《生物化學(xué)》蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)

1、第一單元 蛋白質(zhì)化學(xué)第三章 氨基酸第四章 蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)第五章 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)第六章 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第七章 蛋白質(zhì)的分離、純化和表征第4章 蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)（P157)一、蛋白質(zhì)通論二、肽三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定四、蛋白質(zhì)的氨基酸序列與生物功能五、肽與蛋白質(zhì)的人工合成 (一)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類（二）蛋白質(zhì)的形狀和大?。ㄈ┑鞍踪|(zhì)構(gòu)象和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次（四）蛋白質(zhì)功能的多樣性一、蛋白質(zhì)通論（一）蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類(P157)N 16%O 23%C 50%H 7% 蛋白質(zhì)含 C 50% H 7% O 23% N 16% S 0-3% 其他微量 蛋白質(zhì)含氮量平均為16%，生化

2、上以此作為蛋白質(zhì)的定量分析方法，稱凱氏定氮法。 計算公式： 蛋白質(zhì)含量=蛋白氮6.25有些蛋白質(zhì)還含有微量的P、Fe、Zn、Cu、Mo、I等元素。1、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成 蛋白質(zhì)根據(jù)其所含化學(xué)成分可分為單純蛋白和綴合蛋白。單純蛋白： 僅由20種氨基酸組成，而不含其它化學(xué)成分的蛋白質(zhì)，稱單純蛋白（simple protein）。綴合蛋白： 除了含有由氨基酸組成的蛋白質(zhì)部分外，其它各種化學(xué)成分也作為其結(jié)構(gòu)的一部分，這樣的蛋白質(zhì)稱為綴合蛋白（conjugated protein ）。 這些非蛋白部分稱為 輔基(prosthetic group)或配體(ligand)。2、蛋白質(zhì)的分類單純蛋白可根據(jù)其物理

3、性質(zhì)如溶解度進行分類. 例如：清蛋白，球蛋白等。綴合蛋白可以按其非氨基酸成分進行分類. 例如：糖蛋白，脂蛋白，核蛋白等。（二）蛋白質(zhì)的形狀和大?。≒158） 蛋白質(zhì)根據(jù)形狀和溶解度的不同大體可分為三類: 1、纖維狀蛋白質(zhì)（fibrous protein）(形狀) 2、球狀蛋白質(zhì)（globular protein）(形狀) 3、膜蛋白（membrane protein）(溶解度)（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象和 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次(P160) 1、蛋白質(zhì)的構(gòu)象 1）構(gòu)型：指在具有相同結(jié)構(gòu)式的立體異構(gòu)體中取代基團在空間的相對取向，例如，L-Ala與D-Ala。不同構(gòu)型如果沒有共價鍵的斷裂是不能互變的。 2）構(gòu)

4、象：具有相同結(jié)構(gòu)式和相同構(gòu)型的分子在空間里可能的多種形態(tài)，構(gòu)象形態(tài)的改變不涉及共價鍵的斷裂。構(gòu)型：具有相同結(jié)構(gòu)式的立體異構(gòu)體中取代基團在空間的相對取向。構(gòu)象：具有相同結(jié)構(gòu)式和相同構(gòu)型的分子在空間里可能的多種形態(tài)。 2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次 一級結(jié)構(gòu)（primary structure） 多肽鏈中的氨基酸排列順序。 二級結(jié)構(gòu)（secondary structure） 多肽鏈借助氫鍵排列成自己特有的螺旋和折疊股片斷。 三級結(jié)構(gòu)（tertiary structure） 指多肽鏈借助各種非共價鍵彎曲、折疊成具有特定走向的緊密球狀構(gòu)象。 四級結(jié)構(gòu)（quaternary structure） 是指寡聚蛋白

5、質(zhì)中各亞基之間在空間上的相互關(guān)系和結(jié)合方式。血紅蛋白結(jié)構(gòu)的組織層次一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu) 多肽鏈中的氨基酸排列順序。 多肽鏈借助氫鍵排列成自己特有的螺旋和折疊股片斷。 多肽鏈借助各種非共價鍵彎曲、折疊成具有特定走向的緊密球狀構(gòu)象。 寡聚蛋白質(zhì)中各亞基之間在空間上的相互關(guān)系和結(jié)合方式。(四) 蛋白質(zhì)功能的多樣性（P160）蛋白質(zhì)是構(gòu)成生命體的主要化學(xué)物質(zhì)。 生命活動所需要的許多小分子物質(zhì)和離子，它們的運輸均由蛋白質(zhì)來完成。 1、催化-酶 2、調(diào)節(jié)-調(diào)節(jié)蛋白 如胰腺蘭氏小島及-細 胞分泌的胰島素 3、轉(zhuǎn)運-血紅蛋白、血清清蛋白、膜轉(zhuǎn)運蛋白 4、貯存-卵清蛋白 、酪蛋白(四) 蛋白質(zhì)功能的

