-蛋白质化学ppt课件

1、 第二章第二章 蛋白质化学蛋白质化学 主要内容：引见蛋白质的构件单位主要内容：引见蛋白质的构件单位氨基酸的构造、氨基酸的构造、分类、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的构造、性质以及分类、性质及肽的概念，重点讨论蛋白质的构造、性质以及构造和功能的相互关系。构造和功能的相互关系。思索思索 目录目录第一节第一节 蛋白质通论蛋白质通论第二节第二节 蛋白质的根本构件单位蛋白质的根本构件单位氨基酸氨基酸第三节第三节 蛋白质的构造蛋白质的构造第四节第四节 蛋白质的构造与功能蛋白质的构造与功能第五节第五节 蛋白质的重要性质蛋白质的重要性质思索思索第一节第一节 蛋白质通论蛋白质通论一、蛋白质的化学概念和功能的多样

2、性一、蛋白质的化学概念和功能的多样性二、蛋白质的分类二、蛋白质的分类三、蛋白质的元素组成三、蛋白质的元素组成四、蛋白质构造的组织层次四、蛋白质构造的组织层次蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 蛋白质平均含蛋白质平均含N N量为量为1616, ,这是凯氏定这是凯氏定氮法测蛋白质含量的实际根据：氮法测蛋白质含量的实际根据： 蛋白质含量蛋白质含蛋白质含量蛋白质含N N量量6.256.25主要元素主要元素 C(50 % -55%) H (6.9 % -7.7%) C(50 % -55%) H (6.9 % -7.7%) O (21 % -24%) N (15 % -17.6%) O (21 % -24%

3、) N (15 % -17.6%) S (0.3 % -2.3%) S (0.3 % -2.3%) 微量元素微量元素 P P、FeFe、CuCu、ZnZn、MoMo、I I、Se Se 等。等。蛋白质的分类蛋白质的分类根据分子根据分子外形分类外形分类球状蛋白质球状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质结合蛋白质结合蛋白质根据组根据组成分类成分类简单蛋白质简单蛋白质活性蛋白质如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、活性蛋白质如酶蛋白、转运蛋白、运动蛋白、 维护和防御蛋白、受体蛋白维护和防御蛋白、受体蛋白.根据功根据功能分类能分类非活性蛋白质如硬蛋白、角蛋白非活性蛋白质如硬蛋白、角蛋白不完全蛋白质不完全蛋白质根据营

4、养根据营养价值分类价值分类完全蛋白质完全蛋白质根据溶解根据溶解度分类度分类水溶性蛋白质水溶性蛋白质盐溶性蛋白质盐溶性蛋白质醇蛋性白质醇蛋性白质碱溶性蛋白质碱溶性蛋白质酸溶性蛋白质酸溶性蛋白质简单蛋白质分类简单蛋白质分类结合蛋白质分类结合蛋白质分类蛋蛋白白质质构构造造的的主主要要层层次次一级构造一级构造四级构造四级构造二级构造二级构造三级构造三级构造primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernary struc

5、turequariernary structure蛋白质的主要生理功能蛋白质的主要生理功能 蛋白质protein是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎一切的生命活动和生命过程。因此，研讨蛋白质的构造与功能一直是生命科学最根本的命题。 生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的表达者，具有以下主要功能：催化功能；构造功能；调理功能；催化功能；构造功能；调理功能；防御功能；运动功能；运输功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；贮藏功能信息功能；贮藏功能 第二节第二节 蛋白质的根本构件单位蛋白质的根本构件单位氨基酸氨基酸一、生物体内的氨基酸类别一、生物体内的氨基酸

6、类别二、常见的蛋白质氨基酸的特点及构造通式二、常见的蛋白质氨基酸的特点及构造通式三、二十种常见的蛋白质氨基酸分类及构造三、二十种常见的蛋白质氨基酸分类及构造四、氨基酸的性质四、氨基酸的性质五、蛋白质的水解五、蛋白质的水解生物体内的氨基酸类别生物体内的氨基酸类别 蛋白质氨基酸：蛋白质氨基酸： 蛋白质中常见的蛋白质中常见的20种氨基酸种氨基酸 蛋白质中的修饰性氨基酸：蛋白质组成中，除上述蛋白质中的修饰性氨基酸：蛋白质组成中，除上述20种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分别出一些稀种常见氨基酸外，从少数蛋白质中还分别出一些稀有氨基酸，它们多是相应常见氨基酸的衍生物。如有氨基酸，它们多是相应常见氨基酸的

