生物化学-蛋白质-2.ppt

2蛋白质化学 2 1氨基酸2 2肽2 3蛋白质的分子结构2 4蛋白质结构和功能的关系2 5蛋白质的重要性质2 6蛋白质的分类2 7蛋白质的分离与鉴定 2 2肽 peptide p27 肽 peptide 肽键 peptidebond 肽链 peptidechain 肽的命名肽的性质生物活性肽 我们将要学到的 肽键 酰胺键 二肽 一 肽和肽链 peptidechain 的结构及命名 1 肽和肽链的结构 Met Asp Leu Tyr N C 肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物肽键将氨基酸与氨基酸头尾相连氨基酸残基 residue Met Asp Leu Tyr N C 多肽链的骨架均由重复的肽单位排列而成 称为肽主链 backbone Met Asp Leu Tyr N C 多肽链有两端N末端 多肽链中有游离 氨基的一端C末端 多肽链中有游离 羧基的一端 Met Asp Leu Tyr N C 2 命名 根据参与其组成的氨基酸残基来确定的 规定从肽链的NH2末端氨基酸残基开始 称为某氨酰某氨酰 某氨基酸 氨基酸的顺序是从N 端的氨基酸残基开始 以C 端氨基酸残基为终点的排列顺序 如上述五肽可表示为 Ser Gly Tyr Ala Leu丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸 Tyr Gly Gly Phe Met酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸 脑啡肽 例如 二 肽的性质 具有两性解离的性质 pK 1 羧基 游离氨基酸 酸性低pK 2 氨基 游离氨基酸 碱性弱pK R 侧链基团 R 的变化不大 肽的化学反应与氨基酸一样 双缩脲反应含有两个以上肽键的化合物在碱性溶液中与Cu2 生成紫红色到蓝紫色的络合物 可用以测定多肽和蛋白质含量 三 生物活性肽p28 1 很多动物激素2 某些抗菌素3 谷胱甘肽 GSH 3肽 谷胱甘肽主要生理功能 某些氧化还原酶的辅酶 对巯基酶的 SH基有保护作用 且有防止过氧化物累积的功能 氧化型谷胱甘肽 GSSG 还原型谷胱甘肽 GSH 谷胱甘肽还原酶 GSH过氧化物酶 GSH还原酶 NADPH H NADP 谷胱甘肽主要生理功能 作为电子传递体参与植物体内的电子传递 阿斯巴甜糖 天 门 冬氨酰苯丙氨酸甲酯 一种约比蔗糖甜200倍的甜味剂 2 3蛋白质的分子结构 一级结构 氨基酸序列和二硫键的位置二级结构 主链规律的空间排列 螺旋 折叠 超二级结构结构域 domain 三级结构 三维空间折叠四级结构 多肽链间的相互关系维持蛋白质空间结构稳定的因素 我们将要学到的 高级结构 蛋白质的分子结构包括 一级结构 primarystructure 二级结构 secondarystructure 三级结构 tertiarystructure 四级结构 quaternarystructure 超二级结构结构域 蛋白质的基本结构单位 二级结构 helix sheet 二级结构 螺旋和 折叠 Tertiarystructure Quaternarystructure 蛋白质的三维空间结构 一 蛋白质的一级结构 定义 多肽链中氨基酸的排列顺序 化学键 肽键 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础 一 蛋白质的一级结构 定义 多肽链中氨基酸的排列顺序 主要的化学键 肽键 一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础 二 蛋白质的二级结构 p54 蛋白质多肽链主链有规则的折叠方式 指多肽链主链在空间上的排列 不涉及侧链基团在空间上的关系 一个肽键可由两个共振异构体 resonanceisomer 代表 生物体内存在的肽键是两种电子异构体结构的共振混合物 即碳氮之间的化合键有50 的双键特性 多肽链折叠的空间限制 多肽链折叠的空间限制 肽键的部分双键性质和非键合原子之间的最小接触距离造成了多肽链折叠的空间限制 C N单键的键长 0 147nmC N双键的键长 0 127nm肽键中C N的键长 0 132nm 肽链中的肽平面 肽平面 酰胺平面 从C 沿键轴方向观察 顺时针旋转的 和 角度为正值 逆时针旋转的为负值 肽平面一般呈反式构象 脯氨酸的侧链中的 氨基的顺式及反式肽键具有近乎相等的能量 Manyofthepossibleconformationsaboutan carbonbetweentwopeptideplanesareforbiddenbecauseofstericcrowding 0 0 构象实际上不存在 1922 2001 RamachandranPlot 拉氏构象图 可允许的 