蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能一

關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能一第二講蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能（一）按預(yù)期的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計、新型蛋白質(zhì)基因修飾或基因合成定向改造蛋白質(zhì)空間三維結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系基礎(chǔ)

符合需要性能優(yōu)良功能強大蛋白質(zhì)工程

天然蛋白質(zhì)新型蛋白質(zhì)藍(lán)圖生命活動的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)：生命活動的執(zhí)行者，如：新陳代謝、生長繁殖（生老病死）造福人類結(jié)構(gòu)決定功能——結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系——蛋白質(zhì)工程的重要研究內(nèi)容和基礎(chǔ)第2頁,共32頁，星期六，2024年，5月第一節(jié)蛋白質(zhì)組成和基本結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)：α-氨基酸按一定順序，以肽鍵鏈接形成的、具有一定空間結(jié)構(gòu)、執(zhí)行生物功能的高分子化合物或生物大分子。天然20種L型α-氨基酸是生命活動的重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。功能：結(jié)構(gòu)與支架，運動，防御和保護，催化，調(diào)節(jié)，運輸，信息傳遞等蛋白質(zhì)類別（性狀、結(jié)構(gòu)和溶解度）纖維狀蛋白質(zhì)：膠原蛋白、彈性蛋白、角蛋白、絲蛋白、血纖蛋白等球狀蛋白質(zhì)：大多數(shù)蛋白（免疫球蛋白、多種酶蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白apoTF—運鐵機制）膜蛋白質(zhì)：跨膜蛋白、膜內(nèi)蛋白、錨定蛋白等蛋白質(zhì)多樣性：組成、多層次結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)單元、空間構(gòu)象（復(fù)雜性和多樣性）——20種L型α-氨基酸組成的天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性是功能多樣性基礎(chǔ)揭示蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系， 闡明生命活動的基礎(chǔ)第3頁,共32頁，星期六，2024年，5月α-淀粉酶的蛋白質(zhì)立體結(jié)構(gòu)圖第4頁,共32頁，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)的應(yīng)用

紡織—洗滌酶制劑：蛋白酶、纖維素酶、淀粉酶、脂肪酶過氧化物酶

食品—（焙烤酶制劑，增加面包體積改善面團性質(zhì)和瓤結(jié)構(gòu)）釀酒—飼料—造紙—醫(yī)藥—農(nóng)業(yè)—（應(yīng)用廣泛）例：聚γ-谷基酸： 水凝膠、絮凝劑、重金屬吸附劑、飼料添加劑、骨質(zhì)疏松預(yù)防藥物、醫(yī)用生物粘合劑、酶固定劑、防凍劑、生物可降解的塑料。例：聚天冬氨酸：冷卻水處理系統(tǒng)的水垢處理劑、環(huán)境溫和的去垢劑、金屬抗腐蝕劑、礦漿液化劑、皮革鞣制劑、化妝品添加劑。人工合成，已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)如：重組集落刺激因子（CSF）、促紅細(xì)胞生成素（EPO）、白細(xì)胞介素（IL）、 干擾素、生長激素等第5頁,共32頁，星期六，2024年，5月元素比例（%）C50~55H6~7O19~24N13~19（16）S0~4P、Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo樣品中蛋白質(zhì)含量估算=樣品中含氮量×6.25凱氏定氮一、蛋白質(zhì)的分子組成1、蛋白質(zhì)元素組成磷脂蛋白第6頁,共32頁，星期六，2024年，5月2、蛋白質(zhì)的基本單位（？）—α-氨基酸氨基酸蛋白質(zhì)分子基本化學(xué)單位常見20種L-α-AA氨基酸機構(gòu)通式1、氨基酸包括：天然蛋白質(zhì)氨基酸、 非天然蛋白質(zhì)氨基酸2、組成蛋白質(zhì)氨基酸