7、衍生物。如4-羟脯氨酸、羟脯氨酸、5-羟赖氨酸等、羟赖氨酸等、-羧基谷氨酸、羧基谷氨酸、6-氮甲基氮甲基赖氨酸。赖氨酸。 非蛋白质氨基酸天然氨基酸：生物体内不参与非蛋白质氨基酸天然氨基酸：生物体内不参与蛋白质合成，呈游离或结合态的氨基酸。如蛋白质合成，呈游离或结合态的氨基酸。如-丙氨酸丙氨酸、 -氨基丁酸、瓜氨酸、鸟氨酸等。氨基丁酸、瓜氨酸、鸟氨酸等。 - -氨基酸的通式氨基酸的通式COOCOO-R group Amino group Carboxylic group H = GlycineCH3 = AlanineH N3+HJuang RH (2019) BCbasicsRC构型：分子中各

8、原子或基团之间的衔接方式称为分子的构型。组成蛋构型：分子中各原子或基团之间的衔接方式称为分子的构型。组成蛋白质的氨基酸除白质的氨基酸除GlyGly以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同以外都有手性碳原子，在三维空间上就有两种不同的陈列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为的陈列方式，它们互为镜影，这两种不同的构型分别称为D-D-型和型和L-L-型。型。 L- -氨基酸的分子构型氨基酸的分子构型(configurition)MirrorimageSame chemical propertiesStereo isomersJuang RH (2019) BCbasicsNH3NH3L氨

9、基酸氨基酸D氨基酸氨基酸氨基酸的两种立体异构体氨基酸的两种立体异构体二十种常见蛋白质氨基酸的分类、构造及三字符号二十种常见蛋白质氨基酸的分类、构造及三字符号据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需据据R R基团化基团化学构造分类学构造分类 脂肪族脂肪族A A 中性、含羟基或巯基、酸性、碱性中性、含羟基或巯基、酸性、碱性芳香族芳香族A(PheA(Phe、TyrTyr、Trp)Trp)杂环杂环(His(His、Pro)Pro)据据R R基团基团极性分类极性分类极性极性R R基团基团AAAA非极性非极性R R基团基团AAAA种种不带电荷种不带电荷种据氨基、羧据氨基、羧基数分类基数分类中性：一氨

10、基一羧基中性：一氨基一羧基酸性：一氨基二羧基酸性：一氨基二羧基(Glu(Glu、Asp)Asp)碱性：二氨基一羧基碱性：二氨基一羧基(Lys(Lys、HisHis、Arg)Arg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis带电荷：正电荷种负电荷种带电荷：正电荷种负电荷种非极性非极性R R基团氨基酸基团氨基酸不带电荷极性不带电荷极性R R基团氨基酸基团氨基酸带电荷带电荷R R基团氨基酸基团氨基酸根据R基团的极性对氨基酸分类POLARNON-POLARTyrHisGlyAcidicNeutr

11、alBasicAspGluGlnCysAsnSerThrLysArgAlaValIleLeuMetPheTrpProPolar or non-polar, it is the bases of the amino acid properties.Juang RH (2019) Biochemistry甘氨酸甘氨酸 Gly,GGly,G丙氨酸丙氨酸 Ala,AAla,A缬氨酸缬氨酸 Val,VVal,V亮氨酸亮氨酸 Lue,LLue,L异亮氨酸异亮氨酸 Ile,IIle,I中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸丝氨酸 Ser,SSer,S苏氨酸苏氨酸

12、Thr,TThr,T半胱氨酸半胱氨酸 Cys,CCys,C甲硫氨酸甲硫氨酸 Met,MMet,M酸性氨基酸及酰胺酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸天冬氨酸 Asp,DAsp,D谷氨酸谷氨酸 Glu,EGlu,E天冬酰胺天冬酰胺 Asn,NAsn,N谷氨酰胺谷氨酰胺 Gln,QGln,Q碱性氨基酸碱性氨基酸赖氨酸赖氨酸 Lys,KLys,K精氨酸精氨酸 Arg,RArg,R组氨酸组氨酸 His,HHis,H杂杂 环环氨基酸氨基酸杂环氨基酸杂环氨基酸组氨酸组氨酸 His,HHis,H脯氨酸脯氨酸 Pro,PPro,P芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe,FPhe,F酪氨酸酪氨酸 Tyr,YTyr