值 LinusCarlPauling 1901 1994 1926年 留学Sommerfeld实验室 1年7个月 1928年 发明杂化轨道理论 创立量子化学1930年 去LaurenceBragg实验室学X ray衍射1936年 与Mirsky一起发表蛋白质变性的理论 氢键1937年 开始搭 helix的模型 发现5 4A的周期 与Astbury的Keratin蛋白测定得到的5 1A不符 此后化了约10年的时间测定各种含肽键的小分子的结构 得出肽键的6个原子在同一平面上的结论1949年 人造丝X ray数据发表 他看到了5 4A的周期1950年 helix模型发表 次年发表 sheet模型1954年 Nobel化学奖1963年 Nobel和平奖70年代 提倡VitaminC治百病80年代 和Robinson的纠纷 蛋白质二级结构元件 螺旋 折叠 转角 无规律卷曲 蛋白质的二级结构 Secondarystructure 是肽链主链不同肽段通过自身的相互作用 形成氢键 沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构 氢键 D H A 是一种由弱酸性供体基团 D H 和一个具独对电子的原子 A 之间形成的静电作用力 p73 定义多肽链沿长轴方向通过氢键向上盘曲所形成的右手螺旋结构称为 螺旋 螺旋 p58 结构要点 A 肽链以肽键平面为单位 以多肽链中的 碳原子为转折 围绕长轴盘旋 形成右手螺旋 每个 碳的 和 分别在 57 和 47 附近 B 每圈螺旋含有3 6个氨基酸残基 沿螺旋轴方向上升0 54nm 直径约为0 5nm C 每个残基绕轴旋转100 沿轴上升0 15nm D 相邻螺圈之间形成链内氢键 氢键的取向几乎与中心轴平行 E 氢键由每个氨基酸残基的N H与前面隔3个氨基酸残基的C O形成 在氢键封闭的环内共包含13个原子 故可描述为3 613 螺旋 螺旋结构可用SN表示 S代表每圈螺旋的残基个数 N表示氢键封闭环本身的原子数 F 氨基酸残基的侧链基团伸向外侧 影响 螺旋稳定的因素 即每一个氨基酸残基中的N H和前面第四个氨基酸残基的C O之间都形成氢键 使 螺旋十分牢固 螺旋稳定的原因 大量的氢键 A 酸性或碱性氨基酸残基集中的区域带相同电荷的残基过于集中 彼此间因静电排斥而不能形成链内氢键 妨碍 螺旋的形成 不利于 螺旋稳定的因素 B 较大的R基集中的区域因空间位阻大不利于 螺旋的形成 如Phe Trp Ile等 D 甘氨酸残基出现的部位 不利于 螺旋的形成甘氨酸R基为H 所占空间很小 会影响该处螺旋的稳定 甘氨酸R基为H 在形成三级结构时不能与其它侧链基团形成次级键 所以不利于 螺旋的稳定 C 脯氨酸残基出现的部位 螺旋即被中断 并产生一个 结节 脯氨酸 碳原子组成五员环 结构不易扭转 脯氨酸是亚氨基酸 N上没有供形成氢键的氢 螺旋的意义 螺旋是球状蛋白质构象中最为常见的螺旋盘曲形式 螺旋可使肽链的长度大为缩短 即延伸性较大 螺旋并不是蛋白质构象中唯一的螺旋结构 310螺旋 左手螺旋 4 416螺旋 例 角蛋白 p62 折叠 p59 定义两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢键相连而并行成较伸展的片状结构 结构要点 多肽链中的肽键平面之间折叠成锯齿状 折叠是依靠不同肽链之间或同一条肽链不同肽段之间肽键的N H与C O形成氢键而得以稳定 氢键与链互相垂直 侧链基团较小 它们交替地伸向片层的上方和下方 类别 所有肽链的N 端在同一方向 119 113 图 A 平行式 B 反平行式 N 端一顺一反地交替排列 139 135 更为稳定 图 平行bstrands Absheet 反平行bstrands andbsheet 影响 折叠形成的因素 侧链基团的大小 影响 折叠形成的因素 折叠稳定的原因 大量链间氢键 只有多肽链中氨基酸残基的R较小时 才能允许两肽段彼此靠近 如蚕丝蛋白中含有大量的 折叠 因蚕丝蛋白中含有大量的甘氨酸残基和丙氨酸残基 折叠的意义 折叠是球状蛋白质构象的重要结构特征 往往形成中央核心 球状蛋白质中的 折叠 当沿着它们的肽链方向观察时 总是呈明显的右手扭曲 螺旋与 折叠的比较 转角和 凸起 p61 在 转角中第一个残基的C O与第四个残基的N H氢键键合 形成一个紧密的环 使 转角成为比较稳定的结构 由四个连续的氨基酸残基构成 第一个氨基酸残基的C O与第四个氨基酸的N H形成氢键 从而稳定转折的构象 两种主要类型差别 中央肽基旋转了180 转角的结构特点 转角的特定构象在一定程度上取决于它的组成氨基酸 某些氨基酸如脯氨酸和甘氨酸经常存在其中 转角常见于球状蛋白质分子表面 在这里改变多肽链方向的阻力比较小 转角的结构特点 由于甘氨酸缺少侧链 只有一个H 在 转角中能很好的调整其他残基的空间阻碍 因此是立体化学上最合适