生化课件蛋白质的结构与功能

1、Biochemistry查锡良主编，人民卫生出版社，查锡良主编，人民卫生出版社，第八版，第八版，2013年出版年出版生生 物物 化化 学学生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 黄勇奇黄勇奇生物化学：生物化学：biochemistry 是研究生物体内化学分子与化学反应的基是研究生物体内化学分子与化学反应的基础生命科学，从分子水平探讨生命现象的本质。础生命科学，从分子水平探讨生命现象的本质。主要研究生物体内分子结构与功能，物质代谢主要研究生物体内分子结构与功能，物质代谢与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规与调节以及遗传信息传递的分子基础与调控规律。律。绪绪 论论第一节第一节 生

2、物化学的发展简史生物化学的发展简史第二节第二节 当代生物化学研究的主要内容当代生物化学研究的主要内容第三节第三节 生物化学与医学生物化学与医学生物化学的发展简史：生物化学的发展简史： 一、叙述生物化学阶段一、叙述生物化学阶段（18世纪中到世纪中到19世纪末）世纪末） 二、动态生物化学阶段二、动态生物化学阶段（20世纪初）世纪初） 三、分子生物学时期三、分子生物学时期（20世纪后半叶以来）世纪后半叶以来）生物化学的发展简史：生物化学的发展简史： 一、叙述生物化学阶段一、叙述生物化学阶段（18世纪中到世纪中到19世纪末）世纪末） 二、动态生物化学阶段二、动态生物化学阶段（20世纪初）世纪初） 三、

3、分子生物学时期三、分子生物学时期（20世纪后半叶以来）世纪后半叶以来）萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体萌芽阶段，其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物 。生物化学的发展简史：生物化学的发展简史： 一、叙述生物化学阶段一、叙述生物化学阶段（18世纪中到世纪中到19世纪末）世纪末） 二、动态生物化学阶段二、动态生物化学阶段（20世纪初）世纪初） 三、分子生物学时期三、分子生物学时期（20世纪后半叶以来）世纪后半叶以来）蓬勃发展的时期，基本上弄清了生物体内各蓬勃发展的时期，基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。种主要化

4、学物质的代谢途径。 生物化学的发展简史：生物化学的发展简史： 一、叙述生物化学阶段一、叙述生物化学阶段（18世纪中到世纪中到19世纪末）世纪末） 二、动态生物化学阶段二、动态生物化学阶段（20世纪初）世纪初） 三、分子生物学时期三、分子生物学时期（20世纪后半叶以来）世纪后半叶以来）这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。大分子的结构与其功能之间的关系。 生物化学的主要内容：生物化学的主要内容：一、生物大分子结构与功能一、生物大分子结构与功能二、物质代谢与其调节二、物质代谢与其调节三、遗传信息传递与调控三、遗传信息传递与调控四

5、、专题篇（临床生化与分子生物学）四、专题篇（临床生化与分子生物学）生物化学与临床：生物化学与临床：一、生物化学是临床课程的重要基础（相互联系）一、生物化学是临床课程的重要基础（相互联系）二、生化检测为临床诊断提供信息依据二、生化检测为临床诊断提供信息依据三、是分子水平上的基因诊断所必需三、是分子水平上的基因诊断所必需四、是开展基因治疗等科研必备的基础四、是开展基因治疗等科研必备的基础生物分子的结构与功能生物分子的结构与功能第一篇第一篇第一章：蛋白质的结构与功能第一章：蛋白质的结构与功能第二章：核酸的结构与功能第二章：核酸的结构与功能第三章：酶第三章：酶第四章：聚糖的结构与功能第四章：聚糖的结构

6、与功能第五章：维生素与无机盐第五章：维生素与无机盐蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第第 一一 章章Structure and Function of Protein本章内容概要：本章内容概要： 1、蛋白质的分子组成、蛋白质的分子组成 2、蛋白质的分子结构、蛋白质的分子结构 3、蛋白质结构与功能的关系、蛋白质结构与功能的关系 4、蛋白质的理化性质、蛋白质的理化性质 5、蛋白质的分离纯化与结构分、蛋白质的分离纯化与结构分析析一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?蛋白质蛋白质(protein)(protein)是由许多氨基酸是由许多氨基酸(amino acids)(amino acids)通过肽键通

