第02章蛋白质结构与功能.

1、第2章蛋白质结构与功能(structure and function of protein)概念：蛋白质(protein)是由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质的生理功能:*酶的催化作用*运输及存储作用 *协调运动的作用*机械支撑作用*免疫保护作用凝血作用*其他作用第1节蛋白质的分子组成元素组成CHON z(v z(v c' -z(x 碳氢氧氮50% 55%6% 8%19% 24%13% 19%硫(S)0% 4%少量的：磷(P)、铁(Fe)、铜(Cu)、-16%；N(g) X 6.25 二样品Pi含量锌(Zn)和碘(I)等一、氨基酸(amino acid，aa)(-)

2、氨基酸的一般结构COOHCOO'H2N C"H或 比“ Cu HRRL氨基酸结构通式氨基酸（aa）的结构特点:R侧链各不相同。2. a 碳原子上均连有一个氨基 （脯氨酸除外）和一个竣基。3. a碳原子为不对称（手性）碳 原子（甘氨酸除外）。（二）氨基酸的分类根据氨基酸侧链基团（R）的结构和理化 性质，将其分为4类:1非极性疏水性氨基酸2极性中性氨基酸3.酸性氨基酸4 碱性氨基酸非极性疏水性氨基酸包括7个：甘氨酸(G】y)、丙氨酸(Aki)、缎氨酸(VM)、亮氨酸(Leu) 异亮氨酸(14、苯丙氨酸(Phe)和脯氨酸(Pw)脯氨酸(Pro)!CH3. /Oi HoCCHCH&q

3、uot;'"h2n绻氨酸(Vai)2. 极性中性氨基酸R基含有极性基团;生理pH条件下不解离。包括8个： 色氨酸(Trp)、丝氨酸(Se“、半胱氨酸(Cys)、 天冬酰胺(Asn)、 苏氨酸(Thr)、蛋氨酸(Met)、 谷氨酰胺(Gin)、- 2 H H cIN酪氨酸(Tyr)；HSCH24CHCONH；半胱氨酸(Cys)3. 酸性氨基酸R-基有COOH(COO) 带负电荷谷氨酸(Glu)o ' / CH 2CH：HCC i I + O NH天冬氯酸(Asp)+ 3 - H H NIcI I 十 24. 碱性氨基酸R基有NH2(NH3+)带正电荷赖氨酸(Lys)、精

4、氨酸(Arg)、组氨酸(His)! h3n-ch2-ch2-ch2-ch2-赖氨酸(Lys)II补充：8种必需氨基酸一人体必需的， 但体内不能合成或者合成的量不能满 足人体需要的氨基酸。帮助口诀：苏姐很无赖，亮一亮笨旦色！Thr VaiLys Leu lie PheMet Trp(三)氨基酸的理化性质1 两性解离及等电点R-CH-COOHnh2pH>pIR-CH-CCX)pH<pIR-CHCOOHNH2R-CH-COOpH=pI等电点(isoelectric point > pl)氨基酸酸性解离和碱性解离的程度相等, 为兼性离子，分子所带的净电荷为零，此时溶 液的pH值就称为

5、该氨基酸的等电点。中性氨基酸：pI=l/2 (pKi+pKi) 酸性氨基酸：pI=l/2 (pKi+pKR) 碱性氨基酸：pI=l/2 (pK2+pKR)2.紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸在280nm波长附近对紫外光有最大吸收峰。3.昂三酮反应氨基酸+水合苗三酮蓝紫色的化合物570nm处有最大吸收二、肽(peptide)(一)肽与肽键肽键的概念：一个氨基酸的a 按基与另一个氨基酸的氨基脱去一分子水缩合形成的键称肽键 (peptide bond )。CH3°尊融HO H丙氨酸CH 厂©>NH.苯丙氨酸O CH c I nh2 二肽肽键«和氨酰丙氨酸氨基酸

6、借肽键相连而形成的化合物称肽(peptide)Met -Phe二肽Met heLys三肽Met Pht Lys Cys Thr 五肽竣基末端(C 一端)NHret-Phe-Lys- Cys- Ser -Thr- Val-| COOH 氨基末端（N端）肽单元（肽平面）形成肽键的6个原子C“、C、 N、O、H、Ca2位于同一平面， 称为肽单元（peptide unit）。肽键中的C = o和CN均不能自由旋转，肽键 （-CONH-）中的4个原子和2个a碳原子（CJ被约 束在一个刚性平面（即肽键平面）上。(-)天然存在的活性肽L 谷胱甘肽(glutathione > GSH)(1)组成由Gki

