(yǔ)中的使用蛋白質(zhì)這個(gè)詞。希臘語(yǔ)中的“Proteins” “Proteins” 表示最重要的意思。表示最重要的意思。l 蛋白質(zhì)是氨基酸的線性多聚物（蛋白質(zhì)是氨基酸的線性多聚物（51aa

8、51aa ）l 19581958年，年，WatsonWatson提出提出“中心法則中心法則”：DNA DNA RNA RNA 蛋白質(zhì)（信息流）蛋白質(zhì)（信息流）l DNADNA的功能在于其一級(jí)結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的功能在其三維的功能在于其一級(jí)結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的功能在其三維結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)研究的一般概況蛋白質(zhì)研究的一般概況l蛋白質(zhì)組成的多樣性蛋白質(zhì)組成的多樣性蛋白質(zhì)可能含有一條或多條肽鏈蛋白質(zhì)可能含有一條或多條肽鏈蛋白質(zhì)可能含有非蛋白質(zhì)成分蛋白質(zhì)可能含有非蛋白質(zhì)成分蛋白質(zhì)的多樣性蛋白質(zhì)的多樣性l蛋白質(zhì)大小的多樣性蛋白質(zhì)大小的多樣性l蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的多樣性l蛋白質(zhì)功能的多樣性蛋白質(zhì)功能的多樣性l

9、一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu) (1 (1) : ) : 獨(dú)特的氨基酸序列，由基因決定。獨(dú)特的氨基酸序列，由基因決定。l二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) (2 (2) :) :多肽鏈的主鏈骨架本身（不包括多肽鏈的主鏈骨架本身（不包括R R基團(tuán)）在空間基團(tuán)）在空間上有規(guī)律的折疊和盤(pán)繞，它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團(tuán)之間的氫上有規(guī)律的折疊和盤(pán)繞，它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團(tuán)之間的氫鍵決定的。鍵決定的。l超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域l三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) (3 (3) :) :是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、卷曲和折疊，形成主要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵以及二硫鍵維、卷曲和折疊，形成主

10、要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵以及二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。系的完整的三維結(jié)構(gòu)。l四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) (4 (4) )具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。布以及亞基之間的相互作用。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)l 是蛋白質(zhì)的共價(jià)（肽鍵）結(jié)構(gòu)。是蛋白質(zhì)的共價(jià)（肽鍵）結(jié)構(gòu)。l 對(duì)于每一種蛋白質(zhì)而言，都是對(duì)于每一種蛋白質(zhì)而言，都是獨(dú)特的。獨(dú)特的。l 由編碼它的基因的核苷酸序列由編碼它的基因

11、的核苷酸序列決定。決定。l 是遺傳信息的一種形式。是遺傳信息的一種形式。l 書(shū)寫(xiě)總是從書(shū)寫(xiě)總是從N N端到端到C C端。端。DNA: GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGTmRNA: GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU蛋白質(zhì)蛋白質(zhì): Gly- Ile- Val- Glu Gln - Cys- Cys一種蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)由編碼它的基因的核一種蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)由編碼它的基因的核苷酸序列決定苷酸序列決定HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His- Leu-Val- Glu- Ala- Leu- Tyr Leu -Val-Cys

12、-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB鏈157101519 20212530HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A鏈711621SSSS牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)SSa a-螺旋螺旋表示表示螺旋的幾種模型螺旋的幾種模型l肽鏈骨架?chē)@一個(gè)軸以螺旋的方式伸展；肽鏈骨架?chē)@一個(gè)軸以螺旋的方式伸展；l螺旋形成是自發(fā)的，肽鏈骨架上由螺旋形成是自發(fā)的，肽鏈骨架上由n n位氨基酸殘基上的位氨基酸

