生物化學(xué)-01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件

生物化學(xué)第01章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能臨床5年制第7版生物化學(xué)第01章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能臨床5年制第71蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFunctionofProtein蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFunc2分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：占人體干重的45％，某些組織，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分(結(jié)構(gòu)蛋白)ProteinderivesfromGreekprotos，meaning“first”or“foremost”.分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.31）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)與支持作用6）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(功能蛋白)3.氧化供能1）作為生物催化劑（酶）2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能(功4病例：老年癡呆癥

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化引起疾病記憶力明顯減退，經(jīng)常忘記剛剛說(shuō)過(guò)的話或做過(guò)的事，對(duì)于熟悉的人或物品，不能回憶其名稱。語(yǔ)言不流暢，經(jīng)常間斷，與人交流困難。睡眠欠佳，表情淡漠，反應(yīng)遲鈍。里根撒切爾病例：老年癡呆癥記憶力明顯減退，經(jīng)常忘記剛剛說(shuō)過(guò)的話或做過(guò)的5生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件6什么是蛋白質(zhì)?

蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸通過(guò)肽7蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularCompone8組成蛋白質(zhì)的元素：主要有C、H、O、N和S。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

。蛋白質(zhì)分子組成：組成蛋白質(zhì)的元素：主要有C、H、O、N和S。蛋白質(zhì)分子組成：9

蛋白質(zhì)的含氮量平均為16％。體內(nèi)含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，測(cè)定生物樣品含氮量，可根據(jù)以下公式推算蛋白質(zhì)大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)：三氯氫胺事件蛋白質(zhì)的含氮量平均為16％。體內(nèi)含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，測(cè)10一、組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸均屬于

L-α-氨基酸自然界中氨基酸300余種，人體蛋白質(zhì)氨基酸20種，均屬

L-氨基酸（甘氨酸除外）。

COOH

COOH∣∣H2N－Cα－HH－Cα－NH2∣∣RRL-α-氨基酸D-α-氨基酸一、組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸均屬于

L-11H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-HH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H12非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)非極性脂肪族氨基酸二、氨基酸根據(jù)13(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于

非極性脂肪族氨基酸(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于14幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2幾種特殊氨基酸脯氨酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH15(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是

極性中性氨基酸(-OH、-SH、N2H）(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是16半胱氨酸

+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-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-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH17(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸TyrTrp(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是TyrTrp18(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是19(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸

(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸是堿性氨基酸(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于20三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)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處溶液的酸堿度。

等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)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)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)兩性解離及等電點(diǎn)氨基21pH=pIpH>pIpH<pI氨基酸的兼性離子陽(yáng)離子陰離子+OH-+H++OH-+H+pH=pIpH>pIpH<pI氨基酸的兼性離子陽(yáng)離子陰22pH=pIpH>pI-H++H+-H++H+pH<pI兼性離子A0

陽(yáng)離子A+陰離子A-K1=[A0][H+]/[A+]K2=[A-][H+]/[A0]K1K2A+→A0+H+A0→A-+H+pI=(pK1+pK2)/2pH=pIpH>pI-H++H+-H++H+pH<23（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大24四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈肽鍵(peptidebond)：由一個(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的酰氨鍵。（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽(peptide)

O

O

‖

‖

NH2-CH-C━OHHN━

CH-C━

OH

∣

∣

R1

R2

四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈肽鍵(peptide25+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵26蛋白質(zhì)肽：氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物二肽：兩分子氨基酸殘基縮合形成三肽：三分子氨基酸殘基縮合形成，……寡肽：十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連，(oligopeptide)多肽：由更多的氨基酸相連，(polypeptide)蛋白質(zhì)：51個(gè)氨基酸氨基酸殘基(residue):

肽鏈中的氨基酸分子;因?yàn)榘被崦撍s合使基團(tuán)不全。

O

O

O

‖

‖

‖

NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-COOH

∣

∣

∣

∣

R1

R2

R3

Rn蛋白質(zhì)肽：氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物二肽：兩分子氨基酸27多肽鏈(polypeptidechain)：

許多氨基酸通過(guò)肽鍵連接形成的鏈狀結(jié)構(gòu)。主鏈結(jié)構(gòu):

氨基酸殘基通過(guò)肽鍵連接而成的結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈結(jié)構(gòu)：氨基酸殘基R基團(tuán)結(jié)構(gòu)。氨基末端（N末端）：多肽鏈中有自由氨基的一端羧基末端（C末端）：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈方向性：從氨基末端走向羧基末端