6、多樣性（P160）蛋白質(zhì)是構(gòu)成生命體的主要化學(xué)物質(zhì)。 生命活動所需要的許多小分子物質(zhì)和離子，它們的運輸均由蛋白質(zhì)來完成。5、運動-肌動蛋白，動力蛋白6、結(jié)構(gòu)成分-結(jié)構(gòu)蛋白7、支架作用-接頭蛋白8、防御和進攻-免疫球蛋白9、異常功能-節(jié)肢彈性蛋白 (一）肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)（二）肽的物理和化學(xué)性質(zhì)（三）天然存在的活性肽二、肽（P163）CONCHR+H3NCHRCOO-H（一）肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)（P163）肽鍵是一種共價鍵，它是由兩個氨基酸脫水縮合形成的,蛋白質(zhì)是由許多氨基酸通過肽鍵連結(jié)形成的生物大分子。英文肽鍵CONCHR+1H3NCHRCOO-1HPeptide Bond Peptide Bond i

7、s the covalent（共價） bond that is formed when 2 amino acids are joined together to form the polymer of protein.中文Peptide (Amide) Bonds Condensation（縮合） reactions between the carboxyl group of one amino acid and the amino group of a second amino acid result in C-N bond formation.NH2CCOHOHHNH2CCOHCH3HO+

8、glycineGlyD-alanineAlaPeptide (Amide) BondsCondensation reactions between the carboxyl group of one amino acid and the amino group of a second amino acid result in C-N bond formation.NH2CCOHOHHNH2CCOHCH3HO+- H2OPeptide (Amide) BondsCondensation reactions between the carboxyl group of one amino acid

9、and the amino group of a second amino acid result in C-N bond formation.NH2CCOHHNHCCOHCH3HO肽鍵氨基酸通過肽鍵連接起來的化合物稱為肽（peptide）由兩個氨基酸縮合形成的稱二肽，以此類推可形成三肽，四肽，許多氨基酸縮合形成多肽（poly peptides）氨基酸之間通過肽鍵連接形成的鏈稱肽鏈。肽鏈中有游離氨基的氨基酸一端稱N端或氨基端；有游離羧基的氨基酸一端稱C端或羧基端，肽鏈中間的氨基酸稱氨基酸殘基。（二）肽的物理和化學(xué)性質(zhì)(P165) 肽的化學(xué)性質(zhì)與氨基酸相似，如兩性解離，等電點等，但是含有兩個或兩

10、個以上肽鍵的肽都有一種特殊的雙縮脲反應(yīng)，而氨基酸則無，這一反應(yīng)可用于肽和蛋白質(zhì)的定性、定量分析。 2 尿素 雙縮脲 NaOH+Cu(SO4) 紫紅色 (三)天然存在的活性肽(P167)1、催產(chǎn)素和加壓素 2、抗生素3、腦啡肽 (Tyr-Gly-Gly-Phe-Met)4、某些蕈產(chǎn)生的毒素（環(huán)形八肽,P168） 5、谷胱甘肽（GSH, P168 ）6、鵝肌肽和肌肽(二肽)-鵝膏蕈堿（環(huán)形八肽,P168）谷胱甘肽還原型氧化型2GSHGSSGOxidation-2H+ -2e-+2H +2e-Reduction谷胱甘肽2 GluCysGlySHGluGluCysCysGlyGlySS還原型氧化型-2

11、H+2H還原型 谷胱甘肽氧化型 氧化型谷胱甘肽催產(chǎn)素加壓素催產(chǎn)素簡式具有催產(chǎn)等作用加壓素簡式具有升高血壓等作用三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定(P168) (一) 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)（二）N-末端和C-末端氨基酸殘基的鑒定（三）二硫橋的斷裂（四）氨基酸組成的分析（五）多肽鏈的部分裂解和肽段混合物分離純化三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定 (六)肽段氨基酸序列的測定 (七)肽段在多肽鏈中次序的確定 (八)二硫橋位置的確定 (九)蛋白質(zhì)測序舉例 (十)蛋白質(zhì)序列數(shù)據(jù)庫1.氨基酸在蛋白質(zhì)多肽鏈中的排列順序2.肽鍵是蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)鍵RHCCON蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)胰島素的一級結(jié)構(gòu)圖（二）N-末端和C-末端 氨基酸殘基的

12、鑒定1、N-末端分析 主要方法： 1）2,4-二硝基氟苯（DNFB或FDNB）法 2）丹磺酰氯（DNS）法 3）苯異硫氰酸酯（PITC）法 4）氨肽酶法2、C-末端分析法主要方法： 1）肼解法 2）還原法 3）羧肽酶法肼解法肼解法： 這是測定C-末端最常用的方法。將多肽溶于無水肼中，100下進行反應(yīng)，結(jié)果羧基末端氨基酸以游離氨基酸狀釋放，而其余肽鏈部分與肼生成氨基酸肼。NH2CHCO-(NHCHCO)n-NHCHCOOH + NH2NH2RRR(n-1)NH2CHCO-NHNH2 + NH2CHCOOHRR多肽肼各種氨基酸肼羧基末端氨基酸無水（三）二硫橋的斷裂斷裂二硫橋的方法有多種，但歸結(jié)起來

