蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能

第一節(jié)生物化學發(fā)展簡史一、敘述生物化學階段（18世紀中－19世紀末）研究生物體的化學組成二、動態(tài)生物化學階段（20世紀初期－末）營養(yǎng)學、內(nèi)分泌、酶學、物質(zhì)代謝三、分子生物化學階段（20世紀末－）

DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)、DNA克隆、基因組學及其他組學的研究

本文檔共92頁；當前第1頁；編輯于星期三\18點11分第二節(jié)生物化學研究的主要內(nèi)容本文檔共92頁；當前第2頁；編輯于星期三\18點11分１．生物分子的結(jié)構(gòu)與功能本文檔共92頁；當前第3頁；編輯于星期三\18點11分2．物質(zhì)代謝及其調(diào)節(jié)本文檔共92頁；當前第4頁；編輯于星期三\18點11分3.基因信息傳遞及其調(diào)控本文檔共92頁；當前第5頁；編輯于星期三\18點11分第一篇生物大分子的結(jié)構(gòu)與功能授課教師：盛健本文檔共92頁；當前第6頁；編輯于星期三\18點11分第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能本文檔共92頁；當前第7頁；編輯于星期三\18點11分一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。本文檔共92頁；當前第8頁；編輯于星期三\18點11分二、蛋白質(zhì)的生物學重要性1.是生物體重要組成成分分布廣含量高2.具有重要的生物學功能1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲5）運動與支持作用6）參與細胞間信息傳遞3.氧化供能本文檔共92頁；當前第9頁；編輯于星期三\18點11分蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)本文檔共92頁；當前第10頁；編輯于星期三\18點11分組成元素主要有C、H、O、N和S

少量磷、硒、鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。本文檔共92頁；當前第11頁；編輯于星期三\18點11分各種蛋白質(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%元素組成的特點本文檔共92頁；當前第12頁；編輯于星期三\18點11分一、氨基酸(aminoacid)（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點20種L-α-氨基酸（甘氨酸除外）本文檔共92頁；當前第13頁；編輯于星期三\18點11分H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H本文檔共92頁；當前第14頁；編輯于星期三\18點11分氨基酸的旋光異構(gòu)本文檔共92頁；當前第15頁；編輯于星期三\18點11分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、氨基酸的分類本文檔共92頁；當前第16頁；編輯于星期三\18點11分(一)非極性脂肪族氨基酸本文檔共92頁；當前第17頁；編輯于星期三\18點11分(二)極性中性氨基酸本文檔共92頁；當前第18頁；編輯于星期三\18點11分(三)芳香族氨基酸本文檔共92頁；當前第19頁；編輯于星期三\18點11分(四)酸性氨基酸(五)堿性氨基酸目錄本文檔共92頁；當前第20頁；編輯于星期三\18點11分特殊氨基酸脯氨酸（亞氨基酸）本文檔共92頁；當前第21頁；編輯于星期三\18點11分

半胱氨酸

+胱氨酸二硫鍵-HH本文檔共92頁；當前第22頁；編輯于星期三\18點11分三、氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點等電點(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及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。本文檔共92頁；當前第23頁；編輯于星期三\18點11分pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子本文檔共92頁；當前第24頁；編輯于星期三\18點11分2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm附近。本文檔共92頁；當前第25頁；編輯于星期三\18點11分3.氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。本文檔共92頁；當前第26頁；編輯于星期三\18點11分四、肽肽鍵(peptidebond)

（一）肽(peptide)*由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。本文檔共92頁；當前第27頁；編輯于星期三\18點11分+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵本文檔共92頁；當前第28頁；編輯于星期三\18點11分肽氨基酸殘基(residue)寡肽(oligopeptide)多肽(polypeptide)*由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全。本文檔共92頁；當前第29頁；編輯于星期三\18點11分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的兩端*許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。多肽鏈(polypeptidechain)