7、过肽键(peptide bond)(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质概述：蛋白质概述：二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分分布广：分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的分子，占人体干重的45，某些组织含量更，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。1 1）作为生物催化

8、剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2. 蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3. 氧化供能氧化供能蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第第 一一 节节 组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素:主要有主要有C、H、O、N和和S。 有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元或金属元素素铁、铜、锌、锰、钴、钼铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别

9、蛋，个别蛋白质还含有白质还含有碘碘 。 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。 由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16% 蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点（凯氏定氮法）（凯氏定氮法）一、氨基酸一、氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位C+NH3COO

10、-HR氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但组余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属种，且均属 L- 氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但组余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属种，且均属 L- 氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。C+NH3COO-HH甘氨酸甘氨酸C+NH3COO-HRL-氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式1、非极性脂肪族氨基酸、非极性脂肪族氨基酸2、极性中性氨基酸、极性中性氨基酸3、芳

11、香族氨基酸、芳香族氨基酸4、酸性氨基酸、酸性氨基酸5、碱性氨基酸、碱性氨基酸二、氨基酸的分类二、氨基酸的分类（据侧链基团的理化性质不同分）（据侧链基团的理化性质不同分）* * 20 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下: :(1) Nonpolar aliphatic amino acids: Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Proline甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸缬氨酸缬氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸脯氨酸脯氨酸（非极性脂肪族）（非极性脂肪族）(1) Nonpolar aliphatic amin

12、o acids: Glycine Alanine Valine Leucine Isoleucine Proline(2) Polar neutral amino acids: Serine Threonine Cysteine Methionine Asparagine Glutamine（极性中性）（极性中性）丝氨酸丝氨酸苏氨酸苏氨酸半胱氨酸半胱氨酸蛋氨酸（甲硫氨酸）蛋氨酸（甲硫氨酸）天冬酰胺天冬酰胺谷胺酰胺谷胺酰胺(3) Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan非极性芳香族氨酸酸非极性芳香族氨酸酸苯丙氨

13、酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸(3) Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan(4) acidic amino acids（酸性氨基酸）酸性氨基酸） Aspartic acid （天冬氨酸）天冬氨酸） Glutamic aicd （谷氨酸）谷氨酸）(3) Nonpolar aromatic amino acids:Phenylalanine Tyrosine Tryptophan(4) acidic amino acids: Aspartic acid Glutamic aicd(5) basic ami

14、no acid （碱性氨基酸）（碱性氨基酸）Lysine Arginine Histidine赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸组氨酸组氨酸说明一点：说明一点： 20种氨基酸的分类是可以根据不同需要而有多种分类的。种氨基酸的分类是可以根据不同需要而有多种分类的。如以往曾经只分为四种：如以往曾经只分为四种： 非极性疏水性，极性中性，酸性，碱性。非极性疏水性，极性中性，酸性，碱性。甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleu

15、cine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.30非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 thre

16、onine Thr T 5.602. 极性中性氨基酸极性中性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 碱性氨基酸碱性氨基酸说明一点：说明一点： 20种氨基酸的分类是可以根据不同需要而有多种分类的。种氨基酸的分类是可以根据不同需要而有多种分类的。如以往曾经只分为四种：如以往曾经只分为四种： 非极性疏水性，极性中性，酸性，

17、碱性。非极性疏水性，极性中性，酸性，碱性。在往后的学习中，还会碰到以下的氨基酸分类：在往后的学习中，还会碰到以下的氨基酸分类： 1、按结构中是否含硫而划分出含硫氨基酸：按结构中是否含硫而划分出含硫氨基酸：Cys、Met 2、按按R基团是否为支链划分出支链氨基酸：基团是否为支链划分出支链氨基酸：Val、Leu、Ile 3、按营养价值高低不同划分营养必需和营养非必需氨基酸。按营养价值高低不同划分营养必需和营养非必需氨基酸。两种特殊氨基酸：两种特殊氨基酸： 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-CH-CH2-S+NH

