01、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能4

1、2022-4-2612022-4-262第一篇第一篇生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能Structure and Function of Biomacromolecule蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能酶的結(jié)構(gòu)與功能維生素與無(wú)機(jī)鹽維生素與無(wú)機(jī)鹽2022-4-263蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章第一章Structure and Function of Protein2022-4-264目的要求 1 1要求掌握蛋白質(zhì)的分子組成、結(jié)構(gòu)要求掌握蛋白質(zhì)的分子組成、結(jié)構(gòu)和功能。和功能。熟悉氨基酸和蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)。熟悉氨基酸和蛋白質(zhì)的

2、理化性質(zhì)。了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。了解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。2022-4-265n什么是蛋白質(zhì)什么是蛋白質(zhì)? ?蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸是由許多氨基酸(amino acids)通過(guò)肽鍵通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連相連形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。2022-4-266n蛋白質(zhì)研究的歷史蛋白質(zhì)研究的歷史18331833年年，Payen和和Persoz分離出淀粉酶。分離出淀粉酶。18381838年年，荷蘭科學(xué)家，荷蘭科學(xué)家 G.J.Mulder引入引入“protein”（源自（源自希臘字希臘字proteios，意為，意為primary）一詞

3、）一詞 18641864年年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。成結(jié)晶。1919世紀(jì)末世紀(jì)末，F(xiàn)ischer證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽氨基酸合成了多種短肽 。 2022-4-26719511951年年, Pauling采用采用X X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu)-螺旋螺旋( (-helix) )。 19531953年年，F(xiàn)rederick Sanger完成胰島素一級(jí)序列測(cè)定。完成胰島素一級(jí)序列測(cè)定。 19621962年年，John K

4、endrew和和Max Perutz確定了血紅蛋白的四確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。級(jí)結(jié)構(gòu)。2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代以后年代以后，隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃實(shí)施，功能基因，隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃實(shí)施，功能基因組與蛋白質(zhì)組計(jì)劃的展開(kāi)組與蛋白質(zhì)組計(jì)劃的展開(kāi) ，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究達(dá)到新的高峰的研究達(dá)到新的高峰 。2022-4-268蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第一節(jié)第一節(jié)2022-4-269n蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)

5、部分都含有蛋白質(zhì)。胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：含量高：蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐富的生蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分的物大分子，約占人體固體成分的45%45%，而在，而在細(xì)胞中可達(dá)細(xì)胞干重的細(xì)胞中可達(dá)細(xì)胞干重的70%70%以上。以上。 1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分2022-4-2610作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持作用運(yùn)動(dòng)與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞參與細(xì)胞間信息傳遞2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3. 氧化供

6、能氧化供能2022-4-2611n組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素主要有主要有C C（50%-55%50%-55%）、H H（6%-8%)6%-8%)、O O(19%-24%)(19%-24%)、N N（13%-19%13%-19%）和和 S S（0-4%)0-4%)。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘 。2022-4-2612 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，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

7、生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以只要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量克樣品中蛋白質(zhì)的含量 (g %)= 每克樣品含氮克數(shù)每克樣品含氮克數(shù) 6.251001/16%n蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)2022-4-2613一、組成人體蛋白質(zhì)的一、組成人體蛋白質(zhì)的20種種L- -氨基酸氨基酸 存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余種，但余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2020種，且均種，且均屬屬 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。2022

8、-4-2614Fig. Amino Acids are Chiral*except glycine - has 2 H substituents2022-4-2615在化學(xué)中，在化學(xué)中，D D（dextrorotation）、）、L L（levorotation）構(gòu)型的參照物為甘油醛：構(gòu)型的參照物為甘油醛：HOHCH2OHCOOHOHHCH2OHCOOHHNH2RCOOHNH2HRCOOHL-L-甘油醛甘油醛D-D-甘油醛甘油醛L-L-氨基酸氨基酸D-D-氨基酸氨基酸2022-4-26162022-4-2617H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-