本文檔共92頁；當前第30頁；編輯于星期三\18點11分N末端C末端牛核糖核酸酶本文檔共92頁；當前第31頁；編輯于星期三\18點11分（二）生物活性肽谷胱甘肽(γ-GSH)本文檔共92頁；當前第32頁；編輯于星期三\18點11分GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH與GSSG間的轉(zhuǎn)換本文檔共92頁；當前第33頁；編輯于星期三\18點11分神經(jīng)肽多肽類激素及神經(jīng)肽本文檔共92頁；當前第34頁；編輯于星期三\18點11分蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)本文檔共92頁；當前第35頁；編輯于星期三\18點11分一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)高級結(jié)構(gòu)（空間構(gòu)象）本文檔共92頁；當前第36頁；編輯于星期三\18點11分定義蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學鍵肽鍵、二硫鍵

本文檔共92頁；當前第37頁；編輯于星期三\18點11分一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學功能的基礎(chǔ)。本文檔共92頁；當前第38頁；編輯于星期三\18點11分二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。定義

主要的化學鍵：氫鍵

本文檔共92頁；當前第39頁；編輯于星期三\18點11分（一）肽單元(peptideunit)參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，構(gòu)成肽單元。本文檔共92頁；當前第40頁；編輯于星期三\18點11分肽鍵有部分雙鍵性質(zhì)1）肽鍵比一般C-N鍵短，且不能自由旋轉(zhuǎn)2）肽鍵原子及相鄰的a碳原子組成肽平面3）相鄰的a碳原子呈反式構(gòu)型本文檔共92頁；當前第41頁；編輯于星期三\18點11分

（二）蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)無規(guī)卷曲(randomcoil)本文檔共92頁；當前第42頁；編輯于星期三\18點11分1、-螺旋本文檔共92頁；當前第43頁；編輯于星期三\18點11分本文檔共92頁；當前第44頁；編輯于星期三\18點11分-螺旋特征是：

①為右手螺旋(氨基酸側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè))；②每螺旋圈包含3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54nm；③氫鍵穩(wěn)固α—螺旋結(jié)構(gòu)，氫鍵的方向與螺旋長軸基本平行。本文檔共92頁；當前第45頁；編輯于星期三\18點11分2、-折疊本文檔共92頁；當前第46頁；編輯于星期三\18點11分-折疊的特征：①較伸展，呈鋸齒狀結(jié)構(gòu)，氨基酸殘基側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方；②兩條以上肽鏈結(jié)構(gòu)可平行排列，走向可相同，也可相反；③肽鏈間的氫鍵穩(wěn)固其結(jié)構(gòu)。本文檔共92頁；當前第47頁；編輯于星期三\18點11分3、β—轉(zhuǎn)角

常發(fā)生于肽鏈進行180°回折時的轉(zhuǎn)角上。4、無規(guī)卷曲：沒有確定規(guī)律性的肽鏈結(jié)構(gòu)。

由4個氨基酸殘基組成，氫鍵維系穩(wěn)定本文檔共92頁；當前第48頁；編輯于星期三\18點11分（三）模體(motif)在許多蛋白質(zhì)分子中，二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個具有特殊功能的空間構(gòu)象。在許多蛋白質(zhì)分子中，二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合。二級結(jié)構(gòu)組合形式有：αα，βαβ，ββ。超二級結(jié)構(gòu)模體---是具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)本文檔共92頁；當前第49頁；編輯于星期三\18點11分

本文檔共92頁；當前第50頁；編輯于星期三\18點11分鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)本文檔共92頁；當前第51頁；編輯于星期三\18點11分三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。主要的化學鍵整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子的空間排布。（一）定義本文檔共92頁；當前第52頁；編輯于星期三\18點11分本文檔共92頁；當前第53頁；編輯于星期三\18點11分肌紅蛋白(Mb)N端

C端本文檔共92頁；當前第54頁；編輯于星期三\18點11分纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域

（二）結(jié)構(gòu)域(domain)大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。本文檔共92頁；當前第55頁；編輯于星期三\18點11分（三）分子伴侶通過提供一個保護環(huán)境從而幫助新生多肽鏈正確折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。

作用機制：與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開；誘導錯誤聚集的肽段解聚；誘導二硫鍵的形成。