13、殘基上的-C=O-C=O與與n n4 4位殘基上的位殘基上的-NH-NH之間形成的氫鍵起著穩(wěn)定的作用。被氫鍵封之間形成的氫鍵起著穩(wěn)定的作用。被氫鍵封閉的環(huán)含有閉的環(huán)含有1313個(gè)原子，因此個(gè)原子，因此螺旋也稱為螺旋也稱為3.613-3.613-螺旋；螺旋；l每隔每隔3.63.6個(gè)殘基，螺旋上升一圈。每一個(gè)氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸個(gè)殘基，螺旋上升一圈。每一個(gè)氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸100 100 ，螺距為，螺距為0.54nm0.54nm，即每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升，即每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升0.15nm0.15nm。螺。螺旋的半徑為旋的半徑為0.23nm0.23nm。角和角和角分別角分別5757 和和474

14、7 ；l螺旋有左手和右手之分，但蛋白質(zhì)中的螺旋有左手和右手之分，但蛋白質(zhì)中的螺旋主要是右手螺螺旋主要是右手螺旋；旋；l氨基酸殘基的氨基酸殘基的R R基團(tuán)位于螺旋的外側(cè)，并不參與螺旋的形成。但基團(tuán)位于螺旋的外側(cè)，并不參與螺旋的形成。但其大小、形狀和帶電狀態(tài)卻能影響螺旋的形成和穩(wěn)定。其大小、形狀和帶電狀態(tài)卻能影響螺旋的形成和穩(wěn)定。 螺旋的主要內(nèi)容螺旋的主要內(nèi)容l 親水親水- -螺旋螺旋l 疏水疏水- -螺旋螺旋l 兩親兩親- -螺旋螺旋螺旋的種類螺旋的種類abcdefgabcdefg折疊的片層結(jié)構(gòu)和折疊的片層結(jié)構(gòu)和股之間的氫鍵股之間的氫鍵兩種兩種折疊的結(jié)構(gòu)比較折疊的結(jié)構(gòu)比較b b- -折疊折疊l肽

15、段幾乎完全伸展，肽平面之間成鋸齒狀；肽段幾乎完全伸展，肽平面之間成鋸齒狀；l肽段呈現(xiàn)平行排列，相鄰肽段之間的肽鍵形成氫鍵，其中的每肽段呈現(xiàn)平行排列，相鄰肽段之間的肽鍵形成氫鍵，其中的每一股肽段被稱為一股肽段被稱為股；股；l側(cè)鏈基團(tuán)垂直于相鄰兩個(gè)肽平面的交線，并交替分布在折疊片側(cè)鏈基團(tuán)垂直于相鄰兩個(gè)肽平面的交線，并交替分布在折疊片層的兩側(cè)；層的兩側(cè)；l肽段平行的走向有平行和反平行兩種，前者指兩個(gè)肽段的肽段平行的走向有平行和反平行兩種，前者指兩個(gè)肽段的N-N-端端位于同側(cè)，較為少見(jiàn)，后者正好相反。由于反平行折疊所形成位于同側(cè)，較為少見(jiàn)，后者正好相反。由于反平行折疊所形成的氫鍵的氫鍵N-H-ON-H

16、-O三個(gè)原子幾乎位于同一直線上，因此，反平行三個(gè)原子幾乎位于同一直線上，因此，反平行-折疊更穩(wěn)定。折疊更穩(wěn)定。l反平行反平行-折疊的每一個(gè)氨基酸殘基上升折疊的每一個(gè)氨基酸殘基上升0.347nm0.347nm，正平行的每，正平行的每一個(gè)氨基酸殘基上升一個(gè)氨基酸殘基上升0.325nm0.325nm。-折疊的二面角（折疊的二面角（,）等于）等于（119119，+113+113）。）。折疊折疊的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容b b 突起的主要內(nèi)容突起的主要內(nèi)容凸起是由于凸起是由于 折疊的折疊的1 1個(gè)個(gè)股中額外插入股中額外插入1 1個(gè)氨基酸殘基，使原來(lái)連個(gè)氨基酸殘基，使原來(lái)連續(xù)的氫鍵結(jié)構(gòu)被打破，從而使肽鏈產(chǎn)生的一