O

O

O

‖

‖

‖

NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-COOH

∣

∣

∣

∣

R1

R2

R3

Rn多肽鏈(polypeptidechain)：主鏈結(jié)構(gòu):28N末端C末端牛核糖核酸酶N末端C末端牛核糖核酸酶29（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glut30GSH過(guò)氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH功能：GSH的巰基具有還原性：保護(hù)蛋白質(zhì)或酶分子的巰基免遭氧化，維持蛋白質(zhì)或酶活性狀態(tài)。GSH還原H2O2GSH與致癌劑或藥物結(jié)合GSH過(guò)氧化物酶H2O22GSH2H2OGSS31體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)232蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructu33

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：

蛋白質(zhì)分子各原子的空間排布和相互關(guān)系。

蛋白質(zhì)分子量大，呈多肽鏈，折疊成一定形狀，具有空間結(jié)構(gòu)?？臻g結(jié)構(gòu)不同，功能不一樣。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：34一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的排列順序，線性結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)：主鏈原子的空間排布。三級(jí)結(jié)構(gòu)：主鏈和側(cè)鏈原子的空間排布。一條多肽鏈所有原子的空間排布。四級(jí)結(jié)構(gòu)：多條肽鏈之間原子的空間排布。OO

O

O

‖‖

‖

‖NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-C-

∣∣∣∣

R1R2R3Rn1951年LinusPauling等提出蛋白質(zhì)α螺旋結(jié)構(gòu)1952年丹麥科學(xué)家(Linderstrom-Lang)建議：一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的排列順序，線性結(jié)構(gòu)。35定義:

蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵:肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

定義:一、氨基酸的排列順序決定主要的化學(xué)鍵:36一級(jí)結(jié)構(gòu)：是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。細(xì)胞環(huán)境因素影響蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象。一級(jí)結(jié)構(gòu)：37蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)Genebank：NCBI網(wǎng)站：NationalCenterforBiotechnologyInformation/蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)Genebank：38二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的主鏈空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置。不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。

主要的化學(xué)鍵：氫鍵

定義:主鏈骨架原子：N-H、Cα、C=O重復(fù)排列。OOOO

‖‖‖‖NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-C-OH

∣∣∣∣

RRRR二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的主鏈39鍵長(zhǎng)：C–N：0.149C=N：0.127肽鍵：0.132肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)

OO

–

‖∣Cα–C–N–Cα

→

Cα–C=N+–Cα∣∣HH（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上鍵長(zhǎng)：C–N：0.149O40生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件41肽鍵平面：參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，此一平面稱之。肽單元：肽鍵平面的6個(gè)原子構(gòu)成的單元結(jié)構(gòu)稱之。C1和C2在平面上所處的位置為反式構(gòu)型。肽鍵平面：參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位42H

O

R2

H

H

O

R4

HH

∣

∣

∣

∣

∣

∣

∣∣∣NH2–Cα–C=N–Cα–C=N

–Cα–C=N–Cα–C

=N

–Cα–COOH

∣∣

∣

∣

∣

∣

∣∣∣

R1

H

H

O

R3

H

H

OR5HOR243

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)無(wú)規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式：肽單元平面通過(guò)C旋轉(zhuǎn)或折疊形成的主鏈結(jié)構(gòu)。維系二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：

氫鍵-螺旋(-helix)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式：44（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈肽鍵平面通過(guò)Cα旋轉(zhuǎn)，形成一種螺旋的結(jié)構(gòu)。（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)45生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件46結(jié)構(gòu)特點(diǎn):右手螺旋，R基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。螺旋穩(wěn)定因素:每個(gè)肽鏈的C=O,與第4個(gè)氨基酸殘基的N-H形成氫鍵。旋轉(zhuǎn)一圈:3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距0.54nm。兩性特點(diǎn)：每隔3～4個(gè)aa有1個(gè)極性或非極性aa，肽鏈具有親水性或疏水性。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):右手螺旋，R基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。47（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)-折疊：多肽鏈肽鍵平面通過(guò)Cα折疊，形成一種伸展形的折紙狀結(jié)構(gòu)。（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)-折疊：多肽鏈肽鍵平面通48生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件49結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：折紙狀結(jié)構(gòu)：以Cα為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，R基團(tuán)在折紙狀結(jié)構(gòu)的上下方。穩(wěn)定因素：兩條肽鏈或一條肽鏈兩段之間的C=O與N-H形成氫鍵。兩段肽鏈走向：

平行：N端到C端同方向，肽鏈間距0.65nm；

反平行:N端到C端不同方向,肽鏈間距0.70nm。

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要以α螺旋和

-折疊為主，許多蛋白質(zhì)既有α螺旋又有

-折疊。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：折紙狀結(jié)構(gòu)：以Cα為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，R基團(tuán)在折紙狀結(jié)構(gòu)的上50-轉(zhuǎn)角：肽鏈1800回折，回折角形成的結(jié)構(gòu)。4、無(wú)規(guī)卷曲：沒(méi)有確定規(guī)律性的部分肽鏈結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：4個(gè)氨基酸殘基組成，第1個(gè)殘基的C=0