本文檔共92頁；當前第56頁；編輯于星期三\18點11分伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用本文檔共92頁；當前第57頁；編輯于星期三\18點11分主要的化學鍵：疏水作用、氫鍵和離子鍵四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)含有二條或多條多肽鏈的蛋白質(zhì)分子中，每一條具有完整三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈。蛋白質(zhì)的亞基蛋白質(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。蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)本文檔共92頁；當前第58頁；編輯于星期三\18點11分血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)

本文檔共92頁；當前第59頁；編輯于星期三\18點11分本文檔共92頁；當前第60頁；編輯于星期三\18點11分纖連蛋白分子本文檔共92頁；當前第61頁；編輯于星期三\18點11分蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是它的氨基酸序列蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是由氫鍵導致的肽鏈卷曲與折疊Primary

structureSecondary

structure本文檔共92頁；當前第62頁；編輯于星期三\18點11分蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是多肽鏈自然形成的三維結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)是亞基的空間排列Polypeptide

(singlesubunit

oftransthyretin)Transthyretin,withfour

identicalpolypeptidesubunitsTertiary

structureQuaternary

structure本文檔共92頁；當前第63頁；編輯于星期三\18點11分五、蛋白質(zhì)的分類根據(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)---多為結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)---多為具生理活性的蛋白質(zhì)本文檔共92頁；當前第64頁；編輯于星期三\18點11分六、蛋白質(zhì)組學（一）蛋白質(zhì)組學基本概念蛋白質(zhì)組是指一種細胞或一種生物所表達的全部蛋白質(zhì)，即“一種基因組所表達的全套蛋白質(zhì)”。本文檔共92頁；當前第65頁；編輯于星期三\18點11分（二）蛋白質(zhì)組學研究技術(shù)平臺蛋白質(zhì)組學是高通量，高效率的研究:雙向電泳分離樣品蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)點的定位、切取蛋白質(zhì)點的質(zhì)譜分析（三）蛋白質(zhì)組學研究的科學意義本文檔共92頁；當前第66頁；編輯于星期三\18點11分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第三節(jié)本文檔共92頁；當前第67頁；編輯于星期三\18點11分（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵本文檔共92頁；當前第68頁；編輯于星期三\18點11分天然狀態(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)，無活性本文檔共92頁；當前第69頁；編輯于星期三\18點11分（二）一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能胰島素氨基酸殘基序號A5A6A10B30人ThrSerIleThr豬ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla馬ThrSerIleAla本文檔共92頁；當前第70頁；編輯于星期三\18點11分（三）氨基酸序列提供重要的生物化學信息本文檔共92頁；當前第71頁；編輯于星期三\18點11分（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)

由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。本文檔共92頁；當前第72頁；編輯于星期三\18點11分肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的功能依賴于特定空間結(jié)構(gòu)（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似本文檔共92頁；當前第73頁；編輯于星期三\18點11分肌紅蛋白(Mb)本文檔共92頁；當前第74頁；編輯于星期三\18點11分血紅蛋白(Hb)本文檔共92頁；當前第75頁；編輯于星期三\18點11分（二）血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應。正協(xié)同效應負協(xié)同效應

本文檔共92頁；當前第76頁；編輯于星期三\18點11分本文檔共92頁；當前第77頁；編輯于星期三\18點11分變構(gòu)效應(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。本文檔共92頁；當前第78頁；編輯于星期三\18點11分（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，影響其功能，嚴重時導致疾病發(fā)生。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。本文檔共92頁；當前第79頁；編輯于星期三\18點11分瘋牛病是由朊病毒蛋白引起的一組人和動物神經(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-折疊正常瘋牛病瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變本文檔共92頁；當前第80頁；編輯于星期三\18點11分第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)本文檔共92頁；當前第81頁；編輯于星期三\18點11分一、蛋白質(zhì)的兩性電離蛋白質(zhì)的等電點(pI)當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點。本文檔共92頁；當前第82頁；編輯于星期三\18點11分二、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)分子量自1萬至100萬，直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜本文檔共92頁；當前第83頁；編輯于星期三\18點11分+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(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