9、H2022-4-2618 除了除了2020種基本的氨基酸外，近年發(fā)現(xiàn)硒代半種基本的氨基酸外，近年發(fā)現(xiàn)硒代半胱氨酸在某些情況下也可用于合成蛋白質(zhì)。硒胱氨酸在某些情況下也可用于合成蛋白質(zhì)。硒代半胱氨酸從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，硒原子替代了半胱代半胱氨酸從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，硒原子替代了半胱氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少數(shù)天然蛋白質(zhì)中，包括過(guò)氧化物酶和電子傳遞數(shù)天然蛋白質(zhì)中，包括過(guò)氧化物酶和電子傳遞鏈中的還原酶等。硒代半胱氨酸參與蛋白質(zhì)合鏈中的還原酶等。硒代半胱氨酸參與蛋白質(zhì)合成時(shí)，并不是由目前已知的密碼子編碼，具體成時(shí)，并不是由目前已知的密碼子編碼，具體機(jī)制尚不完全清

10、楚。機(jī)制尚不完全清楚。2022-4-2619體內(nèi)也存在若干不參與蛋白質(zhì)合成但具有體內(nèi)也存在若干不參與蛋白質(zhì)合成但具有重要生理作用的重要生理作用的L-氨基酸，如參與合成尿素的氨基酸，如參與合成尿素的鳥(niǎo)氨酸（鳥(niǎo)氨酸（ornithine）、瓜氨酸（）、瓜氨酸（citrulline）和精）和精氨酸代琥珀酸（氨酸代琥珀酸（argininosuccinate）。）。2022-4-2620非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸二、氨基酸可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化可根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)2022-

11、4-2621( (一一) )側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸2022-4-2622( (二二) )側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸中性氨基酸甲硫氨酸2022-4-2623( (三三) )側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸2022-4-2624( (四四) )側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸2022-4-2625( (五五) )側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸氨基酸2022-4-2

12、626非極性非極性R基氨基酸基氨基酸 8種種不帶電荷的極性（極性中性）不帶電荷的極性（極性中性）R基氨基酸基氨基酸 7種種帶負(fù)電荷的（酸性）帶負(fù)電荷的（酸性）R基氨基酸基氨基酸 2種種帶正電荷的（堿性）帶正電荷的（堿性）R基氨基酸基氨基酸 3種種可根據(jù)側(cè)鏈可根據(jù)側(cè)鏈R基的極性（結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)）進(jìn)行基的極性（結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)）進(jìn)行2022-4-2627n幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH22022-4-2628 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH

13、3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH32022-4-2629 在蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過(guò)程中，脯氨酸和賴氨酸在蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過(guò)程中，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸?？煞謩e被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸。 蛋白質(zhì)分子中蛋白質(zhì)分子中2020種氨基酸殘基的某些基團(tuán)還可被種氨基酸殘基的某些基團(tuán)還可被甲基化、甲酰化、乙酰化、異戊二烯化和磷酸化甲基化、甲酰化、乙酰化、異戊二烯化和磷酸化等

14、。等。 這些翻譯后修飾，可改變蛋白質(zhì)的溶解度、穩(wěn)定這些翻譯后修飾，可改變蛋白質(zhì)的溶解度、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位和與其他細(xì)胞蛋白質(zhì)相互作用的性、亞細(xì)胞定位和與其他細(xì)胞蛋白質(zhì)相互作用的性質(zhì)等，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)生物多樣性的一個(gè)方面。性質(zhì)等，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)生物多樣性的一個(gè)方面。2022-4-2630修飾氨基酸：修飾氨基酸：蛋白質(zhì)合成后通過(guò)修飾加工生成的蛋白質(zhì)合成后通過(guò)修飾加工生成的氨基酸。沒(méi)有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸氨基酸。沒(méi)有相應(yīng)的編碼。如：胱氨酸、羥脯氨酸（、羥脯氨酸（HypHyp）、羥賴氨酸（）、羥賴氨酸（HylHyl）2022-4-2631非生蛋白氨基酸：非生蛋白氨基酸：蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸

15、、鳥(niǎo)氨蛋白質(zhì)中不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。酸、同型半胱氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。2022-4-2632三、三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)n兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。處溶液的酸堿度。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)2022-4-26332022-4-2634等電點(diǎn)等電點(diǎn)( (isoelectric point, pI) ) n在某一在某一pHpH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)的溶液中，氨基酸解離

