基礎(chǔ)生物化學(xué)-蛋白質(zhì)

1、2 2 蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)（ProteinProtein）化學(xué)）化學(xué) 2.1 2.1 氨基酸化學(xué)氨基酸化學(xué)2.2 2.2 肽肽2.3 2.3 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)2.4 2.4 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2.5 2.5 蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)蛋白質(zhì)的重要性質(zhì) 1902年年Emil Fisher證明蛋白證明蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)是多肽質(zhì)結(jié)構(gòu)是多肽蛋白質(zhì)簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)是由蛋白質(zhì)是由2020種種L-L-氨基酸氨基酸縮合而成的長(zhǎng)鏈縮合而成的長(zhǎng)鏈分子。分子。蛋白質(zhì)是細(xì)胞中含量最豐富、功能最復(fù)雜的生蛋白質(zhì)是細(xì)胞中含量最豐富、功能最復(fù)雜的生物大分子。幾乎參與所有的生命活動(dòng)和生命物大分子。幾乎參

2、與所有的生命活動(dòng)和生命過(guò)程。因此研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是生命過(guò)程。因此研究蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能是生命科學(xué)最基本的課題?？茖W(xué)最基本的課題。蛋白質(zhì)的功能蛋白質(zhì)的功能 催化作用催化作用 結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)組成 代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié) 細(xì)胞運(yùn)動(dòng)細(xì)胞運(yùn)動(dòng) 保護(hù)作用保護(hù)作用 物質(zhì)運(yùn)輸物質(zhì)運(yùn)輸 細(xì)胞通訊細(xì)胞通訊 蛋白貯藏蛋白貯藏 其他其他蛋白質(zhì)的化學(xué)組成蛋白質(zhì)的化學(xué)組成組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素有：組成蛋白質(zhì)的元素有：C C、H H、O O、N N和和S SC C：50% H50% H：7% O7% O：23% N23% N：16 % 16 % S S：0-3% 0-3% 其它其它(P(P、MoMo

3、、FeFe等等) ) 微量微量 蛋白蛋白N N平均含量為平均含量為16%16%的特點(diǎn)作為凱氏定氮法的特點(diǎn)作為凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量的計(jì)算依據(jù)。測(cè)定蛋白質(zhì)含量的計(jì)算依據(jù)。蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含量 = = 蛋白蛋白N N含量含量6.25 6.25 蛋白質(zhì)的組成單位蛋白質(zhì)的組成單位- -氨基酸氨基酸在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的氨基酸有在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的氨基酸有200200多種，而參與多種，而參與組成蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)氨基酸）組成蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)氨基酸） 的有的有2020種基種基本氨基酸。本氨基酸。氨基酸殘基的估算法：氨基酸殘基的估算法：分子量分子量/110/1102.1 2.1 氨基酸氨基酸(Amino acid, AA

4、)(Amino acid, AA)2.1.1 2.1.1 組成蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)及分類組成蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)及分類2.1.1.1 2.1.1.1 組成蛋白質(zhì)氨基酸的共同特點(diǎn)組成蛋白質(zhì)氨基酸的共同特點(diǎn)組成蛋白質(zhì)的組成蛋白質(zhì)的2020種氨基酸均為種氨基酸均為 -AA-AA。通式通式COOHHRNH2C除除GlyGly外，其它外，其它AAAA的的 - -碳原子均為碳原子均為不對(duì)稱碳不對(duì)稱碳原子原子，因而均有兩種不同的空間，因而均有兩種不同的空間構(gòu)型構(gòu)型：L-L-型型（左）和（左）和D-D-型（右），二者互為對(duì)映體。型（右），二者互為對(duì)映體。CHCHOCH2OHOHCHCOOHH2NCH3CNH2HC

5、OOHCH3L丙氨酸丙氨酸 D丙氨酸丙氨酸 D甘油醛甘油醛除除GlyGly外，其它外，其它AAAA都具有都具有旋光性旋光性，能使偏振，能使偏振光的偏振面向左（光的偏振面向左（- -）或向（）或向（+ +）旋轉(zhuǎn)。）旋轉(zhuǎn)。2020種種AAAA在結(jié)構(gòu)上的差異取決于側(cè)鏈基團(tuán)在結(jié)構(gòu)上的差異取決于側(cè)鏈基團(tuán)R R的不的不同。同。COOHHRNH2C2.2.1.2 2.2.1.2 氨基酸的種類和結(jié)構(gòu)氨基酸的種類和結(jié)構(gòu)按按R R基的極性分基的極性分非極性非極性AAAA（8 8種）種）:Ala:Ala、ValVal、LeuLeu、IleIle、MetMet、PhePhe、ProPro、Trp;Trp;極性極性AA

6、(12AA(12種種) )：R-R-基基不帶電荷不帶電荷的的AAAA（中性（中性AaAa）：）：GlyGly、SerSer、ThrThr、CysCys、AsnAsn、GlnGln、Tyr Tyr R-R-基基帶正電荷帶正電荷的的AAAA（堿性（堿性AaAa）：）：LysLys、ArgArg、His His R-R-基基帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷的的AAAA（酸性（酸性AaAa）：）：Glu, Glu, AspAsp 據(jù)據(jù)R R基的結(jié)構(gòu)可分基的結(jié)構(gòu)可分脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 含一氨基一羧基的中性氨基酸：含一氨基一羧基的中性氨基酸：GlyGly、AlaAla、ValVal、LeuLeu、IleIle 含羥

7、基氨基酸：含羥基氨基酸：SerSer、ThrThr 含硫氨基酸含硫氨基酸 ：CysCys、MetMet 含酰胺基氨基酸含酰胺基氨基酸 ：AsnAsn、GlnGln 含一氨基二羧基的酸性氨基酸：含一氨基二羧基的酸性氨基酸：AspAsp、GluGlu 含二氨基一羧基的堿性氨基酸：含二氨基一羧基的堿性氨基酸：LysLys、ArgArg芳香族氨基酸：芳香族氨基酸： PhePhe、TyrTyr雜環(huán)族氨基酸：雜環(huán)族氨基酸：TrpTrp、HisHis、ProPro丙氨酸（丙氨酸（Ala，A）纈氨酸（纈氨酸（Val，V）CHCH3COOHNH2CH3CHNH2COOHCH3CH亮氨酸（亮氨酸（Leu，L）異亮

8、氨酸（異亮氨酸（Ile，I）CH2CHCH3COOHNH2CHCH3CH3CHNH2COOHCH3CHCH2脯氨酸（脯氨酸（Pro，P）苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe，F(xiàn)）CH2CH2CH2CHCOOHNHNH2COOHCH2CH色氨酸（色氨酸（Trp，W）蛋氨酸蛋氨酸 或或 甲硫氨酸（甲硫氨酸（Met，M）HNCHCH2COOHNH2S CH2CH2CHCOOHNH2CH3甘氨酸（甘氨酸（Gly，G）絲氨酸（絲氨酸（Ser，S）H CHCOOHNH2OHCH2CHCOOHNH2CH3NH2COOHCHCH2OH蘇氨酸（蘇氨酸（Thr，T）半胱氨酸（半胱氨酸（Cys，C）CCH2NH2COOHCH