18、3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3Modified amino acids修饰氨基酸（无密码子编码）修饰氨基酸（无密码子编码）Selenium, SeSulfur, S羟脯氨酸羟脯氨酸羟赖氨酸羟赖氨酸amino acids not-presented in proteins鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸不出现在蛋白质结构中的氨基酸不出现在

19、蛋白质结构中的氨基酸三、氨基酸的主要理化性质三、氨基酸的主要理化性质 1、氨基酸两性解离和等电点、氨基酸两性解离和等电点： 1）两性解离：）两性解离：AANH2COOHAANH3COOHAANH2COO -+AAAANH2COOHAANH3COOHAANH2COO -+H+OH-pH低时低时pH高时高时三、氨基酸的主要理化性质三、氨基酸的主要理化性质 1、氨基酸两性解离和等电点、氨基酸两性解离和等电点： 1）两性解离：）两性解离：2）等电点：指使氨基酸解离成正、负离子数相等，）等电点：指使氨基酸解离成正、负离子数相等， 净电荷为零时溶液的净电荷为零时溶液的pH值。用值。用pI表示表示AANH2

20、COOHAANH3COOH+AANH2COO -AACOONH3+-H+OH-如此则有：如此则有：AANH2COOHAANH3COOH+AANH2COO -AACOONH3+-pHpIpHpIpH=pIpI的计算的计算:pI = (pK1 + pK2) / 2pI的计算的计算:pI = (pK1 + pK2) / 2例：例： Glu的的pK1 =2.6，pK2=4.6， pK3=9.6， 其其pI约是多少？约是多少？pI的计算的计算:酸性：小加小除以酸性：小加小除以碱性：大加大除以碱性：大加大除以其他：加起来除以其他：加起来除以pI = (pK1 + pK2) / 2问题问题：下列哪个氨基酸在

21、中性溶液中电泳时：下列哪个氨基酸在中性溶液中电泳时 向负极移动？向负极移动？ A、精氨酸、精氨酸 B、异亮氨酸、异亮氨酸 C、谷氨酸、谷氨酸 D、天冬氨酸、天冬氨酸 E、丝氨酸、丝氨酸2. 紫外吸收紫外吸收 是指含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸溶是指含有共轭双键的色氨酸、酪氨酸溶液对紫外光具有吸收特性，其最大吸收峰在液对紫外光具有吸收特性，其最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。2. 氨基酸紫外吸收特性的应用。氨基酸紫外吸收特性的应用。 大多数蛋白质含有色氨酸与酪氨酸，所大多数蛋白质含有色氨酸与酪氨酸，所以测定蛋白质溶液以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量

22、的快速简便的方法。液中蛋白质含量的快速简便的方法。（紫外分光光度法）（紫外分光光度法）3. 茚三酮反应茚三酮反应 氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色蓝紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此也可作峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此也可作为氨基酸定量分析方法。为氨基酸定量分析方法。四、肽四、肽（一）肽（一）肽(peptide)* * 肽肽是由氨基酸通过是由氨基酸通过肽键肽键缩合而形成的化合物。缩合而形成的化合物。四、肽四、肽* 肽键肽键(peptide bond)是由一个氨基酸

23、的是由一个氨基酸的 -羧羧基与另一个氨基酸的基与另一个氨基酸的 -氨基脱水缩合而形氨基脱水缩合而形成的化学键。成的化学键。（一）肽（一）肽(peptide)* * 肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO* * 两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽* *

24、 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。* * 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡寡肽肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连由更多的氨基酸相连形成的肽称形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。* 多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。H NCHCONH2R1RHNOCCHRHNOCCHHNOCCH23CHCONHCHCONHR4RHNOCCHHNOC