16、成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的溶液的pHpH值值稱(chēng)為該氨基酸的稱(chēng)為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。2022-4-2635pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+2022-4-2636氨基酸的酸堿滴定與等電點(diǎn)測(cè)定氨基酸的酸堿滴定與等電點(diǎn)測(cè)定2022-4-2637氨基

17、酸的等電點(diǎn)計(jì)算氨基酸的等電點(diǎn)計(jì)算側(cè)鏈不含離解基團(tuán)側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的等電點(diǎn)是它的p pK K1 1和和p pK K2 2的算術(shù)平均的算術(shù)平均值：值：p pI I = (p = (pK K1 1 + p + pK K2 2 )/2 )/2 2022-4-2638同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其解離基團(tuán)的氨基酸，其p pI I值也決定于兩性離子值也決定于兩性離子兩邊的兩邊的p pK K值的算術(shù)平值的算術(shù)平均值。均值。酸性氨基酸：酸性氨基酸：p pI I =(p =(pK K1 1 + p + pK KR-COO- R-COO- )

18、/2)/2 2022-4-2639堿性氨基酸：堿性氨基酸：p pI I =(p =(pK K2 2 + p + pK KR-NH3+ R-NH3+ )/2)/22022-4-2640（二）氨基酸的紫外吸收性質(zhì)（二）氨基酸的紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在280nm280nm附近。附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這幾種氨基酸殘含有這幾種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液溶液280nm280nm的光吸收的光吸收值是分析溶液中蛋白值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收2022-4

19、-2641蛋白質(zhì)含有酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸，其環(huán)狀蛋白質(zhì)含有酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸，其環(huán)狀的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生電子的的結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生電子的* * 躍遷，因而大多躍遷，因而大多數(shù)蛋白質(zhì)在數(shù)蛋白質(zhì)在 280nm 280nm 處有最大吸收特征峰。三種處有最大吸收特征峰。三種氨基酸的近紫外吸收帶氨基酸的近紫外吸收帶 (pH(pH為為6.0 6.0 時(shí)時(shí) ) ) ，苯丙氨酸苯丙氨酸 max max 為為257 257 ，200 200 ；酪氨酸酪氨酸 max max 為為275 275 ，1300 1300 ；色氨酸色氨酸 max max 為為280 280 ，= 5000 = 5000 。用此特異吸收，可

20、以粗略地計(jì)算蛋白質(zhì)的含量。用此特異吸收，可以粗略地計(jì)算蛋白質(zhì)的含量。部分純化時(shí)常雜有核酸，其濃度計(jì)算公式為：部分純化時(shí)常雜有核酸，其濃度計(jì)算公式為： 蛋白質(zhì)濃度蛋白質(zhì)濃度(mg(mgml)ml)1.55A - 0.76A1.55A - 0.76A 2022-4-2642（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)藍(lán)紫色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm處。處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正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。比關(guān)系

21、，因此可作為氨基酸定量分析方法。2022-4-26432022-4-2644四、氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成蛋白質(zhì)或四、氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成蛋白質(zhì)或活性肽活性肽肽鍵肽鍵( (peptide bond) )是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸的 - -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的 - -氨基脫水縮合而形成氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。的化學(xué)鍵。（一）（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽2022-4-2645NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C

22、-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO2022-4-2646肽肽(peptide)是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物。成的化合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽酸縮合則形成三肽肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱(chēng)為氨基酸殘基不全，被稱(chēng)為氨基酸殘基(residue)。由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱(chēng)為寡肽由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱(chēng)為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱(chēng)多肽稱(chēng)多肽

23、(polypeptide)。2022-4-2647N 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-羧基羧基的一端的一端n多肽鏈有兩端：多肽鏈有兩端：多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)?；嶂g以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶2022-4-2649肽的命名及書(shū)寫(xiě)方式肽的命名及書(shū)寫(xiě)方式 一條肽鏈通常含有一個(gè)游離的一條肽鏈通常含有一個(gè)游離的 -氨基端氨基端(N-末末端端)和一個(gè)游離的和一個(gè)游離的 -羧基端羧基端(C-末端末端)。 規(guī)

