第二章蛋白質(zhì)

1、蛋白質(zhì)的生物學意義：蛋白質(zhì)的生物學意義：（）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（）運載工具（）運載工具（）免疫作用（）免疫作用（）生物膜功能（）生物膜功能（）保護結(jié)締功能（）保護結(jié)締功能（）控制生長和變異（）控制生長和變異肽鍵肽鍵一個氨基酸的一個氨基酸的a a- -羧基羧基與另一個氨基酸的與另一個氨基酸的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)成肽的每一個氨基構(gòu)成肽的每一個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肽就是氨基酸之間通過-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個氨基酸形成的肽稱為個氨基酸形成的肽稱為二肽二肽，3 3個氨基酸構(gòu)成的肽個氨基酸構(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個氨基酸殘基組成的個氨基酸殘基組成的

3、肽稱為肽稱為寡肽寡肽，由，由11115050個氨基酸殘基組成的肽稱為個氨基酸殘基組成的肽稱為多肽多肽，由由5050個以上個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多肽的書寫方式多肽的書寫方式 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用重要的活性肽及其應用 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）具有較強的嗎啡樣活性與鎮(zhèn)痛作用。肽）具有較強

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。升壓素促進血管平滑肌收縮，升高血壓，減少排尿壓素促進血管平滑肌收縮，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系存在。素。這些元素在蛋白質(zhì)中都以大致一定的比例關系存在。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)這個詞。希臘語中的使用蛋白質(zhì)這個詞。希臘語中的“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的功能在于其一級結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)的功能在其三維的功能在于其一級結(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、一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) (1 (1) : ) : 獨特的氨基酸序列，由基因決定。獨特的氨基酸序列，由基因決定。l二級結(jié)構(gòu)二級結(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）在空間基團）在空間上有規(guī)律的折疊和盤繞，它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團之間的氫上有規(guī)律的折疊和盤繞，它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團之間的氫鍵決定的。鍵決定的。l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l三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) (3 (3) :) :是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上，進一步盤繞是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎上，進一步盤繞、卷曲和折疊，形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵以及二硫鍵維、卷曲和折疊，形成主

10、要通過氨基酸側(cè)鏈以次級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四級結(jié)構(gòu)四級結(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)才會有四級結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容包括亞基的種類、數(shù)目、空間排蛋白質(zhì)才會有四級結(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)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)l 是蛋白質(zhì)的共價（肽鍵）結(jié)構(gòu)。是蛋白質(zhì)的共價（肽鍵）結(jié)構(gòu)。l 對于每一種蛋白質(zhì)而言，都是對于每一種蛋白質(zhì)而言，都是獨特的。獨特的。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 書寫總是從書寫總是從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)的一級結(jié)構(gòu)由編碼它的基因的核一種蛋白質(zhì)的一級結(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牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)牛胰島素的一級結(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肽鏈骨架圍繞一個軸以螺旋的方式伸展；肽鏈骨架圍繞一個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個原子，因此個原子，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個殘基，螺旋上升一圈。每一個氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸個殘基，螺旋上升一圈。每一個氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸100 100 ，螺距為，螺距為0.54nm0.54nm，即每個氨基酸殘基沿軸上升，即每個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基團位于螺旋的外側(cè)，并不參與螺旋的形成。但基團位于螺旋的外側(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)鏈基團垂直于相鄰兩個肽平面的交線，并交替分布在折疊片側(cè)鏈基團垂直于相鄰兩個肽平面的交線，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，前者指兩個肽段的肽段平行的走向有平行和反平行兩種，前者指兩個肽段的N-N-端端位于同側(cè)，較為少見，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，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三個原子幾乎位于同一直線上，因此，反平行三個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-折疊的每一個氨基酸殘基上升折疊的每一個氨基酸殘基上升0.347nm0.347nm，正平行的每，正平行的每一個氨基酸殘基上升一個氨基酸殘基上升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個個股中額外插入股中額外插入1 1個氨基酸殘基，使原來連個氨基酸殘基，使原來連續(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由肽鏈上四個連續(xù)的氨基酸殘基組成，其中由肽鏈上四個連續(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，這是因為折疊的形成，這是因為轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角改變了肽鏈的走向，促進相鄰的肽段各自作為改變了肽鏈的走向，促進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)則的二級結(jié)構(gòu)以外，還有一有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)以外，還有一些極不規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)，這些結(jié)些極不規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為無規(guī)則卷曲。一般說來，構(gòu)統(tǒng)稱為無規(guī)則卷曲。一般說來，無規(guī)