25、CHCHCONHCHCONHRCHRnn-n-12COOHN 末端末端：多肽链中有自由氨基的一端：多肽链中有自由氨基的一端C 末端：末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链中有自由羧基的一端1、多肽链有两端：、多肽链有两端：* 多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。2、多肽链主链和侧链：、多肽链主链和侧链：主链：主链：由构成肽键的四个原子和由构成肽键的四个原子和-碳原子交替连接而成。碳原子交替连接而成。侧链侧链：由多肽链各个氨基酸残基的侧链基团构成。：由多肽链各个氨基酸残基的侧链基团构成。多肽链主链

26、：多肽链主链：H NCHCON2NOCCHNOCCHNOCCHCHCONCHCONNOCCHNOCCHCHCONCHCONCHCOOH多肽链侧链：多肽链侧链：H NCHCONH2R1RHNOCCHRHNOCCHHNOCCH23CHCONHCHCONHR4RHNOCCHHNOCCHCHCONHCHCONHRCHRnn-n-12COOH多肽链侧链：多肽链侧链：H NCHCONH2R1RHNOCCHRHNOCCHHNOCCH23CHCONHCHCONHR4RHNOCCHHNOCCHCHCONHCHCONHRCHRnn-n-12COOH蛋白质与多肽：蛋白质与多肽：可以说蛋白质是多肽，但不能说多肽就是蛋

27、白质；可以说蛋白质是多肽，但不能说多肽就是蛋白质；蛋白质含有较多的氨基酸残基（蛋白质含有较多的氨基酸残基（最小的，胰岛素，最小的，胰岛素，51），并且蛋白质因为自身独特的空间结构而具），并且蛋白质因为自身独特的空间结构而具有特异的生理功能。有特异的生理功能。（二）（二） 几种生物活性肽几种生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)功能：抗氧化、解毒。功能：抗氧化、解毒。GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+ NADP+ （1）抗氧化：）抗氧化：联系临床：联系临床： 蚕豆病的生化机制（蚕豆病的生化机制（磷酸

28、戊糖途径的生理意义磷酸戊糖途径的生理意义）！）！酶酶SHSH+Hg酶酶SSHg酶酶SSHg+GSH酶酶SHSHHgGSH+（2）解毒：如临床上的）解毒：如临床上的重金属中毒重金属中毒（有活性）（有活性）（失去活性）（失去活性）（恢复活性）（恢复活性） 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2. 多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽蛋蛋 白白 质质 的的 分分 子子 结结 构构The Molecular Structure of Protein 第第 二二 节节蛋白质的分子结构包括：蛋白质的分子结构包括：1952年年 高级高级结构结构一级结构一

29、级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)定义：定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸从蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸从N N端端到到C C端的排列顺序。端的排列顺序。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构一级结构的维系键：一级结构的维系键：肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。 一级结构是蛋白质空间构象和生物学功能的基础。一级结构是蛋白质空间构象和生物学功能的基础。1953年，英国F.Sang

30、er，1958年Nobel奖二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。定义：定义： 维系键维系键： 氢键氢键 （一）肽单元（一）肽单元参与肽键的参与肽键的6个原子个原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，位于同一平面，C 1和和C 2在平面上所处的位置在平面上所处的位置为反式为反式(trans)构型，此同一平构型，此同一平面上的面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽肽单元

31、单元 (peptide unit) 。20世纪世纪30年代年代 蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 - -螺旋螺旋 ( -helix ) ：最常见最常见 - -折叠折叠 ( -pleated sheet ) - -转角转角 ( -turn ) 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) （二）（二） -螺旋螺旋：是指蛋白质分子中多个肽平面通过：是指蛋白质分子中多个肽平面通过 -碳原子沿长轴方向，按一定规律盘绕形成碳原子沿长轴方向，按一定规律盘绕形成 的稳定的稳定-螺旋构象。螺旋构象。结构要点（特征）是：结构要点（特征）是：多为右手螺旋；多为右手螺旋；3.6AA圈、螺距圈、螺