與第4個(gè)殘基的N-H形成氫鍵。第二個(gè)殘基常為Pro.（四）-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角：肽鏈1800回折，回折角形成的結(jié)構(gòu)。4、無(wú)規(guī)卷曲：51生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件52（五）模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)：2個(gè)或3個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近、相互作用形成有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)：αα、βαβ、ββ（五）模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)：2個(gè)或3個(gè)具53β-βLoopβ-βLoop54模體(motif)：

具有特殊功能作用的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)分子中，2個(gè)或3個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，相互接近形成一個(gè)特殊的空間結(jié)構(gòu)，并發(fā)揮專(zhuān)一的功能

。α-螺旋-β轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-α-螺旋模體鏈-β轉(zhuǎn)角-鏈模體鏈-β轉(zhuǎn)角-α-螺旋-β轉(zhuǎn)角-鏈模體模體常見(jiàn)的形式模體(motif)：α-螺旋-β轉(zhuǎn)角（或環(huán)）-α-螺旋模體模55鈣結(jié)合蛋白的模體（α螺旋-環(huán)-α螺旋）在環(huán)(無(wú)規(guī)卷曲)中親水側(cè)鏈的氧原子通過(guò)氫鍵與Ca2+結(jié)合。生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件56鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)

1個(gè)α螺旋，2個(gè)反平行-折疊組成形似手指的結(jié)構(gòu)。N-末端1對(duì)Cys，C-末端1對(duì)His，容納結(jié)合一個(gè)Zn2+。

α螺旋能鑲嵌于DNA的大溝中，與DNA結(jié)合。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指57（六）氨基酸殘基側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響

R基團(tuán)電荷影響α螺旋的形成：酸堿性氨基酸集中的區(qū)域，同性相斥，不利α螺旋。

R基團(tuán)大小影響α螺旋的形成：（Phe、Try、Ile）集中的區(qū)域，不利α螺旋。Gly，Pro不能形成典型的α螺旋。β折疊的氨基酸R基團(tuán)較小。（六）氨基酸殘基側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響R基團(tuán)電荷影響α螺58三、在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。以疏水鍵為主要作用，不牢固，易被破壞。主要的化學(xué)鍵: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。包括主鏈和側(cè)鏈原子。

具有功能作用的完整蛋白質(zhì)分子。定義:（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)空間位置三、在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵59生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件60

肌紅蛋白(Mb)

N端C端Mb的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：153個(gè)氨基酸殘基組成球狀單鏈蛋白分子。8個(gè)α螺旋占75%，間隔無(wú)規(guī)卷曲。含1個(gè)血紅素輔基肌紅蛋白(Mb)N端C端Mb的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：61（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)結(jié)構(gòu)域：蛋白質(zhì)分子折疊形成的、相對(duì)致密的、具有一定功能作用的局部區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)的活性部位，是蛋白質(zhì)局部肽鏈所有原子排布。磷酸甘油醛脫氫酶的NAD+結(jié)合結(jié)構(gòu)域和催化結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)結(jié)構(gòu)域：蛋白質(zhì)分子折62纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域63分子伴侶(chaperone)：能為其它蛋白質(zhì)分子提供合適環(huán)境，使之折疊成具有天然構(gòu)象蛋白質(zhì)的分子。本質(zhì)：熱休克蛋白、伴侶分子、核質(zhì)蛋白。

作用：

分子伴侶能與未折疊肽段疏水部分可逆反復(fù)結(jié)合，使肽鏈正確折疊。分子伴侶能與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。分子伴侶能使二硫鍵形成正確的配對(duì)。（三）分子伴侶參與蛋白質(zhì)折疊分子伴侶(chaperone)：能為其它蛋白質(zhì)分子提供合適64亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)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觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的亞基(subunit)：含有二條或多條多肽鏈的蛋白質(zhì)分子中，每條具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為亞基亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋65血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)均一四級(jí)結(jié)構(gòu)：相同亞基組成。同聚體非均一四級(jí)結(jié)構(gòu)：不相同亞基組成。異聚體血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)均一四級(jí)結(jié)構(gòu)：相同亞基組成。同聚體66生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件67血紅蛋白的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)68一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的排列順序，線性結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)：局部主鏈原子的空間排布。（螺旋、折疊、轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)）

超二級(jí)結(jié)構(gòu)：幾個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)的組合

模體：具有功能作用的超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域：局部主鏈和側(cè)鏈原子的空間排布三級(jí)結(jié)構(gòu)：主鏈和側(cè)鏈所有原子的空間排布。一條多肽鏈所有原子的空間排布。四級(jí)結(jié)構(gòu)：多條肽鏈之間原子的空間排布。一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的排列順序，線性結(jié)構(gòu)。69蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)70（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)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵（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)牛核糖核酸酶71天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊72（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)與功能胰島素氨基酸殘基序號(hào)A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla（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)與功能胰島素氨基73根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系分類(lèi)：