20種L型氨基酸名稱及簡寫符號（三字母和單字母）3、基本結(jié)構(gòu)（手性分子）第7頁,共32頁，星期六，2024年，5月非天然蛋白質(zhì)氨基酸：不參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸，約150種，包括一些是D-氨基酸或β、γ、δ-氨基酸。一些氨基酸是重要的代謝物前體或中間產(chǎn)物，如：瓜氨酸和鳥氨酸是合成精氨酸的中間產(chǎn)物，β-丙氨酸是是泛酸，輔酶A前體等的前體γ-氨基丁酸是神經(jīng)傳遞的化學(xué)介質(zhì)第8頁,共32頁，星期六，2024年，5月非極性中性氨基酸：R基不帶電荷或極性極微弱，具有疏水性

（9種）甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸。極性中性氨基酸：R基極性親水，但不解離或極弱解離 （6種）絲氨酸、蘇氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天門冬酰胺。 含有羥基、巰基和酰胺基等。酸性氨基酸：R基極性解離，水溶液中呈酸性，帶負(fù)電荷，親水性強。（2種）天門冬氨酸、谷氨酸。（羧基）堿性氨基酸：R基極性解離，水溶液中顯堿性，帶正電荷，親水性強。（3種）組氨酸、賴氨酸、精氨酸。（氨基或亞氨基）蛋白質(zhì)分類（按R側(cè)鏈結(jié)構(gòu)）第9頁,共32頁，星期六，2024年，5月丙氨酸Ala蛋氨酸Met脯氨酸Pro纈氨酸Val亮氨酸Leu異亮氨酸Ile苯丙氨酸Phe甘氨酸Gly色氨酸Trp絲氨酸Ser組氨酸His半胱氨酸Cys蘇氨酸Thr天冬酰胺Asn谷胺酰胺Gln酪氨酸Tyr天冬氨酸Asp谷氨酸Glu賴氨酸Lys精氨酸Arg20種氨基酸（復(fù)習(xí)），要求記憶三字符縮寫第10頁,共32頁，星期六，2024年，5月構(gòu)型構(gòu)型一個分子中原子的特定空間排布方式

不同構(gòu)型分子間除鏡面對稱外，不能以任何方式重合一種構(gòu)型改變?yōu)榱硪环N構(gòu)型，必須有共價鍵的斷鏈和重新形成；L-型D-型第11頁,共32頁，星期六，2024年，5月構(gòu)象組成分子的原子或基團，繞單鍵旋轉(zhuǎn)，形成的不同空間排布

當(dāng)一種構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N構(gòu)象時不要求有共價鍵的斷鏈和重新形成構(gòu)象構(gòu)型和構(gòu)象的差異？第12頁,共32頁，星期六，2024年，5月氨基酸的立體異構(gòu)D、L是一種相對構(gòu)型，不表示旋光性，即與其旋光性（+）、（-）無關(guān)。旋光性用（＋）或（－）表示。（+）及（-）甘油醛作為其他旋光性異構(gòu)體物質(zhì)的構(gòu)型的比較標(biāo)準(zhǔn)，并人為地規(guī)定。在費歇爾投影式中，手性碳上的OH排在橫線右邊的為右旋甘油醛作為D型，手性碳上的OH排在橫線左邊的為左旋甘油醛作為L型。第13頁,共32頁，星期六，2024年，5月氨基酸的光吸收構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。Why？在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。Why？酪氨酸

max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸max＝280nm，280=5.6x103;

定量關(guān)系A(chǔ)=abc苯丙氨酸（Phe）第14頁,共32頁，星期六，2024年，5月

二、肽和多肽鏈肽鍵/酰胺鍵寡肽：12-20多肽：大于20多肽鏈的構(gòu)型：反式（tran）/順式（cis）多肽鏈的構(gòu)象（C-N扭角Φ,C-C扭角Ψ）序列讀法：左→右，N→C，氨基端→羧基端第15頁,共32頁，星期六，2024年，5月肽單位和多肽鏈氨基酸多肽鏈肽鍵