13、主要有兩種：1、氧化法：常用試劑為過甲酸。2、還原法：常用試劑為巰基化合物，如巰基乙醇。（四）氨基酸組成的分析待樣品完全水解，用氨基酸分析儀進行測定。用于蛋白質(zhì)的氨基酸組成分析的水解方法主要是酸水解，堿水解，酶水解。（1）酸水解常用HCl 或H2SO4進行水解。方法：一般用6mol/L HCl，或4mol/L H2SO4 ，105oC 回流煮沸24h左右可使蛋白質(zhì)完全水解。優(yōu)點： 不引起消旋作用，得到的是L-氨基酸。缺點： 色氨酸完全被沸酸所破壞。羥基氨基酸有一小部分被分解，天冬酰氨，谷氨酰胺的酰胺基被水解下來。（2）堿水解 方法： 一般與5mol/L NaOH共煮10-20h，即可使蛋白質(zhì)完

14、全水解。 優(yōu)點： 色氨酸在堿性條件下穩(wěn)定。 缺點： 水解過程中多數(shù)氨基酸遭到不同程度的破壞，并且產(chǎn)生消旋現(xiàn)象，所得的產(chǎn)物是D-和L-氨基酸的混合物，稱消旋物。此外，精氨酸脫氨，生成鳥氨酸(P129)和尿素。（3）酶水解優(yōu)點： 不產(chǎn)生消旋現(xiàn)象，也不破壞氨基酸。缺點： 水解不徹底，需幾種酶協(xié)調(diào)作用才能徹底水解蛋白質(zhì)。常用蛋白酶： 胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶（糜蛋白酶）及胃蛋白酶等。（五）多肽鏈的部分裂解和 肽段混合物的分離純化裂解時要求：斷裂點少，專一性強，反應(yīng)產(chǎn)率高。1、酶裂解法 （1）胰蛋白酶（trypsin） （2）胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）2、化學(xué)裂解法 主要用溴化氰斷裂NHCH

15、COR1NHCHCOR2當R1為甲硫氨酸時，可用溴化氰斷裂裂解后，分離各不同肽段。（六）肽段氨基酸序列的測定 主要使用Edman化學(xué)降解法，此外還有酶降解法、質(zhì)譜法和氣譜-質(zhì)譜聯(lián)用法等。(七)肽段在多肽鏈中次序的確定 一級結(jié)構(gòu)的測定多半用小片段重疊的原理，即用兩種或兩種以上不同的方法將蛋白質(zhì)多肽鏈水解，各自得到一系列肽段，然后將這些肽段分離純化，分別測定這些肽段的氨基酸序列，最后比較這些肽段之間的重疊關(guān)系，從而推出整個蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序。（見例題）例1 Thr-Asp-Phe-Lys -Ala-Ala-Trp-Gly-Lys 例2：一個九肽，用胰酶水解得： Ala-Ala-Trp-G

16、ly-Lys （A） Thr-Asp-Phe-Lys （B） 用胰凝乳蛋白酶水解得： Lys-Ala-Ala-Trp （1） Thr-Asp-Phe （2） Gly-Lys （3） 由以上兩套水解方案可知該九肽的氨基酸順序為：(八)二硫橋位置的確定 一般采用胃蛋白酶水解原來含有二硫鍵的蛋白質(zhì)，得到“工”字肽，然后將“工”字肽片斷的二硫鍵打開，測定其氨基酸順序，再與測定好的原多肽鏈的氨基酸順序進行對照，確定二硫鍵的位置。ss四、蛋白質(zhì)的氨基酸序列 與生物功能(P181) (一)同源蛋白質(zhì)的物種差異與生物進化 (二)同源蛋白質(zhì)具有共同的進化起源 (三)血液凝固與氨基酸序列的局部斷裂 同源蛋白質(zhì)的 物種差異與生物進化 1、同源蛋白質(zhì) 在不同生物體中行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)稱同源蛋白質(zhì)，例如各種脊椎動物中的氧轉(zhuǎn)運蛋白血紅蛋白。 同源蛋白質(zhì)一般具有幾乎相同長度的多肽鏈，而且它們的氨基酸序列有許多位置都是相同不變的。血紅蛋白2、細胞色素C 細胞色素C是一種含血紅素的電子轉(zhuǎn)運蛋白，是呼吸鏈中的組成成員之一，它存在于所有真核生物的線粒體中。細胞色素C的研究提供了同源性的最好例子。 血紅素結(jié)構(gòu)見P254.血紅素 細胞色素C由一百零幾個氨基酸構(gòu)成，40多個物種細胞色素C分析表明，多肽鏈中有28個位置上氨基酸是相同不變的。血紅