24、定肽鏈的氨基酸排列順序從其規(guī)定肽鏈的氨基酸排列順序從其N(xiāo)-末端開(kāi)始，末端開(kāi)始，到到C-末端終止。常把末端終止。常把N-末端氨基酸殘基放在左邊末端氨基酸殘基放在左邊，C-末端氨基酸殘基放在右邊。末端氨基酸殘基放在右邊。 小分子肽一般按其氨基酸殘基排列順序命名，小分子肽一般按其氨基酸殘基排列順序命名，如：如：Tyr-Gly-Gly-Phe-Met稱(chēng)為：酪氨酰甘氨酰稱(chēng)為：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（腦啡肽）。甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（腦啡肽）。2022-4-2650+H3N CCH2CH3HCONHCHHHNOCHCCH2OHHNOCHCH3C CONHHCH3CH2C COOCH2H3CSerG

25、lyTyrAlaLeu2022-4-2651 蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通常在通常在50個(gè)以上，個(gè)以上，50個(gè)氨基酸殘基以下則仍個(gè)氨基酸殘基以下則仍稱(chēng)為多肽。稱(chēng)為多肽。2022-4-2652（二）（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)2022-4-2653GSH過(guò)氧過(guò)氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG

26、GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ nGSH與與GSSG間的轉(zhuǎn)換間的轉(zhuǎn)換 2022-4-2654 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽 神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽多肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽2022-4-2655蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第二節(jié)第二節(jié)2022-4-2656n蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括: 高級(jí)高級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)(terti

27、ary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)2022-4-2657 為了研究方便，為了研究方便，將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)4 4個(gè)層次，個(gè)層次，同時(shí)在二、三級(jí)結(jié)同時(shí)在二、三級(jí)結(jié)構(gòu)間又劃分構(gòu)間又劃分出超二出超二級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu)和和結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域。2022-4-2658n定義定義:蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至端至C-端的端的氨基酸排列順序氨基酸排列順序。一、一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)

28、構(gòu)n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 2022-4-2659一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能功能的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素唯一因素。2022-4-2660目前已知一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當(dāng)可觀，目前已知一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當(dāng)可觀，并且還以更快的速度增加。并且還以更快的速度增加。國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)有若干重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)有若干重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如nEMBL（European Molecular Biology Laboratory Da

29、ta Library）nGenbank （Genetic Sequence Databank）nPIR（Protein Identification Resource Sequence Database）收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)及其他資料，收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)及其他資料，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。 2022-4-2661二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)型與構(gòu)象：構(gòu)型與構(gòu)象：空間結(jié)構(gòu)的研究方法：空間結(jié)構(gòu)的研究方法： X X射線衍射法射線衍射法 多維核磁共振技術(shù)多維核磁共振技術(shù) 一級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)一級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)2022-4-2

30、662二、二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(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)鏈的構(gòu)象間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。n定義定義: : n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵 2022-4-2663 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil) n蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)2022-4-26641

31、. 1. 肽單元肽單元與與肽平面肽平面參與肽鍵的參與肽鍵的4 4個(gè)個(gè)原子原子C C、O O、N N、H H與與相鄰的相鄰的 C C 1 1和和C C 2 2位位于同一平面，此同于同一平面，此同一平面上的一平面上的6 6個(gè)原子個(gè)原子構(gòu)成了所謂的構(gòu)成了所謂的肽單肽單元元( (peptide unit) ) 。n所謂肽鏈主鏈骨架原子即所謂肽鏈主鏈骨架原子即N N（氨基氮）、（氨基氮）、 CC（- -碳原子）和碳原子）和CoCo（羰基碳）（羰基碳）3 3個(gè)原子依次重復(fù)排列。個(gè)原子依次重復(fù)排列。 2022-4-2665參與肽鍵形成的參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上，構(gòu)個(gè)原子在同一平面上，構(gòu)成成肽平面肽