13、,Y色氨酸色氨酸 Trg,WTrg,WLeu L-C-C-CONH2-C-CONH2-C-COOH-C-C-COOH-H-CH3-C-OH-C-SH-C-C-S-CPPro-C-C C N N+ -C-C-C-C-NH3+-C-C- -OH-C-NSouth lineSouth lineCircular lineCircular lineCentral lineCentral lineNorth lineNorth lineNorthwest lineNorthwest lineAliphaticAmideAcidicImino,CircularBasicSulfurHydroxyAromat

14、icAromatic-C-C-C-N-C-N N+= C-C-C-C C-C-C-C C C-C C C C HN C-COOH a-C-C OHGln QAsn NAsp DGlu EPhe FArg RLys KHis HGly GAAAlaVValI IleYTyrSer SThr TMet MCys C氨基酸R基团化学构造Trp WJuang RH (2019) BCbasicsNortheast lineNortheast line 特殊氨基酸特殊氨基酸(Special amino acids) Gly 无光学活性无光学活性(optically inactive) CHH-OOC+H

15、3N蛋白质多肽中蛋白质多肽中GlyGly残基的存残基的存在将添加其构在将添加其构造区域的柔性，造区域的柔性，而而ProPro残基的残基的存在那么相反，存在那么相反，将会添加其构将会添加其构造区域的刚性，造区域的刚性，具环式构造的具环式构造的亚氨基酸亚氨基酸(ring structure and imino acid) 特殊氨基酸特殊氨基酸(Special amino acids) Pro蛋白质多肽中蛋白质多肽中ProPro残基的存在将会残基的存在将会添加其构造区域添加其构造区域的刚性，而的刚性，而GlyGly残残基的存在那么相基的存在那么相反，将添加其反，将添加其构造区域的柔性构造区域的柔性具

16、有活性的巯基具有活性的巯基 (active thiol)易氧化构成二硫键易氧化构成二硫键(disulfide bond), 可用作复原剂可用作复原剂( reducing reagent) 特殊氨基酸特殊氨基酸(Special amino acids) Cys 特殊氨基酸特殊氨基酸(Special amino acids) His组氨酸侧链组氨酸侧链为一个咪唑为一个咪唑基，在酸碱基，在酸碱催化中起重催化中起重要作用要作用咪唑基咪唑基特殊氨基酸特殊氨基酸(Special amino acids) Phe, Tyr 和和Trp蛋白质分子中蛋白质分子中Phe, TyrPhe, Tyr和和TrpTrp残

17、基的存在使得残基的存在使得蛋白质在近紫外区蛋白质在近紫外区(220-300nm)(220-300nm)有特征性吸收有特征性吸收 四、氨基酸的性质四、氨基酸的性质1 1、光学活性和光谱性质、光学活性和光谱性质2 2、两性解离性质和等电点、两性解离性质和等电点 3 3、重要化学反响、重要化学反响 与茚三酮反响与茚三酮反响: :用于氨基酸定量定性测定用于氨基酸定量定性测定 与与2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)的反响的反响sangersanger反响反响: :用于蛋白质用于蛋白质N-N-端测定端测定. . 与苯异硫氰酸与苯异硫氰酸PITCPITC的反响的反响EdmanEdm

18、an反响：反响： 用用于蛋白于蛋白N-N-端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的根据。端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的根据。 与与5 5 - -二甲基萘二甲基萘-1-1-磺酰氯反响磺酰氯反响DNSDNS反响：反响： 产生有荧光的产生有荧光的DNS-DNS-氨基酸衍生物，用于蛋白氨基酸衍生物，用于蛋白N-N-端测定。端测定。 成肽反响：氨基酸合成肽的反响根底成肽反响：氨基酸合成肽的反响根底氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点pIpH = pIpH = pI 净电荷净电荷=0=0 pH pIpH pI净电荷净电荷为负为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+

19、 + H+ OH- + H+ OH-(pK(pK1)1)(pK(pK2)2) 当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极挪动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点(isoelctric point)。不同不同pH时氨基酸以不同的离子化方式存在：时氨基酸以不同的离子化方式存在： H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+ H+ OH-+ H+ OH-H2NCHCOOR-正离子正离子两性离子两性离子负离子负离子 氨基酸所带静电荷为氨基酸所带静电荷为“零时，溶液的零时，溶液的pH值称为该氨基酸值称为该氨基酸的等电点的等电点isoel