序列相似、結(jié)構(gòu)相似（結(jié)構(gòu)域、模體）、功能相似

根據(jù)同源蛋白質(zhì)序列相似程度分類(lèi)同源蛋白：來(lái)自同一祖先（功能相似）的蛋白質(zhì)，氨基酸序列相似程度>25%。分類(lèi)序列相似程度相同蛋白95%亞家族80～95%家族50～80%超家族25～50%蛋白質(zhì)的分類(lèi)根據(jù)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系分類(lèi)：根據(jù)同源蛋白質(zhì)序列相似程度分74根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+75（三）氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息細(xì)胞色素(cytochromeC)，比較一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。（三）氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息細(xì)胞色素(cytoch76（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血glu:GTA→val:GAAN-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈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，稱為“分子病”。（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧77生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件78二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、蛋白質(zhì)功能需要完整的空間結(jié)構(gòu)。

單亞基蛋白質(zhì)(單聚體):結(jié)構(gòu)域沒(méi)有完整的功能。多亞基蛋白質(zhì)(寡聚體):三級(jí)結(jié)構(gòu)沒(méi)有完整功能。2、空間結(jié)構(gòu)改變（變構(gòu)）,功能改變。3、空間結(jié)構(gòu)破壞（變性）,功能喪失。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、蛋白質(zhì)功能需要完整的空間結(jié)79肌紅蛋白（Mb）/血紅蛋白（Hb）血紅素結(jié)構(gòu):鐵卟啉化合物4個(gè)吡咯環(huán)、4個(gè)甲炔基、2個(gè)丙酸基與aa連接Fe2+6個(gè)配位鍵：4N、組aa、O2（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似肌紅蛋白（Mb）血紅素結(jié)構(gòu):（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)80

肌紅蛋白（Mb）一條肽鏈，含1個(gè)血紅素，可結(jié)合1個(gè)O2血紅蛋白（Hb）4個(gè)亞基，亞基結(jié)構(gòu)與Mb相似含4個(gè)血紅素，各結(jié)合4個(gè)O2亞基之間8對(duì)鹽鍵。肌紅蛋白（Mb）血紅蛋白（Hb）81氧合Hb（Mb）：與O2結(jié)合后的Hb（Mb）百分飽和度：氧合Hb(Mb)占總Hb(Mb)的百分?jǐn)?shù)。氧解離曲線：氧分壓與氧百分飽和度的關(guān)系曲線。血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧的功能

氧合Hb（Mb）：與O2結(jié)合后的Hb（Mb）血紅蛋白的構(gòu)82肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線Mb:呈直角雙曲線MB易與O2結(jié)合Hb:呈S狀曲線O2分壓低時(shí)：Hb不易與O2結(jié)合；O2分壓升高：逐漸增強(qiáng)結(jié)合力。肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線Mb:呈直角83緊密型（T態(tài)）：鹽鍵連接，亞基緊密結(jié)合，O2親合力低。松弛型（R態(tài)）：

鹽鍵斷裂，亞基松弛結(jié)合，O2親合力高。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化影響亞基與氧結(jié)合亞基之間8對(duì)鹽鍵，使Hb形成2種空間結(jié)構(gòu)。緊密型（T態(tài)）：（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化影響亞基與氧結(jié)合亞84

缺O(jiān)2時(shí)，Hb呈T態(tài)；O2升高與亞基結(jié)合，鹽鍵斷裂；Hb由T態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)；R態(tài)Hb與O2親合力提高。缺O(jiān)2時(shí)，Hb呈T態(tài)；85O2血紅素與O2結(jié)合；鐵原子半徑變小，進(jìn)入卟啉環(huán)小孔中；肽鏈位置變動(dòng),影響亞基的構(gòu)象；鹽鍵斷裂，T態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)镽態(tài)；亞基結(jié)合O2能力增強(qiáng)。O2血紅素與O2結(jié)合；86協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)

一個(gè)多聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與配體結(jié)合，能影響此多聚體的另一個(gè)亞基與配體結(jié)合，這種現(xiàn)象稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)Hb的第一個(gè)亞基與O2結(jié)合，促進(jìn)第二個(gè)亞基與O2結(jié)合。協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個(gè)多聚體蛋白質(zhì)87別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）的改變伴隨其功能的變化，稱為別構(gòu)效應(yīng)（變構(gòu)效應(yīng)）。Hb的第一個(gè)亞基與O2結(jié)合，引起Hb的空間結(jié)構(gòu)改變，從T態(tài)變構(gòu)為R態(tài)，O2結(jié)合力改變。別構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)88（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。?/p>

蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變，影響蛋白質(zhì)功能，所導(dǎo)致的疾病，稱之。蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，一級(jí)結(jié)構(gòu)不變。