32、平面2022-4-26662022-4-26672022-4-26682022-4-26692022-4-26702022-4-26712022-4-2672 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil) （二）（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)2022-4-2673獲獎(jiǎng)時(shí)間The Nobel Prize in chemistry 1954人名Linus Carl Pauling獲獎(jiǎng)貢獻(xiàn)獲獎(jiǎng)貢獻(xiàn)圖片for hi

33、s research into the nature of the chemical bond and its application to the elucidation of the structure of complex substances“1962諾貝爾和平獎(jiǎng)諾貝爾和平獎(jiǎng).國(guó)籍 (USA,) 工作地址USA, California Institute of Technology, Pasadena, CA,出生時(shí)間28.2.1901 - 19.8.19942022-4-2674（二）（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)2022-4-2675 -螺旋螺

34、旋: 多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺旋右手螺旋，側(cè)鏈側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。伸向螺旋外側(cè)。 每圈螺旋含每圈螺旋含3.6個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸，螺距為，螺距為0.54nm。 每個(gè)肽鍵的亞氨氫和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形每個(gè)肽鍵的亞氨氫和第四個(gè)肽鍵的羰基氧形成的氫鍵保持螺旋穩(wěn)定。成的氫鍵保持螺旋穩(wěn)定。氫鍵氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸基本平與螺旋長(zhǎng)軸基本平行。行。2022-4-26762022-4-2677蚯蚓肌紅蛋白蚯蚓肌紅蛋白血紅蛋白血紅蛋白亞基亞基2022-4-2678（三）（三） - -折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)2022-4-26792022-4-2680（四）（四） - -轉(zhuǎn)

35、角轉(zhuǎn)角 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角2022-4-2681 I型型 II型型 2022-4-2682 無(wú)規(guī)卷曲（無(wú)規(guī)卷曲（random coil）是用來(lái)闡述沒(méi)）是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。 泛指那些不能被歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu)如折泛指那些不能被歸入明確的二級(jí)結(jié)構(gòu)如折疊或螺旋的多肽區(qū)段。疊或螺旋的多肽區(qū)段。2022-4-2683（五）（五）二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的模體模體在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)個(gè)有規(guī)則

36、的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱(chēng)為有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有3 3種：種：， 。2022-4-2684二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱(chēng)為上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱(chēng)為模體模體(motif) 。模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。2022-4-2685鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)- -螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角（或轉(zhuǎn)角（或環(huán)）環(huán)）-螺旋模體螺旋模體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋

37、-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體n模體常見(jiàn)的形式模體常見(jiàn)的形式2022-4-2686（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成 - -螺旋螺旋或或-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 2022-4-2687三、三、多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成三級(jí)結(jié)構(gòu)形成三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 范德華力等。范德華力等。n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)

38、鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。n定義定義:（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置殘基的相對(duì)空間位置2022-4-2688 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端2022-4-2689dd 范德華力范德華力2022-4-2690（二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較分子量較大的蛋白質(zhì)常可折疊成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行

39、其功能，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行其功能，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域域 ( (domain) ) 。 大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100100至至200200個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解（常分解（不是分離不是分離）出）出獨(dú)立獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。 超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。 因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊

40、單位，有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。 2022-4-26913-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脫氫酶亞基的脫氫酶亞基的結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 2022-4-2692（三）（三）蛋白質(zhì)的多肽鏈須折疊成正確的空間構(gòu)象蛋白質(zhì)的多肽鏈須折疊成正確的空間構(gòu)象分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而通過(guò)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)。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疊肽段的疏水部分結(jié)合隨分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開(kāi)，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，后松開(kāi)，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

41、折疊。使肽鏈正確折疊。 分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。后，再誘導(dǎo)其正確折疊。 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。 2022-4-2693亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱(chēng)為觸部位的布局和相互作用，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)蛋白質(zhì)

42、的四級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。許多功能性蛋白質(zhì)分子含有許多功能性蛋白質(zhì)分子含有2 2條或條或2 2條以上條以上多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的稱(chēng)為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)。2022-4-2694由由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)相同，稱(chēng)之為同二聚體同二聚體(homodimer)，若亞基分子，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)不同，則稱(chēng)之為異二聚體異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白的血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)2022-4-2695五、蛋白質(zhì)的分類(lèi)五、蛋白質(zhì)的