20、ectric point，以，以pI表示。表示。 实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子方式存在，但也有实验证明在等电点时，氨基酸主要以两性离子方式存在，但也有少量的而且数量相等的正、负离子方式，还有极少量的中性分子。少量的而且数量相等的正、负离子方式，还有极少量的中性分子。 当溶液的当溶液的pH=pIpH=pI时，氨基酸主要从两性离子方式存在。时，氨基酸主要从两性离子方式存在。 pHpIpHpIpHpI时，氨基酸主要以负离子方式存在。时，氨基酸主要以负离子方式存在。 H3NCHCOOHRH3NCHCOOR-+H2NCHCOOR-H2NCHCOOHR氨基酸的解离常数和等电点氨基酸的解离常数和

21、等电点 甘氨酸甘氨酸 Gly G氨基酸氨基酸 丙氨酸丙氨酸 Ala A 缬氨酸缬氨酸 Val V亮氨酸亮氨酸 Leu L Leu L 异亮氨酸异亮氨酸 Ile I丝氨酸丝氨酸 Ser S Ser S苏氨酸苏氨酸 Thr Thr T T天冬酰胺天冬酰胺 Asn B Asn B谷氨酰胺谷氨酰胺 Gln Z Gln Z-COOH pKa-COOH pKa-+NH3 pKa-+NH3 pKaR R基基 pKa pKapIpI2.342.342.342.342.322.322.362.362.362.362.212.212.632.632.092.092.282.282.022.022.172.179.

22、609.609.699.699.629.629.609.609.689.689.159.1510.4310.439.829.829.219.218.88.89.139.135.975.976.026.025.975.975.985.986.026.025.685.686.536.535.025.025.755.755.415.415.655.65半胱氨酸半胱氨酸 Cys C Cys C甲硫氨酸甲硫氨酸 Met M Met M 8.338.33SHSH氨基酸的解离常数和等电点氨基酸的解离常数和等电点( (续续) )精氨酸精氨酸 Arg R Arg R氨基酸氨基酸赖氨酸赖氨酸 lys K lys

23、K组氨酸组氨酸 His H His H 苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe F Phe F酪氨酸酪氨酸 Tyr Y Tyr Y色氨酸色氨酸 Trp W Trp W脯氨酸脯氨酸 Pro P Pro P-COOH pKa-COOH pKa-+NH3 pKa-+NH3 pKaR R基基 pKa pKapI1.831.832.202.202.382.381.991.992.092.092.192.192.172.172.182.181.821.829.139.139.119.119.399.3910.6010.609.829.829.679.679.179.1710.7810.789.219.2110.60(O

24、H)12.48胍基胍基10.53+ NH36.00咪唑基咪唑基5.48 5.48 5.665.665.895.896.30 6.30 2.972.973.223.2210.7610.769.749.747.597.59天冬氨酸天冬氨酸 Asp D Asp D谷氨酸谷氨酸 Glu E Glu E 3.86COOH4.25+NH3(a) 氨基酸的酸碱滴定曲线氨基酸的酸碱滴定曲线 Henderson-Hasselbalch方程方程pH=pKa + lg 质子受体质子受体 质子供体质子供体 酸碱滴定曲线酸碱滴定曲线等电点的计算等电点的计算 (b) 等电点的计算等电点的计算 中性氨基酸：以中性氨基酸：以

25、GlyGly为例为例 H+2=K1K2pH=pK1+pK2/2pI=pK1+pK2/2pI =2.34+9.60/2=5.97GlyK1=Gly H+Gly+K2=Gly- H+GlypIpI时，时，Gly+ = Gly- Gly H+K1=Gly K2H+H3NCH2COOHH3NCH2COO-+H2NCH2COO-Gly+Gly+-Gly-H+K1H+K2酸性氨基酸，以酸性氨基酸，以AspAsp为例：为例：Asp+Asp-Asp=Asp+碱性氨基酸，以碱性氨基酸，以Lys为例：为例：Lys+甘甘氨氨酸酸滴滴定定曲曲线线甘氨酸盐酸盐甘氨酸盐酸盐A+A+等电点甘氨酸等电点甘氨酸A A甘氨酸钠甘