7、、Cys和Gly组成的三肽构成第一个肽键的竣基是谷氨酸的丫 一按基(2)功能GSH是体内重要的还原剂232. 多肽类激素及神经肽促甲状腺素释放激素(TRH)(1) 组成pyro-GluHisPro-NH2(2) 功能由下丘脑分泌，其功能是促进腺垂体 释放促甲状腺素。3. 抗生素肽抗生素肽是一类能抑制或杀死细菌的多肽,如短杆菌肽A。目前是一个研究热点，应用越来越广泛。第2节蛋白质的分子结构一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构1U!蛋白质的四级结构高级结构或 空间结构三、蛋白质的三级结构 A27一、蛋白质的一级结构(primary structure)概念蛋白质中所有氨基酸的数目及排列 顺序，

8、称蛋白质的一级结构。化学键肽键，二硫键氨基酸序列书写NH厂 MetPhe Lys Cys 一 Ser -Thr Vai COOHM P K C S T V二、蛋白质二级结构 (secondary structure)概念蛋白质分子中多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及氨基酸残基侧链 的构象。30蛋白质二级结构的主要类型B-折叠B-转角无规卷曲31(-)。一螺旋(a-hel ix)1.概念由多肽的主链盘 旋形成的右手螺2.螺旋的结构特征aM伽(1)以肽键平面为单 位，以Qf-碳原子为转 折，盘旋形成右手螺 旋。(2)每36个氨基酸残基 绕成一个螺圈(360。)， 螺距为0.54nm,肽键平 面

9、与中心轴平行。(3)主链原子构成螺旋的主体,侧链在其外部。肽键的CO和NH 都形成氢键。氢键的方向与中心轴大致平行，是稳定螺旋的主要作用力。(5)氨基酸残基的侧链对Q螺旋形成 的影响氨基酸残基侧链所带电荷氨基酸残基侧链的大小含脯氨酸残基(二)B-折叠(3 pleated sheet)1 概念多肽链充分伸展，每个肽单元以C。为旋 转点，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基 侧链交替地位于锯齿状结构的上下方，这样 形成的结构称折叠。2.P-折叠结构特点(1) 相邻肽键平面的夹角为lio。，呈锯齿状排列， 侧链R基团交错地分布在片层平面的两侧。(2) 25条肽段平行排列构成，肽段之间可顺向 平行(均从N

10、C),也可反向平行。(3)由氢键维持稳定。其方向与折叠的长轴接近垂直。(三)卩转角(P-turn)1 概念肽链出现180。回折的转角处结构称为卩转角©2 结构特征*常见于球状蛋白质分子表面。*第一个aa残基的 C=O与第四个aa残基的NH形成氢键。(四)无规卷曲(random coil) 1 概念 没有确定规律性的肽键构象。常见于球状蛋白质分子中，在其 它类型二级结构肽段之间起活节作 用，有利于整条肽链盘曲折叠。COOH（五）超二级结构（又称“模 体”）是指多肽链内顺序上相互邻近的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成规则的二级结构聚集体。超二级结构基本形式a螺旋组合（a

11、a）B折叠组合（B B B） a螺旋B折叠组合（B a B）三、蛋白质的三级结构(tertiary structure)(-)概念一条多肽链中所有原子在三维空 间的整体排布，包含了主链构象和 侧链构象的内容称为蛋白质的三级 结构。球状蛋白的三级的结构特怔 具有三级结构的蛋白质分子含有多种二级结构单元.卵溶菌酶的三 级结构含有a螺旋、卩折叠 、卩转角和无规卷曲四种二级结构。4K（二）结构域（domain）蛋白质的三级结构中常形成1个或多个 在空间上可以明显区分的功能折叠实体， 称为结构域。细胞表面蛋白CD4分子4个相似结构域49维持三级结构的作用力二硫键共价键疏水作用） 氢键非共价键（次级键）

12、离子键 范德华力丿(quaternary structure)亚基(subunit)蛋白质分子由两条或两条以上肽链组成，每条肽链各自形成了独立的三级 结构，分子中的每一个具有独立三级结 构的肽链，称为亚基。51蛋白质的四级结构概念指亚基间的空间排布、亚基间相 互作用与接触部位的布局。亚基间的结合力主要是疏水作用、 氢键和离子键。PrimarystructureSecondarystructureTertiarystructureQuaternarystructurea HelixPolypeptide chainAssembled subunitsAmino acidresidues54聚合体

13、t球状蛋白蛋白质的四级结构蛋白质的三级结构.结构域/亚基t超二级结构（模体）t蛋白质的二级结构t55蛋白质的一级结构五、蛋白质的分类1.根据组成分类单纯蛋白质：全部由aa组成。结合蛋白质：除蛋白部分外， 还含非蛋白部分。2.根据蛋白质形状分类纤维蛋白质：分子状如纤维，其长轴 比短轴大于10 :1球状蛋白质：分子状如球形或椭圆形57第3节蛋白质结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系（一）一级结构是空间构象的基础牛胰核糖核酸酶的变性与复性有活性无活性(二) 一级结构与功能的关系1 一级结构相似的蛋白质功能相似例如：胰岛素一各种来源的胰岛素氨基酸的序列高 度同源，这也就决定了它们功能的同源，