9、OH2NHONH2COOHCHCH2CH2H2NOCHCOOHNH2CH2C天冬酰胺（天冬酰胺（Asn，N）谷氨酰胺（谷氨酰胺（Gln，Q）酪氨酸（酪氨酸（Tyr，Y）CH2NH2COOHCHCH2CH2CH2NH2NH2CH2CH2CH COOHNH2CH2NHNHCNH2COOHCHCH2NN賴氨酸（賴氨酸（Lys，K）精氨酸（精氨酸（Arg，R）組氨酸（組氨酸（His，H）CH2CH2CH COOHNH2HOOCCH2CHCOOHNH2HOOC谷氨酸（谷氨酸（Glu，E）天冬氨酸（天冬氨酸（Asp，D）有些蛋白質(zhì)中還含有其它氨基酸，這是在有些蛋白質(zhì)中還含有其它氨基酸，這是在蛋白質(zhì)生物合成

10、之后，相應(yīng)的氨基酸殘蛋白質(zhì)生物合成之后，相應(yīng)的氨基酸殘基被修飾形成的?；恍揎椥纬傻?。2.1.2 2.1.2 氨基酸的理化性質(zhì)氨基酸的理化性質(zhì)2.1.2.12.1.2.1一般物理性質(zhì)一般物理性質(zhì)1 1、溶解度、溶解度 - AA- AA一般為白色結(jié)晶，且每一種的結(jié)晶一般為白色結(jié)晶，且每一種的結(jié)晶形狀不一，大多形狀不一，大多AAAA能溶于水，少數(shù)能溶于水，少數(shù)（CysCys、TyrTyr、AspAsp、GlyGly）難溶于水；所）難溶于水；所有有AAAA均能溶于酸、堿中，不溶于乙醚、均能溶于酸、堿中，不溶于乙醚、酒精（脯、羥脯除外）有機(jī)溶劑。酒精（脯、羥脯除外）有機(jī)溶劑。2 2、光吸收、光吸收組成

11、蛋白質(zhì)的組成蛋白質(zhì)的2020種種AAAA均不吸收可見(jiàn)光，在近紫均不吸收可見(jiàn)光，在近紫外光區(qū)（外光區(qū)（220nm220nm300nm300nm）TyrTyr、TrpTrp、PhePhe有有吸收光的能力，其吸收峰和摩爾消光系數(shù)為：吸收光的能力，其吸收峰和摩爾消光系數(shù)為： Tyr Tyr maxmax=275nm =275nm 275275=1.4=1.410103 3 Phe Phe maxmax=257nm =257nm 257257= 2= 210102 2 Trp Trp maxmax=280nm =280nm 280280=5.6=5.610103 3 光吸收測(cè)定光吸收測(cè)定2.1.2.2

12、2.1.2.2 氨基酸的化學(xué)性質(zhì)氨基酸的化學(xué)性質(zhì)1 1、兩性解離和等電點(diǎn)、兩性解離和等電點(diǎn)AAAA的兩性解離的兩性解離RCOOHH3N+H2N+H3NCOOR-CHRCOO-CHCHK1K2酸性溶液中的酸性溶液中的AA 水溶液中的水溶液中的AA 堿性溶液中的堿性溶液中的AA （陽(yáng)離子）（陽(yáng)離子） （兼性離子）（兼性離子） （陰離子）（陰離子）等電點(diǎn)（等電點(diǎn)（isoelectric point)isoelectric point)在一定在一定pHpH值時(shí)，值時(shí)，AAAA以兼性離子存在，在電以兼性離子存在，在電場(chǎng)中不會(huì)向正、負(fù)極移動(dòng)，此時(shí)的場(chǎng)中不會(huì)向正、負(fù)極移動(dòng)，此時(shí)的pHpH值值稱氨基酸的稱氨基

13、酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)（pIpI）。）。 pI= 1/2 (pKpI= 1/2 (pK1 1 +pK+pK2 2) ) 酸性酸性Aa pI= 1/2(pKAa pI= 1/2(pK1 1 +pK+pKR R) ) 堿性堿性Aa pI= 1/2(pKAa pI= 1/2(pK2 2 +pK+pKR R) )K2 =R-H+/R0CH+H3NCOOHRCHRCOOH3N+-+HK1R+R0K2CHCOORCH-RCOOH3N+H2N-H+R0-RK1 =R0H+/R+K K1 1 K K2 2 =H=H+ + 2 2RR- -/R/R+ + 等電點(diǎn)時(shí)等電點(diǎn)時(shí)RR- -=R=R+ + ，則：則：HH+ +

14、 =I = (K =I = (K1 1 K K2 2) )1/21/2，兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)得：兩邊取負(fù)對(duì)數(shù)得：pI=1/2(p KpI=1/2(p K1 1 +p K+p K2 2 ) )K K1 1 和和 K K2 2 分別代表分別代表 - -C C上的上的-COOH-COOH和和-NH-NH3 3+ +的表觀解離常數(shù)，如果側(cè)鏈的表觀解離常數(shù)，如果側(cè)鏈R R基上有可解基上有可解離的基團(tuán)，用離的基團(tuán)，用K K R R 表示其表觀解離常數(shù)。表示其表觀解離常數(shù)。表觀解離常數(shù)可用測(cè)定滴定曲線方法求得。表觀解離常數(shù)可用測(cè)定滴定曲線方法求得。當(dāng)當(dāng)1mol1mol甘氨酸溶于水時(shí)，溶液的甘氨酸溶于水時(shí)，溶液的pH

15、pH值約值約為為6 6，分別用標(biāo)準(zhǔn)，分別用標(biāo)準(zhǔn)NaOHNaOH和和HClHCl進(jìn)行滴定，進(jìn)行滴定，以酸或堿的用量對(duì)以酸或堿的用量對(duì)pHpH值作圖，可得到一值作圖，可得到一條曲線條曲線B B和和A A。曲線曲線B B在在pH=9.6pH=9.6處有一拐點(diǎn)，處有一拐點(diǎn)，根據(jù)解離公式，根據(jù)解離公式，RR0 0=R=R- - 時(shí)，時(shí)， K K2 2=H=H+ + ，即，即pKpK2 2 =pH =pH。曲線曲線A A在在pH=2.34pH=2.34處有處有一拐點(diǎn)，根據(jù)一拐點(diǎn)，根據(jù)解離公式，解離公式，RR0 0=R=R+ + 時(shí)，時(shí)， K K1 1=H=H+ + ，即，即pKpK1 1 =pH =pH。

16、等電點(diǎn)時(shí)，等電點(diǎn)時(shí)，GluGlu主要以兼性離子主要以兼性離子(R(R0)0)存在，存在，RR+ + 和和RR- - 很小而且相等，很小而且相等，R R2-2-的量可忽略不計(jì)。的量可忽略不計(jì)。因此因此 pI=1/2(pKpI=1/2(pK1 1+pK+pKR R) )帶有可解離帶有可解離R R基的氨基酸有基的氨基酸有3 3個(gè)個(gè)pKpK 2-0RRR-COOCOOCH2-CH2+COOCOOH3N-C-H+H3N-C-HCOOHCOO+CH2CH2-+RKRK2K1COOHCOOHH2N-C-HH3N-C-HCH2CH2CH2CH2等電點(diǎn)時(shí)，等電點(diǎn)時(shí)，LysLys主要以兼性離子主要以兼性離子(R(