17、種彎曲凸起結(jié)構(gòu)。續(xù)的氫鍵結(jié)構(gòu)被打破，從而使肽鏈產(chǎn)生的一種彎曲凸起結(jié)構(gòu)。凸起凸起主要發(fā)現(xiàn)在反平行主要發(fā)現(xiàn)在反平行折疊之中，只有約折疊之中，只有約5%5%出現(xiàn)在平行的出現(xiàn)在平行的折疊結(jié)構(gòu)之折疊結(jié)構(gòu)之中。中。凸起也能輕微地改變多肽鏈的走向。凸起也能輕微地改變多肽鏈的走向。N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CHNRRHOHRROHOb b 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角b b 轉(zhuǎn)角的兩種類型轉(zhuǎn)角的兩種類型l肽鏈骨架以肽鏈骨架以180180 回折而改變了肽鏈的方向；回折而改變了肽鏈的方向；l由肽鏈上四個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成，其中由肽鏈上四個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成，其中n n位位氨基酸殘基的氨基酸殘基的-C=O-C=O與與

18、n n3 3位氨基酸殘基的位氨基酸殘基的-NH-NH形形成氫鍵；成氫鍵；lGlyGly和和ProPro經(jīng)常出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)之中；經(jīng)常出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)之中；l有利于反平行有利于反平行折疊的形成，這是因?yàn)檎郫B的形成，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角改變了肽鏈的走向，促進(jìn)相鄰的肽段各自作為改變了肽鏈的走向，促進(jìn)相鄰的肽段各自作為股，形成股，形成折疊。折疊。b b 轉(zhuǎn)角的主要內(nèi)容轉(zhuǎn)角的主要內(nèi)容在蛋白質(zhì)分子中，除了上述四種在蛋白質(zhì)分子中，除了上述四種有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)以外，還有一有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)以外，還有一些極不規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)些極不規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為無(wú)規(guī)則卷曲。一般說(shuō)來(lái)，構(gòu)統(tǒng)稱為無(wú)規(guī)則卷曲。一般說(shuō)來(lái)，無(wú)規(guī)

19、則卷曲無(wú)固定的走向，有時(shí)無(wú)規(guī)則卷曲無(wú)固定的走向，有時(shí)以環(huán)的形式存在，但也不是任意以環(huán)的形式存在，但也不是任意變動(dòng)的，它的變動(dòng)的，它的2 2個(gè)二面角（個(gè)二面角（,）也有個(gè)變化范圍。也有個(gè)變化范圍。無(wú)規(guī)則卷無(wú)規(guī)則卷曲曲l 結(jié)構(gòu)生物學(xué)的模體有兩種不同的用法：（結(jié)構(gòu)生物學(xué)的模體有兩種不同的用法：（1 1）是指在蛋白質(zhì)或核酸）是指在蛋白質(zhì)或核酸一級(jí)結(jié)構(gòu)上，特指具有特殊生化功能的特定氨基酸或堿基序列，因一級(jí)結(jié)構(gòu)上，特指具有特殊生化功能的特定氨基酸或堿基序列，因此被稱為序列模體；（此被稱為序列模體；（2 2）是指具有特定功能的或作為一個(gè)獨(dú)立結(jié)）是指具有特定功能的或作為一個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)域一部分的相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚

20、合體，它一般被稱為功能模體或構(gòu)域一部分的相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)的聚合體，它一般被稱為功能模體或結(jié)構(gòu)模體相當(dāng)于超二級(jí)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)模體相當(dāng)于超二級(jí)結(jié)構(gòu)。l 常見(jiàn)模體（常見(jiàn)模體（1 1） 發(fā)夾環(huán)發(fā)夾環(huán)兩個(gè)反平行兩個(gè)反平行股由一個(gè)環(huán)相連；（股由一個(gè)環(huán)相連；（2 2） 折疊折疊-螺旋螺旋-折疊，即折疊，即；（；（3 3）卷曲螺旋和螺旋束）卷曲螺旋和螺旋束兩兩個(gè)或多個(gè)個(gè)或多個(gè)螺旋的聚合體；螺旋的聚合體； （4 4） 螺旋螺旋- -環(huán)環(huán)-螺旋（螺旋（EFEF手相）手相） ；（5 5）螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋，即螺旋，即；（；（6 6）RossmannRossmann卷曲；卷曲；（7 7）希臘鑰匙）希臘鑰匙超二級(jí)結(jié)構(gòu)（