26、氨酸钠A-A-一氨基一羧基一氨基一羧基AAAA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK1+pK2谷氨酸谷氨酸A A和赖氨酸和赖氨酸B B滴定曲线和等电点计算滴定曲线和等电点计算一氨基二羧基一氨基二羧基AAAA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK1+pK2二氨基一羧基二氨基一羧基AAAA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK2+pK3B BA ApK1pK1pK2pK2pIpIpIpIpK3pK3pK3pK3pK2pK2pK1pK1参与的参与的OH-mLOH-mL数数参与的参与的OH-mLOH-mL数数pHpHpH氨基酸光学活性和光谱性质氨基酸光学活性和光谱性质1 1、旋光性：除甘氨酸外，

27、一切天然、旋光性：除甘氨酸外，一切天然-氨基酸都有不对称碳氨基酸都有不对称碳原子，都具有旋光性。原子，都具有旋光性。2 2、紫外吸收光谱：参与蛋白质组成的、紫外吸收光谱：参与蛋白质组成的2020种氨基酸中色氨酸种氨基酸中色氨酸(Trp)(Trp)、酪氨酸、酪氨酸(Tyr)(Tyr)和苯丙氨酸和苯丙氨酸(Phe)(Phe)的的R R基团中含有苯环共基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收 maxmax分别为分别为279-280279-280、275-278275-278、和、和257-259nm257-259nm。由

28、于大。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。可测定蛋白质含量。TryTryTyrTyrPhePhe的的 紫紫外外吸吸收收光光谱谱摩尔吸收系数摩尔吸收系数波长波长(nm)(nm)279279280nm280nm275275278n278nm m257257 259nm259nm氨基酸与茚三酮反响氨基酸与茚三酮反响+3H20茚三酮茚三酮( (无色无色) )NH3CO2 RCHO+复原性茚三酮复原性茚三酮紫色化合物紫色化合物( (弱酸弱酸) )加热加热+ 2NH3 +复原性茚三酮复原性茚三酮 茚三酮茚三酮H氨基

29、酸与氨基酸与2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)的反响的反响sangersanger反响反响DNFBdinitrofiuorobenzeneDNP-AA(黄色黄色)+ HF弱硷中弱硷中氨基酸氨基酸氨基酸与苯异硫氰酯氨基酸与苯异硫氰酯PITCPITC的反响的反响EdmanEdman反响反响PITCphenylisothiocyanate+苯乙内酰硫脲衍生物苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) phenylisothiohydantion-AA弱硷中弱硷中(400 C)(硝基甲烷硝基甲烷 400 C)H+氨基酸与氨基酸与5 5- -二甲基萘二甲基萘-1-1-磺酰氯反响的反响磺

30、酰氯反响的反响DNSDNS反响反响 +DNS5 -dimethyl-amino-naphthalene-1-sulfonyl chloride DNS氨基酸氨基酸黄色，荧光黄色，荧光氨基酸的成肽反响氨基酸的成肽反响NH2COOH1NH2COOH2NH2C NCOOHOH21Dehydration-H2OCarbodiimideJuang RH (2019) BCbasics五、蛋白质的水解五、蛋白质的水解根据水解程度分类根据水解程度分类 完全水解完全水解 氨基酸混合物氨基酸混合物 不完全水解不完全水解 大小不等的肽和氨大小不等的肽和氨基酸基酸 水解方法水解方法 酸水解：多数氨基酸稳定，不引起消

31、旋作用；酸水解：多数氨基酸稳定，不引起消旋作用；TrpTrp完全被破坏，羟基氨基酸部分分解，完全被破坏，羟基氨基酸部分分解，GlnGln和和AsnAsn的酰的酰胺基被水解下来。胺基被水解下来。 碱水解：碱水解： Trp Trp稳定；多数氨基酸被不同程度破坏稳定；多数氨基酸被不同程度破坏，且产生消旋景象，且产生消旋景象，ArgArg脱氨。脱氨。 酶水解：不产生消旋作用，也不破坏氨基酸，但酶水解：不产生消旋作用，也不破坏氨基酸，但需多种酶协同作用。需多种酶协同作用。蛋白质构蛋白质构造的层次造的层次一级构造一级构造四级构造四级构造primary structureprimary structure二

32、级构造二级构造secondary structuresecondary structure三级构造三级构造Tertiary structureTertiary structurequariernary structurequariernary structure共共价价构构造造三三维维构构造造超二级构造超二级构造构造域构造域 supersecondary structure supersecondary structureStructure domainStructure domain一、一、 蛋白质的一级构造及研讨蛋白质的一级构造及研讨1 1、蛋白质中氨基酸的衔接、蛋白质中氨基酸的衔接 方式