17、R0)0)存在，存在，RR2+2+ 的影響極小。因此的影響極小。因此 pI=1/2(pKpI=1/2(pK2 2+pK+pKR R) )KR(CH2)4NH3+COOHH3N-C-H+K1+H3N-C-HCOO+NH3(CH2)4-2+R+RR-(CH2)4NH3COOH2N-C-HR-(CH2)4NH3COOH2N-C-H+0K2-2、氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)、氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)與茚三酮反應(yīng)：氨基酸脫羧脫氨被氧化，與茚三酮反應(yīng)：氨基酸脫羧脫氨被氧化，水合茚三酮被還原，氧化型和還原型的水水合茚三酮被還原，氧化型和還原型的水合茚三酮與氨反應(yīng)生成二酮茚合茚三酮與氨反應(yīng)生成二酮茚-二酮茚胺的二酮茚胺的

18、取代鹽等藍(lán)紫色化合物。取代鹽等藍(lán)紫色化合物。OH+ R-CH-COOHNH2OHOOH+RCHO+NH3CO2OOOH水合茚三酮水合茚三酮 還原型水合茚三酮還原型水合茚三酮+NH3N+3H2OOHOOOHOHOOHOOOO藍(lán)紫色物質(zhì)藍(lán)紫色物質(zhì)Sanger反應(yīng)在弱堿溶液中反應(yīng)在弱堿溶液中AA與與2,4-二硝基二硝基氟苯（氟苯（FDNB）反應(yīng)，生成黃色的二硝基苯）反應(yīng)，生成黃色的二硝基苯氨基酸（氨基酸（DNP-AA），），Sanger首先用此反應(yīng)首先用此反應(yīng)鑒定多肽鏈或蛋白質(zhì)的鑒定多肽鏈或蛋白質(zhì)的NH2末端氨基酸。末端氨基酸。 Edman反應(yīng)；在弱堿條件下反應(yīng)；在弱堿條件下AA與異硫氰酸與異硫氰酸

19、苯酯（苯酯（PITC）反應(yīng)生成苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物，）反應(yīng)生成苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物，生成的衍生物可通過(guò)層析法分離鑒定，生成的衍生物可通過(guò)層析法分離鑒定，Edman首先用此反應(yīng)鑒定多肽的首先用此反應(yīng)鑒定多肽的N-端端AA。N C S+CHRH2NCOOH異硫氰酸苯酯異硫氰酸苯酯苯氨基硫甲酰衍生物苯氨基硫甲酰衍生物 苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物苯乙內(nèi)酰硫脲衍生物（PTC-氨基酸）氨基酸） （PTH-氨基酸）氨基酸）RROCCCHNSNH(CH3NO2)HOHHOCCCHNSNH+2.2 肽肽(peptide) 2.2.1 肽和肽鏈的結(jié)構(gòu)即命名肽和肽鏈的結(jié)構(gòu)即命名氨基酸的氨基酸的 -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一

20、個(gè)氨基酸的 -氨基脫水氨基脫水形成肽。形成肽。肽鍵肽鍵是蛋白質(zhì)分子中氨基酸連接的是蛋白質(zhì)分子中氨基酸連接的基本方式。肽鍵相連構(gòu)成了蛋白質(zhì)的主鏈?；痉绞?。肽鍵相連構(gòu)成了蛋白質(zhì)的主鏈。C NHO肽肽氨基酸之間通過(guò)肽鍵聯(lián)結(jié)起來(lái)的化合物稱為肽。氨基酸之間通過(guò)肽鍵聯(lián)結(jié)起來(lái)的化合物稱為肽。兩個(gè)氨基酸形成的肽叫二肽，三個(gè)氨基酸形兩個(gè)氨基酸形成的肽叫二肽，三個(gè)氨基酸形成的肽叫三肽成的肽叫三肽，十個(gè)氨基酸形成的肽叫，十個(gè)氨基酸形成的肽叫十肽，一般將十肽以下稱為寡肽十肽，一般將十肽以下稱為寡肽(oligopeptide)，以上者稱多肽，以上者稱多肽(polypeptide)或稱多肽鏈?；蚍Q多肽鏈。氨基酸殘基氨基

21、酸殘基(amino acid residues )肽鏈中的氨基酸在參加肽鍵形成時(shí)失去了肽鏈中的氨基酸在參加肽鍵形成時(shí)失去了1分分子水，已經(jīng)不是原來(lái)完整的分子，稱為氨基子水，已經(jīng)不是原來(lái)完整的分子，稱為氨基酸殘基。酸殘基。命名及書寫方式命名及書寫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)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-末端開始，末端開始，到到C-末端終止。常把末端終止。常把N-末端氨基酸殘基放末端氨基酸殘基放在左邊，在左邊，C-末端氨基酸殘基放在右邊。末端氨基酸殘基

22、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稱為：酪氨酰甘稱為：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（腦啡肽）。氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（腦啡肽）。+H3N CCH2CH3HCONHCHHHNOCHCCH2OHHNOCHCH3C CONHHCH3CH2C COOCH2H3CSerGlyTyrAlaLeuCHHNOCR二硫鍵二硫鍵連接氨基酸殘基的共價(jià)鍵除肽鍵外，兩個(gè)連接氨基酸殘基的共價(jià)鍵除肽鍵外，兩個(gè)Cys殘基的側(cè)鏈之間可形成二硫鍵殘基的側(cè)鏈之間可形成二硫鍵(disulfide bond)，即胱氨酸殘基中的二

23、硫鍵，又稱二，即胱氨酸殘基中的二硫鍵，又稱二硫橋硫橋(disulfide bridge)。它可使兩條單獨(dú)的。它可使兩條單獨(dú)的肽鏈共價(jià)交聯(lián)起來(lái)肽鏈共價(jià)交聯(lián)起來(lái)(鏈間二硫鍵鏈間二硫鍵)，或使一條，或使一條鏈的某一部分形成環(huán)鏈的某一部分形成環(huán)(鏈內(nèi)二硫鍵鏈內(nèi)二硫鍵)。 SSTyrAsnLeu GluGlnSSSSAlaLysPro ThrTyrPhePhe Gly ArgGluGlyCysValLeuTyrLeuAlaGluValLeuHisSerGlyCysLeuHisGln AsnValPheAsnCysTyrLeuSerCysValSerAlaCysGlyIleValGluGln CysBA5

24、101520302520151052.2.2 重要的天然活性肽重要的天然活性肽生物體內(nèi)存在很多游離的活性肽（生物體內(nèi)存在很多游離的活性肽（active peptide），它們具有特殊的生物學(xué)功能。如：），它們具有特殊的生物學(xué)功能。如：催產(chǎn)素、加壓素和舒緩激肽、生長(zhǎng)激素釋放催產(chǎn)素、加壓素和舒緩激肽、生長(zhǎng)激素釋放因子、谷胱甘肽等，腦啡肽（因子、谷胱甘肽等，腦啡肽（5肽）近年來(lái)肽）近年來(lái)引起人們的關(guān)注，它們?cè)谥袠猩窠?jīng)中形成，引起人們的關(guān)注，它們?cè)谥袠猩窠?jīng)中形成，是體內(nèi)產(chǎn)生的一類鴉片劑。是體內(nèi)產(chǎn)生的一類鴉片劑。Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu-Gly-SSNH2牛催產(chǎn)素牛