21、模體超二級(jí)結(jié)構(gòu)（模體 motif）發(fā)夾環(huán)發(fā)夾環(huán)卷曲螺旋卷曲螺旋四螺旋束四螺旋束功能是與功能是與DNA序列序列特異性結(jié)合特異性結(jié)合螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋與螺旋與DNADNA的相互作用的相互作用功能是結(jié)功能是結(jié)合合Ca 2+螺旋螺旋- -環(huán)環(huán)-螺旋螺旋EFEF手相結(jié)構(gòu)手相結(jié)構(gòu)l 是在一個(gè)蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對(duì)獨(dú)立的球狀結(jié)構(gòu)和是在一個(gè)蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對(duì)獨(dú)立的球狀結(jié)構(gòu)和/ /或功能模塊，是由或功能模塊，是由若干個(gè)結(jié)構(gòu)模體組成的相對(duì)獨(dú)立的球形結(jié)構(gòu)單位，它們通常是獨(dú)自折疊若干個(gè)結(jié)構(gòu)模體組成的相對(duì)獨(dú)立的球形結(jié)構(gòu)單位，它們通常是獨(dú)自折疊形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關(guān)。某些結(jié)構(gòu)

22、域在同一個(gè)蛋白質(zhì)分子上形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關(guān)。某些結(jié)構(gòu)域在同一個(gè)蛋白質(zhì)分子上被重復(fù)使用，某些蛋白質(zhì)由多個(gè)拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。被重復(fù)使用，某些蛋白質(zhì)由多個(gè)拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。l 根據(jù)占優(yōu)勢(shì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件的類型，結(jié)構(gòu)域可分為五類：根據(jù)占優(yōu)勢(shì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件的類型，結(jié)構(gòu)域可分為五類：（1 1）結(jié)結(jié)構(gòu)域構(gòu)域完全由完全由螺旋組成；螺旋組成；（2 2）結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域只含有只含有折疊、折疊、轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角和不規(guī)則環(huán)結(jié)構(gòu)；不規(guī)則環(huán)結(jié)構(gòu)；（3 3）/結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域由由股和起連接的股和起連接的螺旋片段組成；螺旋片段組成；（4 4）+-+-結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域由獨(dú)立的由獨(dú)立的螺旋區(qū)和螺旋區(qū)和折疊區(qū)組成；折疊區(qū)

23、組成；（5 5）交聯(lián)結(jié)）交聯(lián)結(jié)構(gòu)域構(gòu)域缺乏特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，但由幾個(gè)二硫鍵或金屬離子起穩(wěn)定作缺乏特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，但由幾個(gè)二硫鍵或金屬離子起穩(wěn)定作用。用。結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域（domain） 大腸桿菌的大腸桿菌的DNA 聚聚合酶具有三個(gè)結(jié)構(gòu)合酶具有三個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別具有三個(gè)域，分別具有三個(gè)不同的酶活性不同的酶活性 三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、卷曲和折疊，形成主要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵（有時(shí)還繞、卷曲和折疊，形成主要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵（有時(shí)還有二硫鍵和金屬配位鍵）維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)通有二硫鍵和金屬配位鍵

24、）維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)通常由模體（常由模體（motifmotif）和結(jié)構(gòu)域（）和結(jié)構(gòu)域（domaindomain）組成。穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)主）組成。穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)主要包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力。要包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力。蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)l X-X-射線晶體衍射射線晶體衍射l 核磁共振影像（核磁共振影像（NMRNMR）（少于）（少于120aa)120aa)。X射線衍射的射線衍射的電子密度圖電子密度圖蛋白質(zhì)晶體蛋白質(zhì)晶體被還原出來(lái)被還原出來(lái)的三維結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)確定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的方法確定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的方法l 具有兩條和兩條以上

