蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能4

1）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3.氧化供能當(dāng)前第1頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)當(dāng)前第2頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)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、硒或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘。當(dāng)前第3頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16%。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)測(cè)氮的方法：凱氏定氮法當(dāng)前第4頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)一、氨基酸

——組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。當(dāng)前第5頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R當(dāng)前第6頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)氨基酸的旋光異構(gòu)當(dāng)前第7頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（一）氨基酸的分類當(dāng)前第8頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)色氨酸

tryptophanTryW

5.89絲氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

蘇氨酸

threonineThrT5.602.極性中性氨基酸當(dāng)前第9頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00纈氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98異亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非極性疏水性氨基酸當(dāng)前第10頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22賴氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76組氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.堿性氨基酸當(dāng)前第11頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)幾種特殊氨基酸脯氨酸（亞氨基酸）當(dāng)前第12頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)

半胱氨酸

+胱氨酸二硫鍵-HH當(dāng)前第13頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽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)。當(dāng)前第14頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子當(dāng)前第15頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)2.紫外吸收色氨酸、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)含量的快速簡便的方法。當(dāng)前第16頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)3.茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。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。當(dāng)前第17頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)二、肽*肽鍵(peptidebond)是由一個(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化學(xué)鍵。（一）肽(peptide)當(dāng)前第18頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵當(dāng)前第19頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)肽鍵有部分雙鍵性質(zhì)肽鍵由于共振而具有部分雙鍵性質(zhì)，因此，肽鍵比一般C-N鍵短，且不能自由旋轉(zhuǎn)肽鍵原子及相鄰的a碳原子組成肽平面相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型當(dāng)前第20頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)肽鍵比一般C-N鍵短肽鍵為一平面相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型當(dāng)前第21頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*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……*肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。*由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。當(dāng)前第22頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有兩端*多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第23頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)N末端C末端牛核糖核酸酶當(dāng)前第24頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)當(dāng)前第25頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+當(dāng)前第26頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽當(dāng)前第27頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)當(dāng)前第28頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前第29頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)定義蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、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。

當(dāng)前第30頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。當(dāng)前第31頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)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)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。定義

主要的化學(xué)鍵：

氫鍵

當(dāng)前第32頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）肽單元參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元(peptideunit)

。當(dāng)前第33頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)無規(guī)卷曲(randomcoil)

當(dāng)前第34頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）-螺旋當(dāng)前第35頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）-折疊當(dāng)前第36頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第37頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（五）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，被稱為模體(motif)。當(dāng)前第38頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)當(dāng)前第39頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對(duì)二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(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-螺旋或β-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第40頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。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。（一）定義當(dāng)前第41頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第42頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白(Mb)N端C端當(dāng)前第43頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)。當(dāng)前第44頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個(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)。*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，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。*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。*分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。當(dāng)前第45頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。四、蛋白質(zhì)的四級(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)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。當(dāng)前第46頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前第47頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)從一級(jí)結(jié)構(gòu)到四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白當(dāng)前第48頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是它的氨基酸序列蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是由氫鍵導(dǎo)致的肽鏈卷曲與折疊Primary

structureSecondary

structure當(dāng)前第49頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈自然形成的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)是亞基的空間排列Polypeptide

(singlesubunit

oftransthyretin)Transthyretin,withfour

identicalpolypeptidesubunitsTertiary

structureQuaternary

structure當(dāng)前第50頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)當(dāng)前第51頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（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)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵當(dāng)前第52頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)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)，無活性當(dāng)前第53頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-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)當(dāng)前第54頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系目錄當(dāng)前第55頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧當(dāng)前第56頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線當(dāng)前第57頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)*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)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)當(dāng)前第58頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)當(dāng)前第59頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)O2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)。當(dāng)前第60頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)變構(gòu)效應(yīng)(allostericeffect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱為變構(gòu)效應(yīng)。當(dāng)前第61頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(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)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。當(dāng)前第62頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(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)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。當(dāng)前第63頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病當(dāng)前第64頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein當(dāng)前第65頁\共有73頁\編于星期六\11點(diǎn)（一）蛋白質(zhì)的兩性電離一、理化性質(zhì)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)。*蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)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)。當(dāng)前第66頁\共有