32、距0.54nm0.54nm（二）（二） -螺旋螺旋：是指蛋白质分子中多个肽平面通过：是指蛋白质分子中多个肽平面通过 -碳原子沿长轴方向，按一定规律盘绕形成碳原子沿长轴方向，按一定规律盘绕形成 的稳定的稳定-螺旋构象。螺旋构象。结构要点（特征）是：结构要点（特征）是：多为右手螺旋；多为右手螺旋；3.6AA圈、螺距圈、螺距0.54nm氢键维系（主要）；氢键维系（主要）；0.54nmCOH（二）（二） -螺旋螺旋：是指蛋白质分子中多个肽平面通过：是指蛋白质分子中多个肽平面通过 -碳原子沿长轴方向，按一定规律盘绕形成碳原子沿长轴方向，按一定规律盘绕形成 的稳定的稳定-螺旋构象。螺旋构象。0.54nmC

33、OHR结构要点（特征）是：结构要点（特征）是：多为右手螺旋；多为右手螺旋；3.6AA圈、螺距圈、螺距0.54nm氢键维系（主要）；氢键维系（主要）；侧链基团在外，并以其大小、侧链基团在外，并以其大小、形状、所带电荷来影响螺旋形形状、所带电荷来影响螺旋形成。成。 可存在两性可存在两性-螺旋螺旋（三）（三） -折叠折叠：又称：又称-片层。是指蛋白质多肽链主链片层。是指蛋白质多肽链主链 中肽平面折叠成锯齿状的结构。中肽平面折叠成锯齿状的结构。结构特点是：结构特点是：1、肽链延伸，折叠成锯齿状。、肽链延伸，折叠成锯齿状。 （三）（三） -折叠折叠：又称：又称-片层。是指蛋白质多肽链主链片层。是指蛋白质

34、多肽链主链 中肽平面折叠成锯齿状的结构。中肽平面折叠成锯齿状的结构。结构特点是：结构特点是：1、肽链延伸，折叠成锯齿状。、肽链延伸，折叠成锯齿状。 2、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。 （三）（三） -折叠折叠：又称：又称-片层。是指蛋白质多肽链主链片层。是指蛋白质多肽链主链 中肽平面折叠成锯齿状的结构。中肽平面折叠成锯齿状的结构。结构特点是：结构特点是：1、肽链延伸，折叠成锯齿状。、肽链延伸，折叠成锯齿状。 2、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。 3、氢键维系。、氢键维系。 CONH（三）（三）

35、 -折叠折叠：又称：又称-片层。是指蛋白质多肽链主链片层。是指蛋白质多肽链主链 中肽平面折叠成锯齿状的结构。中肽平面折叠成锯齿状的结构。结构特点是：结构特点是：1、肽链延伸，折叠成锯齿状。、肽链延伸，折叠成锯齿状。 2、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。 3、氢键维系。、氢键维系。 4、侧链基团在片层上下。、侧链基团在片层上下。CONHRR（三）（三） -折叠折叠：又称：又称-片层。是指蛋白质多肽链主链片层。是指蛋白质多肽链主链 中肽平面折叠成锯齿状的结构。中肽平面折叠成锯齿状的结构。结构特点是：结构特点是：1、肽链延伸，折叠成锯齿状。、肽链延伸

36、，折叠成锯齿状。 2、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。 3、氢键维系。、氢键维系。 4、侧链基团在片层上下。、侧链基团在片层上下。 5、平行排列的肽段可顺向，可反向。、平行排列的肽段可顺向，可反向。CONHRRN端端C端端C端端N端端（三）（三） -折叠折叠：又称：又称-片层。是指蛋白质多肽链主链片层。是指蛋白质多肽链主链 中肽平面折叠成锯齿状的结构。中肽平面折叠成锯齿状的结构。结构特点是：结构特点是：1、肽链延伸，折叠成锯齿状。、肽链延伸，折叠成锯齿状。 2、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。

37、3、氢键维系。、氢键维系。 4、侧链基团在片层上下。、侧链基团在片层上下。 5、平行排列的肽段可顺向，可反向。、平行排列的肽段可顺向，可反向。CONHRRN端端C端端C端端N端端（三）（三） -折叠折叠：又称：又称-片层。是指蛋白质多肽链主链片层。是指蛋白质多肽链主链 中肽平面折叠成锯齿状的结构。中肽平面折叠成锯齿状的结构。结构特点是：结构特点是：1、肽链延伸，折叠成锯齿状。、肽链延伸，折叠成锯齿状。 2、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。、若干肽段可互相靠拢，平行排列，成片层状。 3、氢键维系。、氢键维系。 4、侧链基团在片层上下。、侧链基团在片层上下。 5、平行排列的肽段可顺向，可反