25、催產(chǎn)素催產(chǎn)素：催產(chǎn)素：8肽，能使多種平滑肌收縮，具有催肽，能使多種平滑肌收縮，具有催產(chǎn)及使乳腺排乳的作用。產(chǎn)及使乳腺排乳的作用。加壓素：加壓素：8肽，可使小動(dòng)脈收縮，從而增高肽，可使小動(dòng)脈收縮，從而增高血壓，并有減少排尿的作用。血壓，并有減少排尿的作用。SSCys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly-NH2牛加壓素牛加壓素動(dòng)植物細(xì)胞中的還原型谷胱甘肽，可作為某些動(dòng)植物細(xì)胞中的還原型谷胱甘肽，可作為某些氧化還原酶的輔酶，在細(xì)胞中作為巰基緩沖氧化還原酶的輔酶，在細(xì)胞中作為巰基緩沖劑，維持細(xì)胞蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基處于還劑，維持細(xì)胞蛋白質(zhì)的半胱氨酸殘基處于還原態(tài)。原態(tài)。還原

26、型谷胱甘肽還原型谷胱甘肽（GSH）COOHCH2CH2CH2NHCOSHCHNHCOOHCHNH2CH2COGlu-Cys-GlySSGlu-Cys-Gly氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽（GSSG）某些抗生素也是肽或肽衍生物，如：短桿菌某些抗生素也是肽或肽衍生物，如：短桿菌肽肽S（環(huán)（環(huán)10肽），放線菌素肽），放線菌素D和多粘菌素和多粘菌素E等。等。2.3 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)具有三維空間結(jié)構(gòu)，執(zhí)行復(fù)雜的生物學(xué)蛋白質(zhì)具有三維空間結(jié)構(gòu)，執(zhí)行復(fù)雜的生物學(xué)功能，結(jié)構(gòu)與功能之間的密切關(guān)系。功能，結(jié)構(gòu)與功能之間的密切關(guān)系。 天然蛋白質(zhì)各有其特殊的生物學(xué)活性，肽鏈的天然蛋白質(zhì)各有其特殊的生

27、物學(xué)活性，肽鏈的氨基酸序列決定了每一種蛋白質(zhì)的生物學(xué)活氨基酸序列決定了每一種蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由于組成蛋白質(zhì)的性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，由于組成蛋白質(zhì)的20種氨基種氨基酸各具特殊的側(cè)鏈，側(cè)鏈基團(tuán)的理化性質(zhì)和酸各具特殊的側(cè)鏈，側(cè)鏈基團(tuán)的理化性質(zhì)和空間排布各不相同，當(dāng)它們按照不同的序列空間排布各不相同，當(dāng)它們按照不同的序列關(guān)系組合時(shí)，就可形成多種多樣的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系組合時(shí)，就可形成多種多樣的空間結(jié)構(gòu)和不同生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)分子。和不同生物學(xué)活性的蛋白質(zhì)分子。為了研究方便，將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一級(jí)結(jié)為了研究方便，將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)4個(gè)

28、層個(gè)層次，同時(shí)在二、三級(jí)結(jié)構(gòu)間又劃分出超二級(jí)次，同時(shí)在二、三級(jí)結(jié)構(gòu)間又劃分出超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域。2.3.1 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)中氨基酸蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)中氨基酸的排列順序。的排列順序。1953年英國(guó)年英國(guó)Sanger等人，完成了等人，完成了牛胰島素牛胰島素(Isulin)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定工作，分子量為工作，分子量為5700D，有，有A鏈鏈(21AA)和和B鏈鏈(30AA)兩條肽鏈，兩條肽鏈，兩個(gè)鏈間有二硫鍵和一個(gè)鏈內(nèi)兩個(gè)鏈間有二硫鍵和一個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵二硫鍵(A鏈鏈)。1960年年Stanford Moore等完成了牛胰核糖核酸

29、等完成了牛胰核糖核酸酶酶(RNase)的分析，的分析， RNase由一條含由一條含124個(gè)氨個(gè)氨基酸殘基的多肽鏈組成，分子內(nèi)含有基酸殘基的多肽鏈組成，分子內(nèi)含有4個(gè)鏈個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵，分子量為內(nèi)二硫鍵，分子量為12600。它是水解核糖。它是水解核糖核酸磷酸二酯鍵的酶。核酸磷酸二酯鍵的酶。2.3.2 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)多肽多肽鏈借助氫鍵排列成沿一維方向具鏈借助氫鍵排列成沿一維方向具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。2.3.2.1 蛋白質(zhì)的構(gòu)象和維持構(gòu)象的作用力蛋白質(zhì)的構(gòu)象和維持構(gòu)象的作用力

30、蛋白質(zhì)的構(gòu)象蛋白質(zhì)的構(gòu)象(conformation)：蛋白質(zhì)分子是：蛋白質(zhì)分子是由氨基酸首尾相連而成的共價(jià)多肽鏈，每一由氨基酸首尾相連而成的共價(jià)多肽鏈，每一種蛋白質(zhì)都有自己特有的構(gòu)象，而不是一條種蛋白質(zhì)都有自己特有的構(gòu)象，而不是一條走向隨機(jī)的松散鏈，這樣才能保證其特有的走向隨機(jī)的松散鏈，這樣才能保證其特有的性質(zhì)和功能。性質(zhì)和功能。a.鹽鍵、鹽鍵、b.f.氫鍵、氫鍵、c.疏水作用疏水作用d.范得華力、范得華力、e.二硫鍵、二硫鍵、g.酯鍵酯鍵2.3.2.2 多肽鏈折疊的空間限制多肽鏈折疊的空間限制肽平面肽平面(peptide plane)肽鍵肽鍵 形式上是單鍵，其中形式上是單鍵，其中C-N鍵長(zhǎng)鍵

31、長(zhǎng)0.132nm，比相鄰的，比相鄰的N-C單鍵單鍵(0.147nm)短，短，而較一般而較一般C=N雙鍵雙鍵(0.128nm)長(zhǎng)，可見(jiàn)，肽鍵長(zhǎng)，可見(jiàn)，肽鍵中中-C-N-鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，具有鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，具有部分雙鍵的性質(zhì)，因而不能旋轉(zhuǎn)，使肽鍵的部分雙鍵的性質(zhì)，因而不能旋轉(zhuǎn)，使肽鍵的四個(gè)原子和與之相連的兩個(gè)四個(gè)原子和與之相連的兩個(gè) 碳原子碳原子(C )都處都處在同一個(gè)剛性平面。在同一個(gè)剛性平面。C NHOCCHONC 肽鏈中只有肽鏈中只有碳 原 子 所 形碳 原 子 所 形成 的 單 鍵 能成 的 單 鍵 能夠 旋 轉(zhuǎn) ， 它夠 旋 轉(zhuǎn) ， 它的 旋 轉(zhuǎn) 決 定的 旋 轉(zhuǎn) 決

32、 定兩 個(gè) 肽 鍵 平兩 個(gè) 肽 鍵 平面 的 位 置 關(guān)面 的 位 置 關(guān)系 ， 于 是 肽系 ， 于 是 肽鍵 平 面 成 為鍵 平 面 成 為肽 鏈 盤 曲 折肽 鏈 盤 曲 折疊 的 基 本 單疊 的 基 本 單位。位。 肽鍵中的肽鍵中的C-N既具有雙鍵性質(zhì)，就會(huì)有順?lè)床患染哂须p鍵性質(zhì)，就會(huì)有順?lè)床煌牧Ⅲw異構(gòu)，已證實(shí)處于反位。同的立體異構(gòu)，已證實(shí)處于反位。肽鏈主鏈上只有肽鏈主鏈上只有C 連接的兩個(gè)連接的兩個(gè)鍵鍵(C N、C C)是單鍵，它是單鍵，它們可以旋轉(zhuǎn)，繞們可以旋轉(zhuǎn)，繞(C N)鍵旋鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱轉(zhuǎn)的角度稱 角，繞角，繞(C C )鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱角，這兩角，這兩個(gè)