43、分類(lèi)n根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) = = 蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分n根據(jù)蛋白質(zhì)形狀根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)2022-4-2696n蛋白質(zhì)家族（蛋白質(zhì)家族（protein family） : 氨基酸序列相氨基酸序列相似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。n屬于同一蛋白質(zhì)家族的成員，稱(chēng)為屬于同一蛋白質(zhì)家族的成員，稱(chēng)為同源蛋白質(zhì)同源蛋白質(zhì)（homologous protein） 。 n蛋白質(zhì)超家族蛋白質(zhì)超家族（superfamily） : 2

44、 2個(gè)或個(gè)或2 2個(gè)以上的蛋個(gè)以上的蛋白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。2022-4-2697 細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 纖溶酶原的纖溶酶原的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2022-4-2698細(xì)胞核抗原的細(xì)胞核抗原的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 2022-4-2699細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C磷酸苷油酸激酶磷酸苷油酸激酶磷酸酶磷酸酶磷酸丙糖異構(gòu)酶磷酸丙糖異構(gòu)酶2022-4-26100 ZnZn2+2+模體模體2022-4-261012022-4-26102球狀蛋白中的螺旋和片層結(jié)構(gòu)球狀蛋白中的螺旋和片層結(jié)構(gòu)Bo

45、vine ribonuclease A，2022-4-26103黃素氧還蛋白黃素氧還蛋白 flavodoxin2022-4-26104檸檬酸合酶檸檬酸合酶 citrate synthase2022-4-26105鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白 calmodulin2022-4-26106胰腺胰蛋白酶抑制劑胰腺胰蛋白酶抑制劑Pancreatic trypsin inhibitor2022-4-26107蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein第三節(jié)第三節(jié)2022-4-26108 多肽鏈的一維結(jié)構(gòu)如何編碼具有三

46、多肽鏈的一維結(jié)構(gòu)如何編碼具有三維結(jié)構(gòu)特征并表現(xiàn)其生物學(xué)功能的天然維結(jié)構(gòu)特征并表現(xiàn)其生物學(xué)功能的天然蛋白質(zhì)，這是一個(gè)復(fù)雜而尚未弄清楚的蛋白質(zhì)，這是一個(gè)復(fù)雜而尚未弄清楚的過(guò)程。過(guò)程。 蛋白質(zhì)的折疊已成為當(dāng)前生命科學(xué)蛋白質(zhì)的折疊已成為當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域的研究前沿之一。領(lǐng)域的研究前沿之一。2022-4-26109 各種蛋白質(zhì)都具有具有高度復(fù)雜各種蛋白質(zhì)都具有具有高度復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。的空間結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是由什么決定蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)是由什么決定的？的？2022-4-26110（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的

47、基礎(chǔ)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二二硫硫鍵鍵2022-4-26111 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性非折疊狀態(tài)，無(wú)活性2022-4-261122022-4-26113 “一級(jí)結(jié)構(gòu)不僅為空間結(jié)構(gòu)編碼，而且以某一級(jí)結(jié)構(gòu)不僅為空間結(jié)構(gòu)編碼，而且以某種方式規(guī)定指導(dǎo)著達(dá)到這種空間結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的種方式規(guī)定指導(dǎo)著達(dá)到這種空間結(jié)構(gòu)所經(jīng)歷的途徑途徑”蛋白質(zhì)折疊的密碼立體化學(xué)密碼蛋白質(zhì)折疊的密碼立體化學(xué)密碼第二密碼。第二密碼。 折疊密碼的復(fù)雜性：序列相近的蛋白取相折疊密碼的復(fù)雜性：序列相

48、近的蛋白取相同的空間結(jié)構(gòu)；序列相同的肽段可以取不同的同的空間結(jié)構(gòu)；序列相同的肽段可以取不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)。2022-4-26114（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能結(jié)構(gòu)與功能一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。以及功能也相似。 A5 5 A6 6 A10 10 A3030 人人 Thr Ser Ile Thr 豬豬 Thr Ser Ile Ala 狗狗 Thr Ser Ile Ala 兔兔 Thr Gly Ile Ser 牛牛 Ala Gly Val Ala 羊羊 Ala Se