人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：人紋狀體脊髓89蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)制：

蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，聚集蛋白抵抗蛋白水解酶，產(chǎn)生淀粉樣纖維沉淀，而致病。病理改變：蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)制：90瘋牛?。河呻貌《镜鞍?prionprotein,PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。朊病毒蛋白的分型：正常細(xì)胞型PrP：PrPc異常致病型PrP：PrPsc朊病毒蛋白的特點(diǎn)：

同一基因編碼，氨基酸順序和共價(jià)修飾相同。PrPc：α螺旋構(gòu)成、蛋白酶敏感型PrPsc：β折疊構(gòu)成、抗蛋白酶消化型。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛?。河呻貌《镜鞍?prionprotein,PrP)91在某種未知蛋白質(zhì)的作用下，PrPc轉(zhuǎn)變成為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病

以外源或新生的PrPsc為模板，使PrPc轉(zhuǎn)變?yōu)镻rPsc。

PrPsc經(jīng)蛋白酶消化后剩下的核心部分分子量約27—30KD(PrP27—30)仍具感染性。在某種未知蛋白質(zhì)的作用下，PrPcPrPsc正常瘋牛病92生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件93第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)94一、蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)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pH條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pH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，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。一、蛋白質(zhì)兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectr95PH<PIPH=PIPH>PIPH<PI96利用電荷性質(zhì)差異進(jìn)行蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場(chǎng)中能向正極或負(fù)極移動(dòng)。這種通過(guò)蛋白質(zhì)在電場(chǎng)中泳動(dòng)而達(dá)到分離各種蛋白質(zhì)的技術(shù),稱為電泳(elctrophoresis)

。利用電荷性質(zhì)差異進(jìn)行蛋白質(zhì)分離蛋白質(zhì)在高于或低于其pI的溶液97

二、蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)分子量1萬(wàn)至100萬(wàn)之間，分子的直徑1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。

蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:水化膜：表面極性基團(tuán)吸附H2O分子。顆粒表面電荷：靜電斥力，使蛋白質(zhì)顆粒不易聚集。二、蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)分子量1萬(wàn)至100萬(wàn)之間，分子的直98+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白99蛋白質(zhì)沉淀：蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)破壞，或疏水基團(tuán)暴露，使蛋白質(zhì)分子聚集，而從溶液中析出的現(xiàn)象。使蛋白質(zhì)沉淀的因素：中和電荷：pH=pI破壞水化膜：脫水劑破壞空間結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)變性結(jié)構(gòu)改變，疏水基團(tuán)暴露。蛋白質(zhì)沉淀：蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)破壞，或疏水基團(tuán)暴露，使蛋白質(zhì)分子100在物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)特定空間構(gòu)象被破壞，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)改變和生物學(xué)活性的喪失。蛋白質(zhì)變性(denaturation)三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)特定空間構(gòu)象被破壞，即有序的101引起變性的因素：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

變性的本質(zhì)：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)。

變性的結(jié)果：

理化性質(zhì)改變：溶解度降低，粘度提高。

生物學(xué)功能喪失，稱為失活。引起變性的因素：加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子102應(yīng)用舉例:

使蛋白質(zhì)變性：臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌。

防止蛋白質(zhì)變性：有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

應(yīng)用舉例:103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)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性

。蛋白質(zhì)的復(fù)性(renaturation)

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)或部分恢104天然狀態(tài)，有催化活性尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊105變性的蛋白質(zhì)易于沉淀：疏水側(cè)鏈暴露，水化膜破壞，調(diào)節(jié)pH，蛋白質(zhì)容易從溶液中沉淀。沉淀的蛋白質(zhì)并不都變性。

蛋白質(zhì)變性與沉淀變性的蛋白質(zhì)易于沉淀：蛋白質(zhì)變性與沉淀106四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長(zhǎng)處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測(cè)定。四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛107蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)，雙縮脲反應(yīng)可用來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)水解程度。五、應(yīng)用蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可測(cè)定蛋白質(zhì)溶液含量茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)。蛋白質(zhì)和多肽108六、蛋白質(zhì)組學(xué)（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念蛋白質(zhì)組（proteome):是指一種細(xì)胞或一種生物所表達(dá)的全部蛋白質(zhì)，即“一個(gè)基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)”。蛋白表達(dá)譜蛋白質(zhì)翻譯后修飾譜六、蛋白質(zhì)組學(xué)（一）蛋白質(zhì)組學(xué)基本概念蛋白質(zhì)組（proteo109（二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺(tái)

蛋白質(zhì)組學(xué)是高通量，高效率的研究:雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)點(diǎn)的定位、切取蛋白質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)譜分析