33、旋轉(zhuǎn)角度稱二面角個(gè)旋轉(zhuǎn)角度稱二面角(dihedral angle) ?？杀硎境?。可表示出相鄰的肽平面的相對(duì)位置。相鄰的肽平面的相對(duì)位置。=180 ， =180當(dāng)當(dāng)C 的一對(duì)二面角的一對(duì)二面角 =180、=180時(shí)，的兩個(gè)相鄰時(shí)，的兩個(gè)相鄰肽平面呈充分伸肽平面呈充分伸展的構(gòu)象。二者展的構(gòu)象。二者均為均為0的構(gòu)象實(shí)的構(gòu)象實(shí)際上不存在。際上不存在。2.3.2.3 二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型為了使暴露在多水介質(zhì)中的疏水基團(tuán)降低到為了使暴露在多水介質(zhì)中的疏水基團(tuán)降低到最小程度，同時(shí)保持多肽鏈與周圍水分子之最小程度，同時(shí)保持多肽鏈與周圍水分子之間形成的氫鍵相互作用的有利能量狀態(tài)，多間形成的氫鍵相

34、互作用的有利能量狀態(tài)，多肽鏈自發(fā)折疊形成由氫鍵維系的有規(guī)則的重肽鏈自發(fā)折疊形成由氫鍵維系的有規(guī)則的重復(fù)構(gòu)象，從而產(chǎn)生蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。復(fù)構(gòu)象，從而產(chǎn)生蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。 -螺旋結(jié)構(gòu)（螺旋結(jié)構(gòu)（ -helix）1950年年P(guān)auling和和Corey對(duì)對(duì)-角角蛋白蛋白(-keratin)進(jìn)行進(jìn)行X線衍射線衍射分析，從衍射圖中看到有分析，從衍射圖中看到有0.50.55nm的重復(fù)單位，故推測(cè)蛋的重復(fù)單位，故推測(cè)蛋白質(zhì)分子中有重復(fù)性結(jié)構(gòu)，認(rèn)白質(zhì)分子中有重復(fù)性結(jié)構(gòu)，認(rèn)為這種重復(fù)性結(jié)構(gòu)為為這種重復(fù)性結(jié)構(gòu)為-螺旋。螺旋。天然蛋白質(zhì)絕大多數(shù)為右手螺旋。天然蛋白質(zhì)絕大多數(shù)為右手螺旋。 -螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：螺旋的結(jié)

35、構(gòu)特點(diǎn)：多個(gè)肽鍵平面通過(guò)多個(gè)肽鍵平面通過(guò)-碳原子碳原子旋轉(zhuǎn)，相互緊密盤曲成規(guī)則旋轉(zhuǎn)，相互緊密盤曲成規(guī)則的周期性構(gòu)象，即右手螺旋的周期性構(gòu)象，即右手螺旋或左手螺旋。或左手螺旋。主鏈呈螺旋上升，每主鏈呈螺旋上升，每3.6個(gè)氨個(gè)氨基酸殘基上升一圈，相當(dāng)于基酸殘基上升一圈，相當(dāng)于0.54nm，每個(gè)，每個(gè)AA殘基沿軸殘基沿軸上升上升0.15nm。螺旋直徑。螺旋直徑0.5nm相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中的相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中的N上的上的H和它和它后面第后面第4個(gè)個(gè)AA殘基的殘基的CO上的上的O原子形成許原子形成許多鏈內(nèi)氫健，氫鍵的取向與中心軸平行。氫多鏈內(nèi)氫健，氫鍵的取向與中心軸平行。氫鍵是穩(wěn)定鍵是穩(wěn)定螺

36、旋的主要鍵。螺旋的主要鍵。NCOCHNHCHO3 - 螺旋中氨基酸側(cè)鏈螺旋中氨基酸側(cè)鏈R分布在螺旋外側(cè)，其分布在螺旋外側(cè)，其形狀、大小及電荷影響形狀、大小及電荷影響-螺旋的形成。螺旋的形成。酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域，由于同電荷相酸性或堿性氨基酸集中的區(qū)域，由于同電荷相斥，不利于斥，不利于-螺旋形成；較大的螺旋形成；較大的R(如苯丙氨如苯丙氨酸、色氨酸、異亮氨酸酸、色氨酸、異亮氨酸)集中的區(qū)域，也妨礙集中的區(qū)域，也妨礙-螺旋形成；脯氨酸因其螺旋形成；脯氨酸因其-碳原子位于五元碳原子位于五元環(huán)上，不易扭轉(zhuǎn)，加之它是亞氨基酸，不易環(huán)上，不易扭轉(zhuǎn)，加之它是亞氨基酸，不易形成氫鍵，故不易形成上述形成氫

37、鍵，故不易形成上述-螺旋；甘氨酸螺旋；甘氨酸的的R基為基為H，空間占位很小，也會(huì)影響該處，空間占位很小，也會(huì)影響該處螺旋的穩(wěn)定。螺旋的穩(wěn)定。 折疊結(jié)構(gòu)（折疊結(jié)構(gòu)（ pleated）Astbury等人曾對(duì)等人曾對(duì)-角蛋白進(jìn)行角蛋白進(jìn)行X線衍射分析，線衍射分析，發(fā)現(xiàn)具有發(fā)現(xiàn)具有0.7nm的重復(fù)單位。的重復(fù)單位。如將毛發(fā)如將毛發(fā)-角蛋白在濕熱條件下拉伸，可拉長(zhǎng)角蛋白在濕熱條件下拉伸，可拉長(zhǎng)到原長(zhǎng)二倍，這種到原長(zhǎng)二倍，這種-螺旋的螺旋的X線衍射圖可改線衍射圖可改變?yōu)榕c變?yōu)榕c-角蛋白類似的衍射圖。說(shuō)明角蛋白類似的衍射圖。說(shuō)明-角蛋角蛋白中的結(jié)構(gòu)和白中的結(jié)構(gòu)和-螺旋拉長(zhǎng)伸展后結(jié)構(gòu)相同。螺旋拉長(zhǎng)伸展后結(jié)構(gòu)相

38、同。 折疊也稱折疊也稱-片層（片層（pleated sheet） conformation)是由兩條或多條幾乎完全伸是由兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈側(cè)向通過(guò)氫鍵連接在一起，相鄰展的多肽鏈側(cè)向通過(guò)氫鍵連接在一起，相鄰兩肽鏈以相同或相反方向平行排列成片狀。兩肽鏈以相同或相反方向平行排列成片狀。 -片層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：片層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：肽鏈處于相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，肽鏈平面之間折肽鏈處于相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，肽鏈平面之間折疊成鋸齒狀。每個(gè)疊成鋸齒狀。每個(gè)AA殘基伸展的長(zhǎng)度為殘基伸展的長(zhǎng)度為0.35，AA殘基的殘基的R側(cè)鏈伸出在鋸齒的上方或下方。側(cè)鏈伸出在鋸齒的上方或下方。依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的依靠?jī)蓷l肽

