蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能（生物化學課件）

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能第二章蛋白質(zhì)(protein)是由氨基酸通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。是生命的物質(zhì)基礎。人體內(nèi)干重最多，種類最多。蛋白質(zhì)的生物學重要性:生物體重要組成成分重要的生物學功能物質(zhì)氧化供能物質(zhì)01小節(jié)PART蛋白質(zhì)的分子組成TheMolecularComponentofProteinC：50～55%；H：6～8%；O：19～24%；N：13～19%；S：0～4%；有些蛋白質(zhì)含P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co等。一、蛋白質(zhì)的元素組成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:

平均含氮量16％自然界中的氨基酸有300余種，組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸20種。二、氨基酸——組成蛋白質(zhì)的基本單位H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R+（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點※α-碳原子上均連有一個氨基(脯氨酸除外)，α-氨基酸2.側(cè)鏈R基團不同，空間結(jié)構(gòu)不同3.

L-α-氨基酸，α-碳原子為手性碳原子(甘氨酸除外）非極性疏水氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（二）氨基酸的分類※三、肽鏈中氨基酸的連接方式（一）肽鍵和肽+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵主鏈骨架原子（二）生物活性多肽

谷胱甘肽(GSH)GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+多肽類激素在神經(jīng)傳導中起信號轉(zhuǎn)導作用的肽。腦啡肽（5肽）

β內(nèi)啡肽（31肽）強啡肽（17肽）

孤啡肽（17肽）

P物質(zhì)（10肽）神經(jīng)肽02小節(jié)PART蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)TheMolecularStructureofProtein蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)層次：

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)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。主要的化學鍵肽鍵，二硫鍵的位置。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)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。二、蛋白質(zhì)的空間結(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空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)主要的化學鍵：氫鍵

ccαcαcαc1.肽平面(peptideunit)

參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上的位置為反式。該6個原子構(gòu)成了肽單元。

2.蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

(1)-螺旋1、右手螺旋；2、每隔3.6個AA殘基螺旋上升一圈,螺距0.54nm;3、氫鍵維持穩(wěn)定;4、螺旋體中所有氨基酸殘基R側(cè)鏈都伸向外側(cè)，鏈內(nèi)氫鍵幾乎都平行于螺旋軸;

（2）-折疊：

0.7nm片層結(jié)構(gòu)(3)-轉(zhuǎn)角:常存在于肽鏈發(fā)生180°回折處，多由4個氨基酸殘基組成。(4)無規(guī)卷曲：

無確定規(guī)律的那部分肽鏈的結(jié)構(gòu)3、超二級結(jié)構(gòu)由二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，被稱為模體。有特征性氨基酸序列，有特殊功能。有的模體僅由幾個氨基酸殘基組成，如纖連蛋白中的結(jié)合受體的模體為（RGD）。(二)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水作用力、二硫鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力。

整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH二硫鍵細胞內(nèi)一些蛋白質(zhì)需要二硫鍵維持其結(jié)構(gòu)與功能。另一些蛋白質(zhì)則有賴于半胱氨酸的游離巰基的存在維持細胞的特定功能。細胞內(nèi)的GSH來維護半胱氨酸的游離巰基還原性。生活中：

肌紅蛋白(Mb):153aa，1個血紅素輔基。A、B、C、D、E、F、G、H8個螺旋區(qū)，螺旋之間有無規(guī)卷曲，pro（100、120）位于轉(zhuǎn)角處。疏水作用、鹽鍵、氫鍵、VanderWaals力穩(wěn)定。N端C端脯(三)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)亞基間主要作用力是疏水作用，氫鍵、鹽鍵也參與。由兩個或兩個以上多肽鏈具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈通過非共價鍵相互結(jié)合形成的寡聚體。亞基（subunit）：每條多肽鏈，亞基單獨存在無活性。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次：03小節(jié)PART蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關系構(gòu)成細胞結(jié)構(gòu)成分、機械支持物角蛋白、結(jié)締組織的膠原蛋白、血管皮膚彈性蛋白蛋白質(zhì)的主要功能物質(zhì)運輸血紅蛋白、載脂蛋白催化功能酶信息交流受體、味覺蛋白、蛋白質(zhì)或多肽類激素免疫功能抗體氧化供能饑餓時，組織蛋白質(zhì)分解維持正常的血漿滲透壓清蛋白維持機體的酸堿平衡血液緩沖蛋白質(zhì)與小分子相互作用