49、r Val Ala 馬馬 Thr Ser Ile Ala2022-4-26115（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息一些廣泛存在于生一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素素(cytochrome C)，比，比較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。的關(guān)系。 2022-4-26116（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾?。ㄋ模┲匾鞍踪|(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病n例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽鏈

50、肽鏈HbA 肽肽 鏈鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱(chēng)為稱(chēng)為“分子病分子病”。2022-4-261172022-4-261182022-4-26119n肌紅蛋白肌紅蛋白/ /血紅蛋白血紅蛋白含有血紅素輔基含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)血紅素結(jié)構(gòu) 二、二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)（一）（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似2022-4-26120n肌紅蛋白肌紅蛋白( (myoglobin，Mb) ) 肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)肌

51、紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8 8段段 - -螺螺旋結(jié)構(gòu)。旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個(gè)丙酸血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的荷相連，加之肽鏈中的F8F8組氨組氨酸殘基還與酸殘基還與FeFe2+2+形成配位結(jié)合，形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。穩(wěn)定結(jié)合。 2022-4-26121n血紅蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，Hb) )血紅蛋白具有血紅蛋白具有4個(gè)亞個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，每每個(gè)亞基

52、可結(jié)合個(gè)亞基可結(jié)合1 1個(gè)血紅素個(gè)血紅素并攜帶并攜帶1 1分子氧分子氧。Hb亞基之間通過(guò)亞基之間通過(guò)8對(duì)鹽鍵，使對(duì)鹽鍵，使4個(gè)亞基緊密個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。蛋白。 2022-4-26122脫氧脫氧Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵 2022-4-26123Hb與與Mb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O2結(jié)合，結(jié)合，Hb與與O2 2結(jié)合后稱(chēng)為結(jié)合后稱(chēng)為氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占總占總Hb的百分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)（稱(chēng)（稱(chēng)百分飽和度百分飽和度）隨）隨O2 2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧

53、結(jié)合與氧結(jié)合2022-4-26124肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線2022-4-26125n協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)( (cooperativity) )一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱(chēng)為合能力的現(xiàn)象，稱(chēng)為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 如果是促進(jìn)作用則稱(chēng)為如果是促進(jìn)作用則稱(chēng)為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) ( (positive cooperativity) )如果是抑制作用則稱(chēng)為如果是抑制作用則稱(chēng)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)( (negative

54、 cooperativity) )2022-4-261262022-4-26127血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。2022-4-261282022-4-26129n別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱(chēng)為變化，稱(chēng)為別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)。2022-4-26130（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生：若蛋白質(zhì)的折疊

55、發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。致疾病發(fā)生。2022-4-26131蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類(lèi)疾病包括這類(lèi)疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、

56、瘋牛病等。年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。2022-4-26132瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱(chēng)為螺旋，稱(chēng)為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。n瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變2022-4-26133第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of

57、Protein2022-4-26134一、一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的荷為零，此時(shí)溶液的pH稱(chēng)為稱(chēng)為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。n蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電

58、點(diǎn)( isoelectric point, pI)2022-4-26135二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬(wàn)至萬(wàn)至100萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。為膠粒范圍之內(nèi)。 顆粒表面電荷顆粒表面電荷 水化膜水化膜n蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸酸

59、堿堿酸酸堿堿酸酸堿堿脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉溶液中蛋白質(zhì)的聚沉2022-4-26137三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無(wú)空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無(wú)序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。物活性的喪失。n蛋白質(zhì)的變性蛋白質(zhì)的變性(denaturation)2022-4-26138n造成變性的因素造成變性的因素: :如如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)

60、堿、加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等重金屬離子及生物堿試劑等 。 n變性的本質(zhì)變性的本質(zhì): :破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。2022-4-26139n 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例: :臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌。滅菌。此外此外, , 防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。制劑（如疫苗等）的必要條件。 2022-4-26140若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分