39、鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的C=O與另一條的與另一條的-NH基之間形成氫鍵，使構(gòu)基之間形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。象穩(wěn)定。兩段肽鏈可以是平行的或是反平行的。兩段肽鏈可以是平行的或是反平行的。平行的平行的-片層結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)殘基的間距為片層結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)殘基的間距為0.65nm；反平行的；反平行的-片層結(jié)構(gòu)，則間距為片層結(jié)構(gòu)，則間距為0.7nm。反平行結(jié)構(gòu)反平行結(jié)構(gòu)平行結(jié)構(gòu)平行結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（ turn）也稱也稱彎曲彎曲(bend)、回折、回折(reverse turn)或發(fā)或發(fā)夾結(jié)構(gòu)夾結(jié)構(gòu)(hairpin structure)，是指肽鏈出現(xiàn)的，是指肽鏈出現(xiàn)的180回折，由彎曲處的第一個(gè)回折，由彎曲處的

40、第一個(gè)AA殘基的殘基的-C=O與第四個(gè)與第四個(gè)AA殘基的殘基的-NH之間形成氫鍵之間形成氫鍵(41氫鍵氫鍵)。產(chǎn)生一種不很穩(wěn)定的環(huán)形結(jié)構(gòu)。產(chǎn)生一種不很穩(wěn)定的環(huán)形結(jié)構(gòu)。無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲沒(méi)有確定規(guī)律性的部分肽鏈構(gòu)象，肽鏈中肽沒(méi)有確定規(guī)律性的部分肽鏈構(gòu)象，肽鏈中肽鍵平面不規(guī)則排列，屬于松散的無(wú)規(guī)卷曲鍵平面不規(guī)則排列，屬于松散的無(wú)規(guī)卷曲(random coil)。頭發(fā)的結(jié)構(gòu)頭發(fā)的結(jié)構(gòu)燙發(fā)的生化過(guò)程燙發(fā)的生化過(guò)程蛋白質(zhì)的一，二，三，四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一，二，三，四級(jí)結(jié)構(gòu)2.3.3 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)2.3.3.1 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)域超

41、二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域都是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域都是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)層次。構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)層次。超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)(super-secondary structure)超二級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈內(nèi)順序上相互鄰近的若干超二級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈內(nèi)順序上相互鄰近的若干二級(jí)結(jié)構(gòu)單元常在空間折疊中靠近，相互作二級(jí)結(jié)構(gòu)單元常在空間折疊中靠近，相互作用形成規(guī)則的結(jié)構(gòu)組合體用形成規(guī)則的結(jié)構(gòu)組合體(combination) ，充，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。己知的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有己知的超二級(jí)結(jié)構(gòu)有3種基本組合形式：種基本組合形式：螺旋螺旋組合組合()；折疊組合折疊組合()和和螺旋

42、螺旋折疊組折疊組合合() ，其中，其中組合最常見(jiàn)。它們可直接組合最常見(jiàn)。它們可直接作為三級(jí)結(jié)構(gòu)的作為三級(jí)結(jié)構(gòu)的“建筑塊建筑塊”或結(jié)構(gòu)域的組成或結(jié)構(gòu)域的組成單位，是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)單位，是蛋白質(zhì)構(gòu)象中二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的一個(gè)層次。之間的一個(gè)層次。 由二股或三股右手由二股或三股右手 -螺旋彼此纏繞而成的螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋左手超螺旋(superhelix)，存在于，存在于 -角蛋白、角蛋白、肌球蛋白和纖維蛋白中。肌球蛋白和纖維蛋白中。 由兩段或三段平行由兩段或三段平行折疊鏈（單股鏈）和折疊鏈（單股鏈）和一段連結(jié)鏈組成，連結(jié)鏈為一段連結(jié)鏈組成，連結(jié)鏈為 -螺旋或無(wú)規(guī)則螺旋或

43、無(wú)規(guī)則卷曲。最常見(jiàn)的卷曲。最常見(jiàn)的 組合是由三段平行式的組合是由三段平行式的折疊鏈和二段折疊鏈和二段 -螺旋鏈構(gòu)成，稱為螺旋鏈構(gòu)成，稱為Rossmann折疊折疊(Rossmann fold)。是由幾段平行的是由幾段平行的折疊鏈連結(jié)而成，有折疊鏈連結(jié)而成，有曲折和回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩種類型。曲折和回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)兩種類型。 幾種超二級(jí)結(jié)構(gòu)幾種超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域(domain)在較大的球狀蛋白質(zhì)分子中，由于多肽鏈上相在較大的球狀蛋白質(zhì)分子中，由于多肽鏈上相鄰的超二級(jí)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，形成幾個(gè)緊密球鄰的超二級(jí)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，形成幾個(gè)緊密球狀構(gòu)象，彼此以松散的肽鏈相連，此球狀構(gòu)狀構(gòu)象，彼此以松散的肽鏈相連，此球狀

44、構(gòu)象就是結(jié)構(gòu)域。象就是結(jié)構(gòu)域。每個(gè)結(jié)構(gòu)域一般約由每個(gè)結(jié)構(gòu)域一般約由100-200個(gè)氨基酸殘基組個(gè)氨基酸殘基組成，各有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)不同的生成，各有獨(dú)特的空間構(gòu)象，并承擔(dān)不同的生物學(xué)功能。結(jié)構(gòu)域是多肽鏈的折疊單位，多物學(xué)功能。結(jié)構(gòu)域是多肽鏈的折疊單位，多肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域的締合，小分肽鏈折疊的最后一步是結(jié)構(gòu)域的締合，小分子蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是同一個(gè)子蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是同一個(gè)意思。意思。 如免疫球蛋白如免疫球蛋白(IgG)由由12個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，其中個(gè)結(jié)構(gòu)域組成，其中兩個(gè)輕鏈上各有兩個(gè)輕鏈上各有2個(gè)，兩個(gè)重鏈上各有個(gè)，兩個(gè)重鏈上各有4個(gè)；個(gè)；補(bǔ)體結(jié)合部位與抗原結(jié)

45、合部位處于不同的結(jié)補(bǔ)體結(jié)合部位與抗原結(jié)合部位處于不同的結(jié)構(gòu)域。構(gòu)域。2.3.3.2 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)是多蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽鏈在各種二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)側(cè)鏈基團(tuán)基礎(chǔ)上，通過(guò)側(cè)鏈基團(tuán)的相互作用，借助次級(jí)的相互作用，借助次級(jí)鍵維系，進(jìn)一步盤繞折鍵維系，進(jìn)一步盤繞折疊形成具有一定規(guī)律的疊形成具有一定規(guī)律的三維空間結(jié)構(gòu)。三維空間結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要是次級(jí)鍵，包括：穩(wěn)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要是次級(jí)鍵，包括：氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力等。氫鍵、疏水鍵、鹽鍵以及范德華力等。這些次級(jí)鍵可存在于一級(jí)結(jié)構(gòu)序號(hào)相隔很遠(yuǎn)這些次級(jí)鍵可存在于一級(jí)結(jié)構(gòu)序號(hào)