酶的催化作用，物質(zhì)轉(zhuǎn)運，信息傳遞蛋白質(zhì)與核酸相互作用

RNA-蛋白質(zhì)復合物，核糖體、端粒酶蛋白質(zhì)相互作用是蛋白質(zhì)執(zhí)行功能的主要方式

物質(zhì)代謝，信號轉(zhuǎn)導，蛋白質(zhì)翻譯，蛋白質(zhì)分泌等蛋白質(zhì)執(zhí)行功能的方式一級結(jié)構(gòu)相似，構(gòu)象、功能相似一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關系患者，女，16歲。因發(fā)熱、間歇性上下肢關節(jié)疼痛3月余就診。體格檢查：體溫：38.5，貧血貌，輕度黃膽，肝脾略重大。實驗室檢查：Hb80g/L，紅細胞總數(shù)3×1014/L，WBC總數(shù)6×109/L，白細胞分類正常。網(wǎng)織RBC計數(shù)0.12，血清鐵21umol/L；。RBC形態(tài)：鐮刀狀?；颊叱尸F(xiàn)明顯的貧血癥狀（RBC缺乏）、嚴重感染以及重要器官損傷。關鍵性氨基酸缺失或被替換，影響構(gòu)象和功能鐮刀形紅細胞貧血(隱性遺傳病)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)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”?；蛲蛔兯隆６?、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關系

N端C端

T型：結(jié)構(gòu)緊張，與氧親和力小。

R型：結(jié)構(gòu)松弛，與氧親和力變大。血紅蛋白的變構(gòu)作用對調(diào)節(jié)Hb運輸氧的功能有重要的作用。04小節(jié)PART蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein一、蛋白質(zhì)的兩性電離與等電點※

多肽鏈中氨基酸殘基的可解離基團：末端-COO-、-NH3+，酸性氨基酸側(cè)鏈-COO，Lys的ε-NH3+，Arg的胍基，His的咪唑基。蛋白質(zhì)的等電點(pI)當?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH。

NH3+NH3+NH2PPP

COOHCOO-COO-

正離子兼性離子負離子

pH＜pIpH=pIpH＞pI

各種蛋白質(zhì)的氨基酸組成不同，解離情況不同，等電點不同。多數(shù)接近5.0。+OH-+OH-+H++H+電泳帶電的蛋白質(zhì)在電場中能向與其所帶電荷相反的方向移動。通過蛋白質(zhì)在電場中泳動而達到分離各種蛋白質(zhì)的技術,稱為電泳。根據(jù)支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

帶電粒子在電場中泳動的方向和速度取決于它所帶電荷的性質(zhì)、數(shù)目以及蛋白質(zhì)顆粒大小和分子形狀。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)蛋白質(zhì)分子：生物大分子，分子量1萬~100萬，分子的直徑可達1～100nm，膠粒范圍。

蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素顆粒表面電荷水化膜+++++++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離心蛋白質(zhì)在高達50萬g的重力作用下，在溶液中逐漸沉降，當其浮力與離心力相等，此時沉降停止。沉降系數(shù)(S)表示蛋白質(zhì)分子在單位力場的沉降速度。三、蛋白質(zhì)的變性※、沉淀、凝固在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。（一）蛋白質(zhì)的變性造成變性的因素如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

變性的本質(zhì)——破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。應用臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。（二）蛋白質(zhì)的沉淀1.鹽析(saltprecipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質(zhì)沉淀。2、有機溶劑沉淀：使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀4.生物堿試劑:苦味酸,三氯乙酸,等能與蛋白質(zhì)的陽離子結(jié)合生成不溶性的蛋白鹽。臨床血液化學分析時常用此原理出去血液中的蛋白質(zhì)，也可檢驗尿中蛋白質(zhì)。3.重金屬離子:Ag、Cu、Hg,等,與蛋白質(zhì)陰離子結(jié)合成不溶性的蛋白鹽.

。四、蛋白質(zhì)的紫外吸收和呈色反應由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。⒈茚三酮反應

蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