25、多肽具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚或多聚蛋白質(zhì)才鏈的寡聚或多聚蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。組成寡聚會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。組成寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)的每蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)的每一個(gè)亞基都有自己的三級(jí)一個(gè)亞基都有自己的三級(jí)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。l 四級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的四級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排布以種類、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。及亞基之間的相互作用。四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共價(jià)鍵次級(jí)鍵次級(jí)鍵化學(xué)鍵化學(xué)鍵 肽鍵肽鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)氫鍵氫鍵二硫鍵二硫鍵二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵疏水鍵鹽鍵鹽鍵范德華力范德華力三、四級(jí)結(jié)構(gòu)三、四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次

26、級(jí)鍵蛋白質(zhì)分子中的共價(jià)鍵與次級(jí)鍵 二硫鍵二硫鍵l一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)；一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)；l蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低，但是蛋白質(zhì)折疊并不是通過(guò)隨蛋白質(zhì)的折疊伴隨著自由能的降低，但是蛋白質(zhì)折疊并不是通過(guò)隨機(jī)嘗試找到自由能最低的構(gòu)象的；機(jī)嘗試找到自由能最低的構(gòu)象的；l蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同和有序的過(guò)程；蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同和有序的過(guò)程；l驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)（特別是球狀蛋白質(zhì)）折疊的主要作用力是疏水鍵，其驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)（特別是球狀蛋白質(zhì)）折疊的主要作用力是疏水鍵，其他次級(jí)鍵也有作用；他次級(jí)鍵也有作用；l在細(xì)胞內(nèi)，不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊路徑在細(xì)胞內(nèi)，不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊路徑l體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)

27、折疊需要分子伴侶的幫助；某些蛋白質(zhì)折疊還體內(nèi)絕大多數(shù)蛋白質(zhì)折疊需要分子伴侶的幫助；某些蛋白質(zhì)折疊還需要蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)酶（需要蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)酶（PDIPDI）和肽酰脯氨酸異構(gòu)酶（）和肽酰脯氨酸異構(gòu)酶（PPIPPI）的）的幫助。幫助。l最終得到的蛋白質(zhì)構(gòu)象不是僵硬的，而是具有一定的柔性最終得到的蛋白質(zhì)構(gòu)象不是僵硬的，而是具有一定的柔性 。蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律蛋白質(zhì)折疊的基本規(guī)律體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊的不同途徑l 海綿狀腦?。ê＞d狀腦?。╯pongiform encephalopathyspongiform encephalopathy，SESE）l 囊性纖維變性（囊性纖維變

28、性（cystic fibrosiscystic fibrosis，CFCF）l 阿爾茨海默氏?。ò柎暮Ｄ喜。ˋlzheimers diseaseAlzheimers disease，ADAD）l 帕金森氏?。ㄅ两鹕喜。≒arkinsons diseaseParkinsons disease，PDPD）與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊相關(guān)的疾病與蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊相關(guān)的疾病l每一種蛋白質(zhì)都具有特定的結(jié)構(gòu)，也具有特定的功能。每一種蛋白質(zhì)都具有特定的結(jié)構(gòu)，也具有特定的功能。一旦結(jié)構(gòu)（特別是高級(jí)結(jié)構(gòu)）破壞，其功能隨之喪失。一旦結(jié)構(gòu)（特別是高級(jí)結(jié)構(gòu)）破壞，其功能隨之喪失。l蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)的高

29、級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的功能。l蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)，因此，最終決定了蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定其高級(jí)結(jié)構(gòu)，因此，最終決定了蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)的功能。l一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的功能。一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的功能。l功能相似的蛋白往往能顯示它們?cè)谶M(jìn)化上的親緣關(guān)系，功能相似的蛋白往往能顯示它們?cè)谶M(jìn)化上的親緣關(guān)系，這是研究分子進(jìn)化的基礎(chǔ)。這是研究分子進(jìn)化的基礎(chǔ)。l許多疾病是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常引起，屬于構(gòu)象病。許多疾病是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)異常引起，屬于構(gòu)象病。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一般原則蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一般原則鐮狀細(xì)胞貧血癥與鐮狀細(xì)胞貧血癥與HbSHbSHbSHbS之間的自組裝反應(yīng)之間的自組裝