46、相隔很遠(yuǎn)的氨基酸殘基的的氨基酸殘基的R基團(tuán)之間，因此蛋白質(zhì)的基團(tuán)之間，因此蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。三級(jí)結(jié)構(gòu)主要指氨基酸殘基的側(cè)鏈間的結(jié)合。因此，三級(jí)結(jié)構(gòu)是由多肽鏈的因此，三級(jí)結(jié)構(gòu)是由多肽鏈的AA順序決定順序決定的。的。次級(jí)鍵都是非共價(jià)鍵，易受環(huán)境中次級(jí)鍵都是非共價(jià)鍵，易受環(huán)境中pH、溫度、溫度、離子強(qiáng)度等的影響，有變動(dòng)的可能性。二硫離子強(qiáng)度等的影響，有變動(dòng)的可能性。二硫鍵不屬于次級(jí)鍵，但在某些肽鏈中能使遠(yuǎn)隔鍵不屬于次級(jí)鍵，但在某些肽鏈中能使遠(yuǎn)隔的二個(gè)肽段聯(lián)系在一起，這對(duì)于蛋白質(zhì)三級(jí)的二個(gè)肽段聯(lián)系在一起，這對(duì)于蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上起著重要作用。

47、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子主鏈折疊盤蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子主鏈折疊盤曲形成構(gòu)象的基礎(chǔ)上，分子中的各個(gè)側(cè)鏈所曲形成構(gòu)象的基礎(chǔ)上，分子中的各個(gè)側(cè)鏈所形成一定的構(gòu)象。側(cè)鏈構(gòu)象主要是形成結(jié)構(gòu)形成一定的構(gòu)象。側(cè)鏈構(gòu)象主要是形成結(jié)構(gòu)域。球狀蛋白質(zhì)的很多親水側(cè)鏈形成親水區(qū)，域。球狀蛋白質(zhì)的很多親水側(cè)鏈形成親水區(qū)，主要分布在蛋白質(zhì)分子表面；由疏水側(cè)鏈集主要分布在蛋白質(zhì)分子表面；由疏水側(cè)鏈集中構(gòu)成疏水區(qū)，多在分子內(nèi)部，疏水區(qū)常形中構(gòu)成疏水區(qū)，多在分子內(nèi)部，疏水區(qū)常形成一些成一些“洞穴洞穴”或或“口袋口袋”，某些輔基就鑲，某些輔基就鑲嵌其中，成為活性部位。嵌其中，成為活性部位。具備三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)有細(xì)

48、長(zhǎng)型的纖維狀蛋白具備三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)有細(xì)長(zhǎng)型的纖維狀蛋白質(zhì)質(zhì)(fibrous protein)，如絲心蛋白；基本上呈，如絲心蛋白；基本上呈球形的球狀蛋白質(zhì)球形的球狀蛋白質(zhì)(globular protein)，如血，如血漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白。漿清蛋白、球蛋白、肌紅蛋白。球狀蛋白的疏水基多聚集在分子的內(nèi)部，而親球狀蛋白的疏水基多聚集在分子的內(nèi)部，而親水基則多分布在分子表面，因而球狀蛋白質(zhì)水基則多分布在分子表面，因而球狀蛋白質(zhì)是親水的，更重要的是，多肽鏈經(jīng)過(guò)如此盤是親水的，更重要的是，多肽鏈經(jīng)過(guò)如此盤曲后，可形成某些發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)曲后，可形成某些發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域，例如酶的活性中

49、心等。域，例如酶的活性中心等。肌紅蛋白和丙糖磷酸異構(gòu)酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)肌紅蛋白和丙糖磷酸異構(gòu)酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程2.3.4 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure )具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的幾條多肽鏈通過(guò)幾條多肽鏈通過(guò)次級(jí)鍵相互組合次級(jí)鍵相互組合而形成的特定構(gòu)而形成的特定構(gòu)象稱為蛋白質(zhì)的象稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)。(寡聚寡聚蛋白質(zhì)中各亞基蛋白質(zhì)中各亞基之間在空間上的之間在空間上的相互關(guān)系或結(jié)合相互關(guān)系或結(jié)合方式方式)。亞基亞基(subunit、單體、單體)：四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中的每一：四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)中的每一個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽

50、鏈稱為亞基個(gè)具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈稱為亞基(subunit)或或亞單位、單體亞單位、單體(monomer)。四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指亞基的立體排布、相互作用及接四級(jí)結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指亞基的立體排布、相互作用及接觸部位的布局。亞基之間不含共價(jià)鍵，亞基間次級(jí)觸部位的布局。亞基之間不含共價(jià)鍵，亞基間次級(jí)鍵的結(jié)合比二、三級(jí)結(jié)構(gòu)疏松，因此在一定的條件鍵的結(jié)合比二、三級(jí)結(jié)構(gòu)疏松，因此在一定的條件下，四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)可分離為其組成的亞基，而下，四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)可分離為其組成的亞基，而亞基本身構(gòu)象仍可不變。亞基本身構(gòu)象仍可不變。亞基單獨(dú)存在時(shí)無(wú)生物活性或活性很低，只有聚合成亞基單獨(dú)存在時(shí)無(wú)生物活性或活性很低，只有聚合

51、成特定的四級(jí)結(jié)構(gòu)才具有完整的生物活性。特定的四級(jí)結(jié)構(gòu)才具有完整的生物活性。一種蛋白質(zhì)中亞基結(jié)構(gòu)可相同（均一），也可一種蛋白質(zhì)中亞基結(jié)構(gòu)可相同（均一），也可不同（不均一）。不同（不均一）。如煙草斑紋病毒的外殼蛋白是由如煙草斑紋病毒的外殼蛋白是由2200個(gè)相同的個(gè)相同的亞基形成的多聚體；正常人血紅蛋白亞基形成的多聚體；正常人血紅蛋白A是是2個(gè)個(gè)亞基與亞基與2個(gè)個(gè)亞基形成的四聚體。亞基形成的四聚體。單體蛋白質(zhì)（單體蛋白質(zhì)（monomer protein）：無(wú)四級(jí)結(jié)）：無(wú)四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)稱單體蛋白，如：溶菌酶、肌紅構(gòu)的蛋白質(zhì)稱單體蛋白，如：溶菌酶、肌紅蛋白等。蛋白等。寡聚蛋白質(zhì)（寡聚蛋白質(zhì)（multi

52、meric protein）：由兩個(gè)或）：由兩個(gè)或多個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)稱寡聚蛋白（多體蛋多個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)稱寡聚蛋白（多體蛋白），如：血紅蛋白。白），如：血紅蛋白。血紅蛋白蛋白血紅蛋白蛋白血紅蛋白血紅蛋白某些蛋白質(zhì)分子可進(jìn)一步聚合成聚合體某些蛋白質(zhì)分子可進(jìn)一步聚合成聚合體(polymer)。聚合體中的重復(fù)單位稱為單體。聚合體中的重復(fù)單位稱為單體(monomer)，聚合體可按其中所含單體的數(shù)，聚合體可按其中所含單體的數(shù)量不同而分為二聚體、三聚體量不同而分為二聚體、三聚體寡聚體寡聚體(oligomer)和多聚體和多聚體(polymer)而存在，如胰而存在，如胰島素島素(insulin)在體內(nèi)可形

53、成二聚體及六聚體。在體內(nèi)可形成二聚體及六聚體。煙草花葉病毒煙草花葉病毒球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的形成：多肽鏈的主鏈?zhǔn)浊驙畹鞍踪|(zhì)三維結(jié)構(gòu)的形成：多肽鏈的主鏈?zhǔn)紫日郫B成一系列二級(jí)結(jié)構(gòu)，相鄰的構(gòu)象單元先折疊成一系列二級(jí)結(jié)構(gòu)，相鄰的構(gòu)象單元隨即組合成規(guī)則的超二級(jí)結(jié)構(gòu)，若干超二級(jí)隨即組合成規(guī)則的超二級(jí)結(jié)構(gòu)，若干超二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步盤旋產(chǎn)生結(jié)構(gòu)域，兩個(gè)或多個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步盤旋產(chǎn)生結(jié)構(gòu)域，兩個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)域形成具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基，若干亞構(gòu)域形成具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的亞基，若干亞基組裝成具有特定四級(jí)結(jié)構(gòu)的寡聚體。基組裝成具有特定四級(jí)結(jié)構(gòu)的寡聚體。2.4 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)系蛋白質(zhì)的順序異構(gòu)現(xiàn)象是蛋白