19、則卷曲無固定的走向，有時無規(guī)則卷曲無固定的走向，有時以環(huán)的形式存在，但也不是任意以環(huán)的形式存在，但也不是任意變動的，它的變動的，它的2 2個二面角（個二面角（,）也有個變化范圍。也有個變化范圍。無規(guī)則卷無規(guī)則卷曲曲l 結(jié)構(gòu)生物學的模體有兩種不同的用法：（結(jié)構(gòu)生物學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獨立結(jié)）是指具有特定功能的或作為一個獨立結(jié)構(gòu)域一部分的相鄰的二級結(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)模體相當于超二級結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)模體相當于超二級結(jié)構(gòu)。l 常見模體（常見模體（1 1） 發(fā)夾環(huán)發(fā)夾環(huán)兩個反平行兩個反平行股由一個環(huán)相連；（股由一個環(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或多個個或多個螺旋的聚合體；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）希臘鑰匙超二級結(jié)構(gòu)（

21、模體超二級結(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 是在一個蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)和是在一個蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對獨立的球狀結(jié)構(gòu)和/ /或功能模塊，是由或功能模塊，是由若干個結(jié)構(gòu)模體組成的相對獨立的球形結(jié)構(gòu)單位，它們通常是獨自折疊若干個結(jié)構(gòu)模體組成的相對獨立的球形結(jié)構(gòu)單位，它們通常是獨自折疊形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關。某些結(jié)構(gòu)

22、域在同一個蛋白質(zhì)分子上形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關。某些結(jié)構(gòu)域在同一個蛋白質(zhì)分子上被重復使用，某些蛋白質(zhì)由多個拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。被重復使用，某些蛋白質(zhì)由多個拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。l 根據(jù)占優(yōu)勢的二級結(jié)構(gòu)元件的類型，結(jié)構(gòu)域可分為五類：根據(jù)占優(yōu)勢的二級結(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)域由獨立的由獨立的螺旋區(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)域缺乏特定的二級結(jié)構(gòu)元件，但由幾個二硫鍵或金屬離子起穩(wěn)定作缺乏特定的二級結(jié)構(gòu)元件，但由幾個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 聚聚合酶具有三個結(jié)構(gòu)合酶具有三個結(jié)構(gòu)域，分別具有三個域，分別具有三個不同的酶活性不同的酶活性 三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級或超二級結(jié)構(gòu)的基礎上，進一步盤三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級或超二級結(jié)構(gòu)的基礎上，進一步盤繞、卷曲和折疊，形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵（有時還繞、卷曲和折疊，形成主要通過氨基酸側(cè)鏈以次級鍵（有時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)定三級結(jié)構(gòu)主）組成。穩(wěn)定三級結(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)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(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)晶體被還原出來被還原出來的三維結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)確定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的方法確定蛋白質(zhì)三級結(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)才會有四級結(jié)構(gòu)。組成寡聚會有四級結(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)的每一個亞基都有自己的三級一個亞基都有自己的三級結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。l 四級結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的四級結(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。四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)共價鍵共價鍵次級鍵次級鍵化學鍵化學鍵 肽鍵肽鍵一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)氫鍵氫鍵二硫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水鍵疏水鍵鹽鍵鹽鍵范德華力范德華力三、四級結(jié)構(gòu)三、四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次

26、級鍵蛋白質(zhì)分子中的共價鍵與次級鍵 二硫鍵二硫鍵l一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)；一級結(jié)構(gòu)決定高級結(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)折疊并不是通過隨機嘗試找到自由能最低的構(gòu)象的；機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)同和有序的過程；蛋白質(zhì)的折疊是協(xié)同和有序的過程；l驅(qū)動蛋白質(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，其他次級鍵也有作用；他次級鍵也有作用；l在細胞內(nèi)，不同的蛋白質(zhì)可能具有不同的折疊路徑在細胞內(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狀腦病（spongiform encephalopathyspongiform encephalopathy，SESE）l 囊性纖維變性（囊性纖維變