30、反應(yīng)細(xì)胞色素細(xì)胞色素c c ：相似的序列：相似的序列- -相似的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)- -相同的功能相同的功能不同物種的細(xì)胞色素不同物種的細(xì)胞色素c c一級(jí)結(jié)構(gòu)的比較一級(jí)結(jié)構(gòu)的比較l存在于所有的需氧生物：從存在于所有的需氧生物：從細(xì)菌到人類細(xì)菌到人類l大多數(shù)都由大多數(shù)都由104104個(gè)氨基酸組成個(gè)氨基酸組成，26/10426/104不變不變l在在1515億年之前，動(dòng)、植物開(kāi)億年之前，動(dòng)、植物開(kāi)始始“分家分家”并進(jìn)化并進(jìn)化l兩個(gè)物種之間氨基酸的差異兩個(gè)物種之間氨基酸的差異程度反映了它們之間的親緣程度反映了它們之間的親緣關(guān)系，據(jù)此可繪出進(jìn)化樹(shù)關(guān)系，據(jù)此可繪出進(jìn)化樹(shù)l氨基酸的差異不是隨機(jī)的氨基酸的差異不是

31、隨機(jī)的l氨基酸的差異由自然選擇才氨基酸的差異由自然選擇才保留下來(lái)保留下來(lái)燙發(fā)或直發(fā)的原理（燙發(fā)或直發(fā)的原理（a a- -角蛋白）角蛋白） 三股螺旋由三股左旋的肽鏈以氫三股螺旋由三股左旋的肽鏈以氫鍵相連，并相互纏繞形成右手螺鍵相連，并相互纏繞形成右手螺旋。體積最小的旋。體積最小的GlyGly正好位于螺正好位于螺旋的內(nèi)部，構(gòu)成緊密的疏水核心旋的內(nèi)部，構(gòu)成緊密的疏水核心，而，而ProPro和和Hyp Hyp 的側(cè)鏈位于三股的側(cè)鏈位于三股螺旋的表面，面向外，以盡量減螺旋的表面，面向外，以盡量減少空間位阻。一條多肽鏈上的少空間位阻。一條多肽鏈上的GlyGly與另外兩條多肽鏈上的與另外兩條多肽鏈上的X X

32、和和Y Y殘基并列，每一個(gè)殘基并列，每一個(gè)GlyGly殘基的殘基的-NH-NH基團(tuán)與基團(tuán)與X X殘基的殘基的C=OC=O基團(tuán)形成氫鍵基團(tuán)形成氫鍵，一個(gè)三聯(lián)體序列大約形成一個(gè)，一個(gè)三聯(lián)體序列大約形成一個(gè)氫鍵。三股螺旋比氫鍵。三股螺旋比-螺旋伸展螺旋伸展，每一個(gè)氨基酸殘基上升，每一個(gè)氨基酸殘基上升0.29nm0.29nm，一圈有，一圈有3.33.3個(gè)氨基酸殘基。個(gè)氨基酸殘基。膠原蛋白的三股螺旋膠原蛋白的三股螺旋血紅蛋白的與氧氣結(jié)合前后的構(gòu)象變化血紅蛋白的與氧氣結(jié)合前后的構(gòu)象變化血紅素輔基與血紅素輔基與COCO或或O O2 2的結(jié)合的結(jié)合蛋白質(zhì)在其等電點(diǎn)偏蛋白質(zhì)在其等電點(diǎn)偏酸酸溶液中帶溶液中帶正電荷