38、向。、平行排列的肽段可顺向，可反向。CONHRRC端端N端端 - -折叠折叠 -pleated sheet（四）（四） -转角和转角和无规卷曲无规卷曲 - -转角转角只包含四个氨基酸残基只包含四个氨基酸残基.1. 1. - -转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。分肽链结构。 2. 2. 无规卷曲无规卷曲（五）模体（五）模体在许多蛋白质分子中，两个或三个具有二级在许多蛋白质分子中，两个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象并具有特殊功能，称为的空间构象并具有特殊功能，

39、称为模体模体(motif)。本质上属超级二级结构。本质上属超级二级结构。模体总有其特征性的氨基酸序列模体总有其特征性的氨基酸序列, ,并发挥特殊并发挥特殊的功能。的功能。钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 （六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成 - -螺旋或螺旋或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。 例例1 1：妨碍妨碍-螺旋形成的主要因素：

40、螺旋形成的主要因素：（1）多个酸性）多个酸性AA相邻或多个碱性相邻或多个碱性AA相邻，相邻，R带带同种电荷相斥。同种电荷相斥。（2）Asn , Leu存在处，存在处，R侧链大。侧链大。（3）Pro存在，存在，Pro的的N原子位于刚性五元环中，原子位于刚性五元环中，妨碍盘曲而使肽链走向转折，不能形成妨碍盘曲而使肽链走向转折，不能形成-螺旋而螺旋而形成形成-转角转角。例例2 2：-折叠形成的条件：折叠形成的条件： 较小的较小的R（如（如Gly , Ala）容许两条肽段彼）容许两条肽段彼此接近。如蚕丝蛋白中含大量此接近。如蚕丝蛋白中含大量Gly,Ala，故极，故极易形成易形成-折叠。折叠。三、蛋白质

41、的三级结构三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。力等。 维系键：维系键：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。（一）（一） 定义定义 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) N 端端 C端端规律：规律：亲水侧链在亲水侧链在外，疏水侧链在内外，疏水侧链在内。（二）结构域（二）结构域大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个具有大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个具有较为独立三维结构的球状或纤维状的区域，折叠得较为紧较为独立三维

42、结构的球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域密，各行使其功能，称为结构域(domain) 。但有些蛋白质各结构域之间接触较多并紧密，从结构但有些蛋白质各结构域之间接触较多并紧密，从结构上很难划分，因此并非所有蛋白质的结构域都明显可分。上很难划分，因此并非所有蛋白质的结构域都明显可分。（三）分子伴侣（三）分子伴侣(chaperon)* * 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。集发生，使肽链正确折叠。 * * 分子伴侣也可与错误聚集的肽段

43、结合，使之分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。解聚后，再诱导其正确折叠。 * * 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。正确形成起了重要的作用。 一类能促进蛋白质空间结构正确形成的蛋白质。一类能促进蛋白质空间结构正确形成的蛋白质。它它通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。象或形成四级结构。机制：机制：可参考可参考P308页加深理解。页加深理解。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触蛋白质分子中各

44、亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，这样的一条多一条多肽链都有完整的三级结构，这样的一条多肽链就称为蛋白质的肽链就称为蛋白质的亚基亚基 (subunit)。维系键：维系键： 氢键，离子键，疏水键。氢键，离子键，疏水键。不能是二硫键。不能是二硫键。理解四级结构要注意的几个问题：理解四级结构要注意的几个问题： （1）并非所有的蛋白质都有四级结构）并非所有的蛋白质都有四级结构。 条件：由两条条件：由两条(以上以上)的多肽链