54、質(zhì)生物功能多樣蛋白質(zhì)的順序異構(gòu)現(xiàn)象是蛋白質(zhì)生物功能多樣性和種屬特異性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，如一個(gè)由性和種屬特異性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，如一個(gè)由20種種氨基酸組成的氨基酸組成的20肽，有肽，有21018種順序異構(gòu)體。種順序異構(gòu)體。2.4.1 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，特定的空蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，特定的空間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中肽鏈和側(cè)鏈間構(gòu)象主要是由蛋白質(zhì)分子中肽鏈和側(cè)鏈R基團(tuán)形成的次級(jí)鍵來(lái)維持，蛋白質(zhì)的多肽鏈基團(tuán)形成的次級(jí)鍵來(lái)維持，蛋白質(zhì)的多肽鏈在體內(nèi)被合成后，即可根據(jù)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)在體內(nèi)被合成后，即可根據(jù)一級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)自然折疊和盤曲

55、，形成一定的空間構(gòu)象。自然折疊和盤曲，形成一定的空間構(gòu)象。 因此，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了它的二級(jí)、三因此，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了它的二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)，即由一級(jí)結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)地發(fā)展到二、級(jí)結(jié)構(gòu)，即由一級(jí)結(jié)構(gòu)可以自動(dòng)地發(fā)展到二、三級(jí)結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)。 一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其基本構(gòu)象及功能也相似。一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其基本構(gòu)象及功能也相似。胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分胰島素分子中氨基酸殘基的差異部分 2.4.1.1 一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化同源蛋白質(zhì)同源蛋白質(zhì)(homologous protein)的種屬差異與的種屬差異與生物進(jìn)化生物進(jìn)化 同源蛋白質(zhì)是指在不同有機(jī)體

56、中實(shí)現(xiàn)同一功能同源蛋白質(zhì)是指在不同有機(jī)體中實(shí)現(xiàn)同一功能的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)(如血紅蛋白如血紅蛋白)。同源蛋白質(zhì)的氨基酸順序中有許多位置的氨基同源蛋白質(zhì)的氨基酸順序中有許多位置的氨基酸對(duì)所有的種屬是相同的，稱不變殘基酸對(duì)所有的種屬是相同的，稱不變殘基(invariant residue)；而其它位置的氨基酸對(duì)；而其它位置的氨基酸對(duì)不同的種屬有相當(dāng)大的變化，稱可變殘基不同的種屬有相當(dāng)大的變化，稱可變殘基(variable residue)；同源蛋白質(zhì)的氨基酸順；同源蛋白質(zhì)的氨基酸順序中這樣的相似性稱為順序同源序中這樣的相似性稱為順序同源(sequence homology)。不同種屬來(lái)源的細(xì)胞不同種屬

57、來(lái)源的細(xì)胞色素色素c (cytochrome c)中，可以變換的中，可以變換的氨基酸殘基數(shù)目與氨基酸殘基數(shù)目與這些種屬在系統(tǒng)發(fā)這些種屬在系統(tǒng)發(fā)生上的位置有密切生上的位置有密切關(guān)系，即在進(jìn)化位關(guān)系，即在進(jìn)化位置上相距愈遠(yuǎn)，則置上相距愈遠(yuǎn)，則氨基酸順序之間的氨基酸順序之間的差別愈大。差別愈大。CytC分子中分子中Aa殘基的差異數(shù)目及分歧時(shí)間殘基的差異數(shù)目及分歧時(shí)間 2.4.1.2 一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子病一級(jí)結(jié)構(gòu)的變異與分子病在蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，參與功能活性部位的在蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中，參與功能活性部位的殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的殘基，即使殘基或處于特定構(gòu)象關(guān)鍵部位的殘基，即使在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)

58、殘基的異常，該蛋白在整個(gè)分子中發(fā)生一個(gè)殘基的異常，該蛋白質(zhì)的功能也會(huì)受到明顯的影響。質(zhì)的功能也會(huì)受到明顯的影響。被稱之為被稱之為“分子病分子病”的鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血僅的鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血僅僅是僅是574個(gè)氨基酸殘基中，一個(gè)氨基酸殘基個(gè)氨基酸殘基中，一個(gè)氨基酸殘基改變所造成的。改變所造成的。 血紅蛋白血紅蛋白亞基亞基N端的第端的第6號(hào)氨基酸殘基發(fā)生了變異，號(hào)氨基酸殘基發(fā)生了變異，它變異來(lái)源于基因上遺傳信息的突變。它變異來(lái)源于基因上遺傳信息的突變。2.4.1.3 一級(jí)結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)激活一級(jí)結(jié)構(gòu)的局部斷裂與蛋白質(zhì)激活動(dòng)物體內(nèi)的某些生化反應(yīng)中，蛋白質(zhì)分子的部動(dòng)物體內(nèi)的某些生化反應(yīng)中，蛋白質(zhì)分子

59、的部分肽鏈必須先按特定的方式斷裂，然后才呈分肽鏈必須先按特定的方式斷裂，然后才呈現(xiàn)生物活性。現(xiàn)生物活性。血液凝固的生物化學(xué)血液凝固的生物化學(xué)血液凝固是一系列復(fù)雜的生化過(guò)程，一是血漿血液凝固是一系列復(fù)雜的生化過(guò)程，一是血漿中的凝血酶原受到血漿和血小板中一些因子中的凝血酶原受到血漿和血小板中一些因子的激活而形成凝血酶（的激活而形成凝血酶（thrombin）；二是血）；二是血漿中的纖維蛋白原在凝血酶的激活下轉(zhuǎn)變?yōu)闈{中的纖維蛋白原在凝血酶的激活下轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄岳w維蛋白（不溶性纖維蛋白（fibrin）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使血）網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使血液變成凝膠。液變成凝膠。凝血系統(tǒng)有保護(hù)機(jī)體的作用，同時(shí)血液中還存凝血系統(tǒng)有保

60、護(hù)機(jī)體的作用，同時(shí)血液中還存在另一個(gè)防止凝血堵塞血管的系統(tǒng)，即纖維在另一個(gè)防止凝血堵塞血管的系統(tǒng)，即纖維蛋白溶酶原，被激活后轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維蛋白溶酶蛋白溶酶原，被激活后轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維蛋白溶酶(fibrinolysin或或plasmin)，它的作用是使纖維，它的作用是使纖維蛋白溶解。上面這三個(gè)激活過(guò)程都是專一性蛋白溶解。上面這三個(gè)激活過(guò)程都是專一性很高的一級(jí)結(jié)構(gòu)的局部水解作用。肽鏈的局很高的一級(jí)結(jié)構(gòu)的局部水解作用。肽鏈的局部斷裂導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的出現(xiàn)。部斷裂導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物功能的出現(xiàn)。胰島素原的激活胰島素原的激活胰島素是在胰島的胰島素是在胰島的 -細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核糖體(ribosome)上