一個氨基酸的羧基與下一個氨基酸的氨基經(jīng)過縮合反應(yīng)形成的共價鍵天然蛋白質(zhì)通過肽鍵將多個氨基酸連接在一起構(gòu)成多肽鏈折疊第16頁,共32頁，星期六，2024年，5月一個氨基酸的氨基與另一個氨基酸的羧基之間失水形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。多肽的結(jié)構(gòu)由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由多個氨基酸組成的肽則稱為多肽。第17頁,共32頁，星期六，2024年，5月氨基酸殘基？氨基酸連接成多肽時，由氨基酸的主鏈和側(cè)鏈組成的一個基本單位。（氨基酸在形成肽鍵以后保留的部分）組成多肽的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。若稱為氨基酸，一種省略的讀法，不準(zhǔn)確？第18頁,共32頁，星期六，2024年，5月多肽鏈第一個氨基酸具有自由的—NH2,稱為氨基端或N端主鏈（肽鍵連接部分）最末一個氨基酸具有自由的-COOH,稱為羧基端或C端多肽鏈第19頁,共32頁，星期六，2024年，5月氨基酸順序：在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列的順序。末端：通常在多肽鏈的一端含有一個游離的

-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的

-羧基，稱為羧基端或C-端。氨基酸的順序讀寫是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。如上述五肽可表示為：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln第20頁,共32頁，星期六，2024年，5月肽鍵-1第21頁,共32頁，星期六，2024年，5月肽鍵-2特點：氮原子的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。肽平面：組成肽鍵的原子（6個）處于同一平面。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在（分子內(nèi)原子間的斥力）。第22頁,共32頁，星期六，2024年，5月肽鍵-3肽鍵具有局部雙鍵性質(zhì)，具有反式和順式兩種構(gòu)型第23頁,共32頁，星期六，2024年，5月

肽鍵平面—二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)肽單元呈剛性平面（肽鍵平面）RHCCαON由于局部雙鍵性質(zhì)，肽鍵連接的基團處于同一平面，具有確定的鍵長和鍵角，是多肽鏈中的剛性結(jié)構(gòu)。（C-N扭角Φ,C-C扭角Ψ）ΦΨ第24頁,共32頁，星期六，2024年，5月在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。具有特殊的生理功能，常稱為活性肽。如：腦啡肽；激素類多肽；胸腺肽；肽類抗生素； 谷胱甘肽；蛇毒多肽等。天然存在的重要多肽第25頁,共32頁，星期六，2024年，5月小結(jié)蛋白質(zhì)分子組成

20種L-型氨基酸及其分類肽和多肽肽鍵和肽平面第26頁,共32頁，星期六，2024年，5月I蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)：α-螺旋，β-折疊，回折，環(huán)肽鏈，無規(guī)則卷曲超二級結(jié)構(gòu)（膜體）：α-αβ-ββ-α-ββ-α-β-α-β結(jié)構(gòu)域：三級結(jié)構(gòu)：四級結(jié)構(gòu)：第27頁,共32頁，星期六，2024年，5月

氨基酸殘基在蛋白質(zhì)多肽鏈中的排列順序.

組成蛋白質(zhì)的20種氨基酸，按遺傳密碼編碼的順序，通過肽鍵連接起來的多肽鏈。RHCCαON一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)第28頁,共32頁，星期六，2024年，5月核糖核酸酶的氨基酸排列順序一級結(jié)構(gòu)的重要性決定高級結(jié)構(gòu)決定生物學(xué)活性Anfinsen原理：即蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)指氨基酸的排列順序，是高級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。一級結(jié)構(gòu)蘊含著多肽鏈的折疊密碼，決定多肽鏈的折疊方式和高級結(jié)構(gòu)。不能完全了解蛋白質(zhì)分子的生物學(xué)活性和理化性質(zhì)。

第29頁,共32頁，星期六，2024年，5月二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)：指多肽鏈主鏈構(gòu)象（主鏈的排列方式）；多肽鏈本身折疊或盤曲所形成的局部空間構(gòu)象；多肽鏈主鏈中各原子（不涉及側(cè)鏈和其它部分）在局部的空間排布。一段連續(xù)的肽單位---氫鍵—排列成的具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)主要作用力——氫鍵種類：

α-螺旋、β-折疊、β轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