45、构成。的多肽链构成。 且每条多肽链具有独立的三级结构。且每条多肽链具有独立的三级结构。 多肽链之间不能以共价键相连多肽链之间不能以共价键相连。 （2）亚基单独存在时不具有生理功能。）亚基单独存在时不具有生理功能。 （3）蛋白质分子之间的结合或蛋白质与脂类、核酸）蛋白质分子之间的结合或蛋白质与脂类、核酸 等的结合，不属四级结构范畴。等的结合，不属四级结构范畴。4 subunits血红蛋白血红蛋白的四级结构的四级结构蛋白质一蛋白质一 四级结构关系图：四级结构关系图：蛋白质一蛋白质一 四级结构关系图：四级结构关系图：Motif Domain五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类 * * 根据蛋白质组成成分

46、根据蛋白质组成成分 单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 = = 蛋白质部分蛋白质部分 + + 非蛋白质部分非蛋白质部分* * 根据蛋白质形状根据蛋白质形状 纤维状蛋白质：较难溶于水纤维状蛋白质：较难溶于水球状蛋白质：多数能溶于水球状蛋白质：多数能溶于水蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein第第 三三 节节蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein第第 三三 节节一、蛋白质一级结构与功能的

47、关系一、蛋白质一级结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系（一）一级结构是空间结构与功能的基础（一）一级结构是空间结构与功能的基础 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 例：例： 蛋白质就算受到变性因素影响而导致其空间结构蛋白质就算受到变性因素影响而导致其空间结构破坏，只要其一级结构还在，则仍然有恢复其空间结破坏，只要其一级结构还在，则仍然有恢复其空间结构与功能的可能。构与功能的可能。牛核糖核酸酶的一级结构（牛核糖核酸酶的一级结构（天然状态天然状态）二二硫硫键键 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巯基乙醇巯基乙

48、醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性（二）蛋白质一级结构相似则空间结构与功能相似。（二）蛋白质一级结构相似则空间结构与功能相似。如：如： 各种动物体内的胰岛素，其一级结构类各种动物体内的胰岛素，其一级结构类似，故都具有降血糖的功能。似，故都具有降血糖的功能。Variation in positions A8,A9,A10, and A30 in insulin from various animalsSpecies Variations of amino acid residuesA5 A6 A10 A30HumanPigDogRabbitCowShe

49、epHorseSperm whaleThr Thr ThrThr AlaAlaThrThrSer Ser SerSer SerGlyGlySerIle Ile IleIle ValValIleIleThrAla AlaSer AlaAlaAlaAla（三）蛋白质一级结构的改变可引起（三）蛋白质一级结构的改变可引起 功能的改变（疾病）功能的改变（疾病）例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) （三）蛋白质一级结构的改变

50、可引起（三）蛋白质一级结构的改变可引起 功能的改变（疾病）功能的改变（疾病）例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146) 这种由蛋白质分子一级结构发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子一级结构发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。其根本原因在于基因突变其根本原因在于基因突变。（四）一级结构的氨基酸序列能提供生物进化信息（四）一级结构的氨基酸序列能提供生物进化信息 比较不同物种间同种蛋白质的一级结构，可比较不同物

51、种间同种蛋白质的一级结构，可以了解物种间的进化关系。表现为蛋白质一级结以了解物种间的进化关系。表现为蛋白质一级结构越相似，则物种间的亲缘关系越接近。构越相似，则物种间的亲缘关系越接近。 可由此绘成物种间的可由此绘成物种间的进化树进化树。见图。见图1-18二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系 蛋白质的空间结构决定蛋白质的功能蛋白质的空间结构决定蛋白质的功能蛋白质的空间结构改变则功能改变蛋白质的空间结构改变则功能改变（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 （一）肌红蛋白与血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 可看出：血红蛋白单个亚基的结构与肌红