（三）蛋白質(zhì)組學(xué)研究的科學(xué)意義反映蛋白質(zhì)的表達(dá)和功能全貌。比較蛋白質(zhì)組學(xué)，尋找疾病特異性蛋白質(zhì)分子。（二）蛋白質(zhì)組學(xué)研究技術(shù)平臺(tái)蛋白質(zhì)組學(xué)是高通量，高效率的110第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與結(jié)構(gòu)分析111一、透析及超濾法:

清除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物。二、蛋白質(zhì)沉淀：丙酮沉淀、鹽析、免疫沉淀三、電荷性質(zhì):

電泳法四、相分配或親和結(jié)合:層析方法五、蛋白質(zhì)顆粒沉降:超速離心分離一、透析及超濾法:112六、應(yīng)用化學(xué)或反向遺傳學(xué)方法分析多肽鏈氨基酸序列分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成測(cè)定多肽鏈的氨基末端與羧基末端為何種氨基酸殘基把肽鏈水解成片段，分別進(jìn)行分析測(cè)定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用Edman降解法一般需用數(shù)種水解法，并分析出各肽段中的氨基酸順序，然后經(jīng)過(guò)組合排列對(duì)比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結(jié)果。六、應(yīng)用化學(xué)或反向遺傳學(xué)方法分析已純化蛋白質(zhì)的氨基酸殘基組成113按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列通過(guò)核酸來(lái)推演蛋白質(zhì)中的氨基酸序列測(cè)定蛋白質(zhì)末端氨基酸序列測(cè)定cDNA序列排列出mRNA序列根據(jù)末端氨基酸序列設(shè)計(jì)RT-PCR引物RT-PCR擴(kuò)增cDNA按照三聯(lián)密碼的原則推演出氨基酸的序列通過(guò)核酸來(lái)推演蛋白質(zhì)中的114七、應(yīng)用物理學(xué)、生物信息學(xué)原理可進(jìn)行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測(cè)定二級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定：圓二色光譜(circulardichroism，CD)：

測(cè)定溶液狀態(tài)下的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。

-螺旋的CD峰：222nm負(fù)峰、208nm負(fù)峰、198nm正峰三個(gè)成分；而-折疊的CD譜不很固定。

七、應(yīng)用物理學(xué)、生物信息學(xué)原理可進(jìn)行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)測(cè)定二級(jí)結(jié)115三級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定：X射線衍射法(X-raydiffraction)核磁共振技術(shù)(nuclearmagneticresonance,NMR)

是研究蛋白質(zhì)三維空間結(jié)構(gòu)最準(zhǔn)確的方法。

根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測(cè)其三維空間結(jié)構(gòu)：

幾十萬(wàn)蛋白質(zhì)序列7000蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)：X射線衍射法、NMR三級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定：根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測(cè)其三維空間結(jié)構(gòu)：116同源模建：待研究序列與已知結(jié)構(gòu)的同源蛋白進(jìn)行序列比對(duì)，通過(guò)模建和能量?jī)?yōu)化計(jì)算，產(chǎn)生待研究序列三維結(jié)構(gòu)。序列相似性越高，預(yù)測(cè)的模型也越準(zhǔn)確。折疊識(shí)別：通過(guò)預(yù)測(cè)二級(jí)結(jié)構(gòu)、預(yù)測(cè)折疊方式和參考其它蛋白的空間結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生待研究序列的三維結(jié)構(gòu)。從無(wú)到有：根據(jù)單個(gè)氨基酸形成二級(jí)結(jié)構(gòu)的傾向，加上各種作用力力場(chǎng)信息，直接產(chǎn)生待研究序列三維結(jié)構(gòu)。根據(jù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列預(yù)測(cè)其三維空間結(jié)構(gòu)：同源模建：待研究序列與已知結(jié)構(gòu)的同源蛋白進(jìn)行序列比對(duì)，通過(guò)模117目的與要求掌握：氨基酸側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)。熟悉：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；了解：蛋白質(zhì)的分離、純化與序列分析技術(shù)。（結(jié)合實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)）目的與要求掌握：氨基酸側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)形式118生物化學(xué)第01章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能臨床5年制第7版生物化學(xué)第01章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能臨床5年制第7119蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFunctionofProtein蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章StructureandFunc120分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：占人體干重的45％，某些組織，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分(結(jié)構(gòu)蛋白)ProteinderivesfromGreekprotos，meaning“first”or“foremost”.分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.1211）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)5）運(yùn)動(dòng)與支持作用6）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(功能蛋白)3.氧化供能1）作為生物催化劑（酶）2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能(功122病例：老年癡呆癥

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化引起疾病記憶力明顯減退，經(jīng)常忘記剛剛說(shuō)過(guò)的話或做過(guò)的事，對(duì)于熟悉的人或物品，不能回憶其名稱。語(yǔ)言不流暢，經(jīng)常間斷，與人交流困難。睡眠欠佳，表情淡漠，反應(yīng)遲鈍。里根撒切爾病例：老年癡呆癥記憶力明顯減退，經(jīng)常忘記剛剛說(shuō)過(guò)的話或做過(guò)的123生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件124什么是蛋白質(zhì)?

蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸通過(guò)肽125蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularCompone126組成蛋白質(zhì)的元素：主要有C、H、O、N和S。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

。蛋白質(zhì)分子組成：組成蛋白質(zhì)的元素：主要有C、H、O、N和S。蛋白質(zhì)分子組成：127

蛋白質(zhì)的含氮量平均為16％。體內(nèi)含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，測(cè)定生物樣品含氮量，可根據(jù)以下公式推算蛋白質(zhì)大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)：三氯氫胺事件蛋白質(zhì)的含氮量平均為16％。體內(nèi)含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，測(cè)128一、組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸均屬于

L-α-氨基酸自然界中氨基酸300余種，人體蛋白質(zhì)氨基酸20種，均屬

L-氨基酸（甘氨酸除外）。

COOH

COOH∣∣H2N－Cα－HH－Cα－NH2∣∣RRL-α-氨基酸D-α-氨基酸一、組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸均屬于

L-129H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-HH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H130非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)非極性脂肪族氨基酸二、氨基酸根據(jù)131(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于

非極性脂肪族氨基酸(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于132幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2幾種特殊氨基酸脯氨酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH133(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是

極性中性氨基酸(-OH、-SH、N2H）(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是134半胱氨酸

+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-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-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH135(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸TyrTrp(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是TyrTrp136(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是137(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸

(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸是堿性氨基酸(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于138三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)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處溶液的酸堿度。

等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)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)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)兩性解離及等電點(diǎn)氨基139pH=pIpH>pIpH<pI氨基酸的兼性離子陽(yáng)離子陰離子+OH-+H++OH-+H+pH=pIpH>pIpH<pI氨基酸的兼性離子陽(yáng)離子陰140pH=pIpH>pI-H++H+-H++H+pH<pI兼性離子A0

陽(yáng)離子A+陰離子A-K1=[A0][H+]/[A+]K2=[A-][H+]/[A0]K1K2A+→A0+H+A0→A-+H+pI=(pK1+pK2)/2pH=pIpH>pI-H++H+-H++H+pH<141（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大142四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈肽鍵(peptidebond)：由一個(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的酰氨鍵。（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽(peptide)

O

O

‖

‖

NH2-CH-C━OHHN━

CH-C━

OH

∣

∣

R1

R2

四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈肽鍵(peptide143+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵144蛋白質(zhì)肽：氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物二肽：兩分子氨基酸殘基縮合形成三肽：三分子氨基酸殘基縮合形成，……寡肽：十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連，(oligopeptide)多肽：由更多的氨基酸相連，(polypeptide)蛋白質(zhì)：51個(gè)氨基酸氨基酸殘基(residue):

肽鏈中的氨基酸分子;因?yàn)榘被崦撍s合使基團(tuán)不全。

O

O

O

‖

‖

‖

NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-COOH

∣

∣

∣

∣

R1

R2

R3

Rn蛋白質(zhì)肽：氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物二肽：兩分子氨基酸145多肽鏈(polypeptidechain)：

許多氨基酸通過(guò)肽鍵連接形成的鏈狀結(jié)構(gòu)。主鏈結(jié)構(gòu):

氨基酸殘基通過(guò)肽鍵連接而成的結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈結(jié)構(gòu)：氨基酸殘基R基團(tuán)結(jié)構(gòu)。氨基末端（N末端）：多肽鏈中有自由氨基的一端羧基末端（C末端）：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈方向性：從氨基末端走向羧基末端

O

O

O

‖

‖

‖

NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-COOH

∣

∣

∣

∣

R1

R2

R3

Rn多肽鏈(polypeptidechain)：主鏈結(jié)構(gòu):146N末端C末端牛核糖核酸酶N末端C末端牛核糖核酸酶147（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glut148GSH過(guò)氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH功能：GSH的巰基具有還原性：保護(hù)蛋白質(zhì)或酶分子的巰基免遭氧化，維持蛋白質(zhì)或酶活性狀態(tài)。GSH還原H2O2GSH與致癌劑或藥物結(jié)合GSH過(guò)氧化物酶H2O22GSH2H2OGSS149體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2150蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructu151

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：

蛋白質(zhì)分子各原子的空間排布和相互關(guān)系。

蛋白質(zhì)分子量大，呈多肽鏈，折疊成一定形狀，具有空間結(jié)構(gòu)。空間結(jié)構(gòu)不同，功能不一樣。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)：152一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的排列順序，線性結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)：主鏈原子的空間排布。三級(jí)結(jié)構(gòu)：主鏈和側(cè)鏈原子的空間排布。一條多肽鏈所有原子的空間排布。四級(jí)結(jié)構(gòu)：多條肽鏈之間原子的空間排布。OO