33、正電荷，在偏，在偏堿堿溶液中帶溶液中帶負(fù)電荷負(fù)電荷，在，在等電點(diǎn)等電點(diǎn)pHpH時(shí)為時(shí)為兩性離子兩性離子。 蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點(diǎn): :蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)布郎運(yùn)動(dòng)、光散射現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過(guò)半透膜，具布郎運(yùn)動(dòng)、光散射現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過(guò)半透膜，具有吸附能力等有吸附能力等蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因：蛋白質(zhì)溶液穩(wěn)定的原因：1 1）表面形成水膜（水化層）表面形成水膜（水化層） 2 2）帶相同電荷）帶相同電荷+蛋白質(zhì)的鹽溶和鹽析蛋白質(zhì)的鹽溶和鹽析蛋白質(zhì)的透析蛋白質(zhì)的透析蛋白質(zhì)的變性：蛋白質(zhì)的變性：天然蛋白質(zhì)受物理或化學(xué)因素的影響，其共價(jià)鍵不變，但天然蛋白質(zhì)受物理

34、或化學(xué)因素的影響，其共價(jià)鍵不變，但分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性的空間排列發(fā)生變化，致使其分子內(nèi)部原有的高度規(guī)律性的空間排列發(fā)生變化，致使其原有性質(zhì)發(fā)生部分或全部喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性。原有性質(zhì)發(fā)生部分或全部喪失，稱為蛋白質(zhì)的變性。有些蛋白質(zhì)的變性作用是可逆的，其變性如不超過(guò)一定有些蛋白質(zhì)的變性作用是可逆的，其變性如不超過(guò)一定限度，經(jīng)適當(dāng)處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍踪|(zhì)。限度，經(jīng)適當(dāng)處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍踪|(zhì)。變性蛋白質(zhì)的特性：變性蛋白質(zhì)的特性：(1) (1) 溶解度減小，在中性溶液中沉淀或凝固；但溶于酸和堿。溶解度減小，在中性溶液中沉淀或凝固；但溶于酸和堿。(2) (2) 生物活性生物活性( (如免

35、疫性、酶活性如免疫性、酶活性) )消失。消失。(3) (3) 粘度及分子的不對(duì)稱性增加粘度及分子的不對(duì)稱性增加( (由于失去螺旋性由于失去螺旋性) )，等電，等電 點(diǎn)提高。點(diǎn)提高。(4) (4) 反應(yīng)基團(tuán)如反應(yīng)基團(tuán)如-SH-SH、-SS-SS、-OH-OH等的數(shù)目增加，這可能是由等的數(shù)目增加，這可能是由 于蛋白質(zhì)構(gòu)象改變而使這些本來(lái)被包埋在內(nèi)部的基團(tuán)暴于蛋白質(zhì)構(gòu)象改變而使這些本來(lái)被包埋在內(nèi)部的基團(tuán)暴 露了出來(lái)。露了出來(lái)。(5) (5) 變性蛋白質(zhì)易被酶消化，這可能是由于酶作用的部位暴變性蛋白質(zhì)易被酶消化，這可能是由于酶作用的部位暴 露出來(lái)所致。露出來(lái)所致。 雙縮脲反應(yīng)雙縮脲反應(yīng)NaOHNaOH、CuSOCuSO2 2紫色或紫色或粉紅色粉紅色二個(gè)以上肽鍵二個(gè)以上肽鍵所有蛋白質(zhì)所有蛋白質(zhì)酚試劑反應(yīng)酚試劑反應(yīng)堿性堿性CuSOCuSO4 4及及磷鎢酸磷鎢酸- -鉬酸鉬酸藍(lán)色藍(lán)色酚基、吲哚基酚基、吲哚基 酪氨酸、色氨酸酪氨酸、色氨酸茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)茚三酮茚三酮藍(lán)色藍(lán)色自由氨基及羧基自由氨基及羧基 -氨基酸氨基酸乙醛酸反應(yīng)乙醛酸反應(yīng)乙醛酸試劑乙醛酸試劑及濃及濃H H2 2SOSO4 4紫色紫色N N色氨酸色氨酸蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)蛋白質(zhì)的顏色反應(yīng)反應(yīng)名稱反應(yīng)名稱試劑試劑顏色顏色反應(yīng)基團(tuán)反應(yīng)基團(tuán)有此反