28、性（cystic fibrosiscystic fibrosis，CFCF）l 阿爾茨海默氏病（阿爾茨海默氏?。ˋlzheimers diseaseAlzheimers disease，ADAD）l 帕金森氏?。ㄅ两鹕喜。≒arkinsons diseaseParkinsons disease，PDPD）與蛋白質(zhì)錯誤折疊相關的疾病與蛋白質(zhì)錯誤折疊相關的疾病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)（特別是高級結(jié)構(gòu)）破壞，其功能隨之喪失。一旦結(jié)構(gòu)（特別是高級結(jié)構(gòu)）破壞，其功能隨之喪失。l蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)的高

29、級結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)的功能。l蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其高級結(jié)構(gòu)，因此，最終決定了蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定其高級結(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一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的功能。一級結(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在進化上的親緣關系，功能相似的蛋白往往能顯示它們在進化上的親緣關系，這是研究分子進化的基礎。這是研究分子進化的基礎。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)與功能關系的一般原則蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關系的一般原則鐮狀細胞貧血癥與鐮狀細胞貧血癥與HbSHbSHbSHbS之間的自組裝反應之間的自組裝

30、反應細胞色素細胞色素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胞色素不同物種的細胞色素c c一級結(jié)構(gòu)的比較一級結(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：從細菌到人類細菌到人類l大多數(shù)都由大多數(shù)都由104104個氨基酸組成個氨基酸組成，26/10426/104不變不變l在在1515億年之前，動、植物開億年之前，動、植物開始始“分家分家”并進化并進化l兩個物種之間氨基酸的差異兩個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系，據(jù)此可繪出進化樹關系，據(jù)此可繪出進化樹l氨基酸的差異不是隨機的氨基酸的差異不是

31、隨機的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保留下來燙發(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，每一個殘基并列，每一個GlyGly殘基的殘基的-NH-NH基團與基團與X X殘基的殘基的C=OC=O基團形成氫鍵基團形成氫鍵，一個三聯(lián)體序列大約形成一個，一個三聯(lián)體序列大約形成一個氫鍵。三股螺旋比氫鍵。三股螺旋比-螺旋伸展螺旋伸展，每一個氨基酸殘基上升，每一個氨基酸殘基上升0.29nm0.29nm，一圈有，一圈有3.33.3個氨基酸殘基。個氨基酸殘基。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)在其等電點偏蛋白質(zhì)在其等電點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電荷負電荷，在，在等電點等電點pHpH時為時為兩性離子兩性離子。 蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點蛋白質(zhì)的兩性電離及等電點: :蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)布郎運動、光散射現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過半透膜，具布郎運動、光散射現(xiàn)象、電泳現(xiàn)象，不能透過半透膜，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)受物理或化學因素的影響，其共價鍵不變，但天然蛋白質(zhì)受物理

34、或化學因素的影響，其共價鍵不變，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，其變性如不超過一定有些蛋白質(zhì)的變性作用是可逆的，其變性如不超過一定限度，經(jīng)適當處理后，可重新變?yōu)樘烊坏鞍踪|(zhì)。限度，經(jīng)適當處理后，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) 粘度及分子的不對稱性增加粘度及分子的不對稱性增加( (由于失去螺旋性由于失去螺旋性) )，等電，等電 點提高。點提高。(4) (4) 反應基團如反應基團如-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被包埋在內(nèi)部的基團暴于蛋白質(zhì)構(gòu)象改變而使這些本來被包埋在內(nèi)部的基團暴 露了出來。露了出來。(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 露出來所致。露出來所致。 雙縮脲反應雙縮脲反應NaOHNaOH、CuSOCuSO2 2紫色或紫色或粉紅色粉紅色二個以上肽鍵二個以上肽鍵所有蛋白質(zhì)所有蛋白質(zhì)酚試劑反應酚試劑反應堿性堿性CuSOCuSO4 4及及磷鎢酸磷鎢酸- -鉬酸鉬酸藍色藍色酚基、吲哚基酚基、吲哚基 酪氨酸、色氨酸酪氨酸、色氨酸茚三酮反應茚三酮反應茚三酮茚三酮藍色藍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乙醛酸反應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)的顏色反應蛋白質(zhì)的顏色反應反應名稱反應名稱試劑試劑顏色顏色反應基團反應基團有此反