52、蛋白相似。可看出：血红蛋白单个亚基的结构与肌红蛋白相似。 故都能与氧结合。故都能与氧结合。但有差别。但有差别。Hb与与Mb一样能可逆地与一样能可逆地与O2结合，结合， Hb与与O2结合后称为结合后称为氧合氧合Hb。氧合氧合Hb占总占总Hb的百分数（称的百分数（称百分饱和度百分饱和度）随随O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。 Mb则缺乏此种变化。则缺乏此种变化。（二）血红蛋白的构象变化与结合氧（二）血红蛋白的构象变化与结合氧 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线* 协同效应协同效应(cooperativity) 一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合一个寡

53、聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为力的现象，称为协同效应协同效应。 如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 (positive cooperativity)如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称为负协同效应负协同效应 (negative cooperativity)变构效应变构效应(allosteric effect)当蛋白质与某些小分子物质结合后引起其空当蛋白质与某些小分子物质结合后引起其空间结构的改变进而伴随其功能的变化，称为间结构的改变进而伴随其功能的变化，称为变构变构效

54、应效应。此种蛋白称为变构蛋白，这些小分子物质称此种蛋白称为变构蛋白，这些小分子物质称为变构剂。为变构剂。后面将要学习的酶的变构调节即与此相同。后面将要学习的酶的变构调节即与此相同。（三）蛋白质构象改变与疾病（三）蛋白质构象改变与疾病 蛋白质构象病：蛋白质构象病： 蛋白质在形成空间结构的过程中发生错误折蛋白质在形成空间结构的过程中发生错误折叠，故未能形成正确的空间结构（构象），尽管叠，故未能形成正确的空间结构（构象），尽管其一级结构不变，但其功能仍受到影响，严重时其一级结构不变，但其功能仍受到影响，严重时可导致疾病发生。可导致疾病发生。有些蛋白质错误折叠后相互聚集，水溶性差，有些蛋白质错误折叠后

55、相互聚集，水溶性差，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：这类疾病包括： 人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、 亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。蛋白质构象改变导致疾病的机理：蛋白质构象改变导致疾病的机理：疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的引起的一组人和动物神经退行性病变。一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，螺旋，称为称为

56、PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为-折折叠的叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病疯牛病中的蛋白质构象改变：疯牛病中的蛋白质构象改变：第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein（一）蛋白质的两性电离（一）蛋白质的两性电离 蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pHpH条条件下

57、都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。 * 蛋白质的等电点蛋白质的等电点( isoelectric point, pI) 当蛋白质溶液处于某一当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。PrNH3+COOHPrNH3+COO -PrNH2COO -OH-OH-H+H+ZwitterionNegative ionPositive ionpH=pIpHpIpHpI（二）蛋白质的胶体性质（二）

58、蛋白质的胶体性质 蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至万至100万之巨，其分子的直径可达万之巨，其分子的直径可达1100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。 * * 蛋白质胶体稳定的因素（蛋白质溶于水的原因）蛋白质胶体稳定的因素（蛋白质溶于水的原因）颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜水化膜水化膜表面电荷表面电荷+ 水化膜与表面电荷的存在，使溶液当中的蛋白质分水化膜与表面电荷的存在，使溶液当中的蛋白质分子不能互相聚集成团，从而以单个分子的形式溶于水子不能互相聚集成团，从而以单个分子的形式溶于水溶液中。溶液中。 要想蛋白质从溶液当中沉淀出来，则必须破

59、坏这两要想蛋白质从溶液当中沉淀出来，则必须破坏这两大因素。大因素。（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固（三）蛋白质的变性、沉淀和凝固 在某些物理和化学因素作用下，其特定的在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。称为蛋白质变性。物活性的丧失。称为蛋白质变性。 蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation) 造成变性的因素：造成变性的因素：如如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试

60、剂等重金属离子及生物碱试剂等 。 变性的本质：变性的本质：破坏非共价键和二硫键，破坏非共价键和二硫键， 不改变蛋白质的一级结构。不改变蛋白质的一级结构。 变性的后果：变性的后果：溶解度降低，粘度增加，结晶能力溶解度降低，粘度增加，结晶能力 消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。消失，生物活性丧失，易被蛋白酶水解。 应用举例应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外此外, , 防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。（如疫苗等）的必要条件。 * * 蛋白质沉淀：蛋白质沉淀：蛋白质变性时会因