O

O

‖‖

‖

‖NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-C-

∣∣∣∣

R1R2R3Rn1951年LinusPauling等提出蛋白質(zhì)α螺旋結(jié)構(gòu)1952年丹麥科學(xué)家(Linderstrom-Lang)建議：一級(jí)結(jié)構(gòu)：氨基酸的排列順序，線性結(jié)構(gòu)。153定義:

蛋白質(zhì)分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵:肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

定義:一、氨基酸的排列順序決定主要的化學(xué)鍵:154一級(jí)結(jié)構(gòu)：是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。細(xì)胞環(huán)境因素影響蛋白質(zhì)分子空間構(gòu)象。一級(jí)結(jié)構(gòu)：155蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)Genebank：NCBI網(wǎng)站：NationalCenterforBiotechnologyInformation/蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)Genebank：156二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的主鏈空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置。不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。

主要的化學(xué)鍵：氫鍵

定義:主鏈骨架原子：N-H、Cα、C=O重復(fù)排列。OOOO

‖‖‖‖NH2-CH-C━NH-CH-C━NH-CH-C------NH-CH-C-OH

∣∣∣∣

RRRR二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的主鏈157鍵長(zhǎng)：C–N：0.149C=N：0.127肽鍵：0.132肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)

OO

–

‖∣Cα–C–N–Cα

→

Cα–C=N+–Cα∣∣HH（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上鍵長(zhǎng)：C–N：0.149O158生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件159肽鍵平面：參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，此一平面稱之。肽單元：肽鍵平面的6個(gè)原子構(gòu)成的單元結(jié)構(gòu)稱之。C1和C2在平面上所處的位置為反式構(gòu)型。肽鍵平面：參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位160H

O

R2

H

H

O

R4

HH

∣

∣

∣

∣

∣

∣

∣∣∣NH2–Cα–C=N–Cα–C=N

–Cα–C=N–Cα–C

=N

–Cα–COOH

∣∣

∣

∣

∣

∣

∣∣∣

R1

H

H

O

R3

H

H

OR5HOR2161

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)無(wú)規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式：肽單元平面通過(guò)C旋轉(zhuǎn)或折疊形成的主鏈結(jié)構(gòu)。維系二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：

氫鍵-螺旋(-helix)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式：162（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈肽鍵平面通過(guò)Cα旋轉(zhuǎn)，形成一種螺旋的結(jié)構(gòu)。（二）α-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)163生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件164結(jié)構(gòu)特點(diǎn):右手螺旋，R基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。螺旋穩(wěn)定因素:每個(gè)肽鏈的C=O,與第4個(gè)氨基酸殘基的N-H形成氫鍵。旋轉(zhuǎn)一圈:3.6個(gè)氨基酸殘基，螺距0.54nm。兩性特點(diǎn)：每隔3～4個(gè)aa有1個(gè)極性或非極性aa，肽鏈具有親水性或疏水性。結(jié)構(gòu)特點(diǎn):右手螺旋，R基團(tuán)伸向螺旋的外側(cè)。165（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)-折疊：多肽鏈肽鍵平面通過(guò)Cα折疊，形成一種伸展形的折紙狀結(jié)構(gòu)。（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)-折疊：多肽鏈肽鍵平面通166生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件167結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：折紙狀結(jié)構(gòu)：以Cα為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，R基團(tuán)在折紙狀結(jié)構(gòu)的上下方。穩(wěn)定因素：兩條肽鏈或一條肽鏈兩段之間的C=O與N-H形成氫鍵。兩段肽鏈走向：

平行：N端到C端同方向，肽鏈間距0.65nm；

反平行:N端到C端不同方向,肽鏈間距0.70nm。

蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要以α螺旋和

-折疊為主，許多蛋白質(zhì)既有α螺旋又有

-折疊。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：折紙狀結(jié)構(gòu)：以Cα為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，R基團(tuán)在折紙狀結(jié)構(gòu)的上168-轉(zhuǎn)角：肽鏈1800回折，回折角形成的結(jié)構(gòu)。4、無(wú)規(guī)卷曲：沒(méi)有確定規(guī)律性的部分肽鏈結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：4個(gè)氨基酸殘基組成，第1個(gè)殘基的C=0

與第4個(gè)殘基的N-H形成氫鍵。第二個(gè)殘基常為Pro.（四）-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角：肽鏈1800回折，回折角形成的結(jié)構(gòu)。4、無(wú)規(guī)卷曲：169生物化學(xué)---01章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能-臨床5年制-第7版課件170（五）模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)：2個(gè)或3個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近、相互作用形成有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)：αα、βαβ、ββ（五）模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)：2個(gè)或3個(gè)具171β-βLoopβ-βLoop17