14、都具有调 节血糖的功能。4IO10販一疔一组一專一辑Y甘aMSH 州C-f知一酪一停-r >级罪一厂矗一镇一COSH2智一一犬一(X)ACTH、a-MSH和卩MSH级结构比较（三）一级结构改变与分子病HbS与HbA的区别卜亚基第6位氨基酸残基正常人：Glu患者：Vai纶田胞性状正常t信使RNA 齢密码tDNA #0镰状红细胞贫血的分子机制二、蛋白质空间结构与功能的关系<-）蛋白质的功能依赖于特定的空间结构蛋白质的功能依赖于蛋白质的空间 结构。没有适当的空间结构，蛋白质就 不能发挥它的生物学功能。1 酶原激活、各种蛋白质凝前体的加工和激活；2 激素前体的激活。比较Mb和Hb的功能畢饱

15、和度'、MbHb动脉血95%95%肌肉休息80%95%75%肌肉工作80%10%功能储存。2运输。27070变构效应蛋白质分子与它的配体结合后构象发生变化，其功能也随之变化的现象，称为变构效应。协同效应蛋白质分子中的1个亚基与其的配体 结合后，能影响其它亚基与配体的结合，称 为协同效应。促进正协同效应抑制负协同效应69（三）蛋白质构象改变与疾病蛋白质的折叠发生错误严重时可以导致疾病的发生，这类疾病称为蛋白质构 象疾病。人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、 亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。航病毒麻病毒（prion）是一种 不同于病毒、类病毒、细菌、 霉菌、寄生虫的传染性病原 体。它不含有核酸，单纯由

16、 蛋白质组成。阮病毒蛋白有两种构象： 细胞型（PrP9和搔痒型（PrP） 细胞型（PP9是一种正常无害 的蛋白质，可能与神经系统功 能维持有关。肮病毒电镜照片71人和动物神经退行性病变,疯牛病具传染性，发病时主要表现为视物 模糊、平衡障碍、肌肉收缩和不随 意运动现象等，一般在出现症状后可能机制：2年内死亡。prpc -prpsci >Prpsc聚集淀粉 样纤维沉 淀。未知蛋白质70第4节蛋白质的理化性质及其分离纯化、蛋白质的理化性质(一) 两性解离和等电点蛋白质是两性电解质。在溶液中的带电状 况主要取决于溶液的pH值。/OOH +()H/ COO +oh /COO*NH +H* NH3+

17、、曲 NH2pH<pIpH=pIpH>pI等电点(pl)：在某一pH值溶液中，蛋白质酸 性基团和碱性基团的解离程度相当，蛋白质分 子所带正负电荷相等，净电荷为零，此时溶液 的pH值称为蛋白质的等电点(pl)。（二）蛋白质胶体性质蛋白质分子颗粒大小l-100nm之间,属胶体颗粒范围在溶液中能形成稳定的胶体 蛋白质胶体稳定原因:表面形成水化层表面同种电荷的斥力(三) 蛋白质的变性与沉淀1.蛋白质的变性作用概念：在某些理化因素作用下，蛋白质 的构象被破坏，失去其原有的性质和 生物活性，称为蛋白质的变性作用 (denaturation) o变性后的蛋白称为变性蛋白质。77常见的变性因素：化

18、学因素 强酸、强碱、有机溶剂、生物碱、尿素、肌、 重金属物理因素热、紫外线、超声波、剧烈振荡7R变性蛋白质的主要特征(1) 蛋白质分子中的次级键断裂，构象破坏, 但不涉及肽键的破坏，一级结构不变。(2) 生物活性丧失。(3) 变性蛋白质的溶解度常降低.粘度增加 而扩散系数减小。(4) 变性蛋白质容易消化。蛋白质的复性(renaturation)除去变性因素后，有的变性蛋白质又可 恢复其天然构象和生物活性，这一现象称为 蛋白质的复性。2蛋白质的沉淀概念：当破坏了维持蛋白质胶体稳定的因素甚 至蛋白质的构象时，蛋白质就会从溶液中析 出，这种现象称为蛋白质的沉淀。3 蛋白质的凝固蛋白质的沉淀物被加热后，形成不易溶于强酸和强碱的凝块。（四）紫外吸收性质酪氨酸（Tyr）苯丙氨酸（Phe）和色氨酸（Tp）具有苯环共扼双键，在280nm有