33、和一级构造方式和一级构造2 2、肽键和肽链的性质、肽键和肽链的性质3 3、天然存在的活性肽、天然存在的活性肽4 4、一级构造测定、一级构造测定 肽肽(peptide)是氨基酸的线性聚合物，因此也常称肽链是氨基酸的线性聚合物，因此也常称肽链(peptide chain)。蛋白质是由一条或多条多肽链构成的大分。蛋白质是由一条或多条多肽链构成的大分子，蛋白质分子中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置子，蛋白质分子中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级构造。称为蛋白质的一级构造。蛋白质中氨基酸的衔接方式蛋白质中氨基酸的衔接方式肽单位肽单位肽键肽键 多肽链构造表示图多肽链构造表示图A。肽单位

34、肽单位蛋白质的一级构造蛋白质的一级构造多肽链中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置多肽链中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级构造称为蛋白质的一级构造(primary structure)(primary structure)。这是蛋。这是蛋白质分子构造的根底，包含了决议蛋白质分子一切高白质分子构造的根底，包含了决议蛋白质分子一切高级构造层次构象和生物功能的全部信息。级构造层次构象和生物功能的全部信息。例：牛胰岛素的一级构造例：牛胰岛素的一级构造二、二、 蛋白质的三维构造蛋白质的三维构造1 1、根本知识、根本知识 研讨蛋白质构象重要方法研讨蛋白质构象重要方法 多肽主链折叠的空间限制

35、多肽主链折叠的空间限制 R R基团间的相互作用及稳定基团间的相互作用及稳定 蛋白质三维构象的作用力蛋白质三维构象的作用力2 2、三维构造层次、三维构造层次 二级构造二级构造 纤维状蛋白质的构造纤维状蛋白质的构造 超二级构造和构造域超二级构造和构造域 球状蛋白质的三级构造球状蛋白质的三级构造 蛋白质的四级构造蛋白质的四级构造肽单位多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制 HCCNCOJuang RH (2019) BCbasics肽基的肽基的C C、O O和和N N原子间的共振相互作用原子间的共振相互作用共振产生的重要结果：共振产生的重要结果：限制绕肽键的自在旋转：给主肽链的每一氨基酸残基只

36、保限制绕肽键的自在旋转：给主肽链的每一氨基酸残基只保管两个自在度管两个自在度构成酰胺平面：构成酰胺平面：产生键的平均化：使肽键具部分双键性质产生键的平均化：使肽键具部分双键性质 肽键呈反式构型：留意肽键呈反式构型：留意X-ProX-Pro序列中的肽键既可以是顺式也序列中的肽键既可以是顺式也可以是反式可以是反式共振杂化体共振杂化体Pro构成的肽链天然存在的活性肽天然存在的活性肽 类别：激素、抗菌素、辅助因子类别：激素、抗菌素、辅助因子 实例：谷胱甘肽实例：谷胱甘肽(glutathione)(glutathione) 短杆菌肽短杆菌肽S S促甲状腺素释放因子促甲状腺素释放因子TRHTRH - -天

37、冬氨酰天冬氨酰- -苯丙氨酸甲酯甜味剂是苯丙氨酸甲酯甜味剂是 人工合成的肽。目前国际上研讨人工合成活性肽是人工合成的肽。目前国际上研讨人工合成活性肽是一热点领域主要是生物资料用一热点领域主要是生物资料用 谷胱甘肽在体内参与氧化复原过程，作为某些氧化复原酶的辅因子，或维护巯基酶，或防止过氧化物积累。辅助因子辅助因子复原型谷胱甘肽复原型谷胱甘肽reduced glutathionereduced glutathione复原型谷胱甘肽复原型谷胱甘肽(GSH)(GSH)氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽(GSSG)(GSSG)2H2H2 毒素毒素 鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱抗生素抗生素短杆菌肽短杆菌肽S S(鸟氨酸鸟

38、氨酸)肽类激素肽类激素牛催产素牛催产素bovine oxytocin牛加压牛加压 素素bovine vasopressin 舒缓激肽舒缓激肽bradykinin甜味剂甜味剂 - -天冬氨酰天冬氨酰- -苯丙氨酸甲酯苯丙氨酸甲酯CH2NH2 CH C NH CH C OO CH2COOH O CH3将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序 将肽段分别并测出顺序将肽段分别并测出顺序专注性裂解专注性裂解末端氨基酸测定末端氨基酸测定拆开二硫键拆开二硫键纯化蛋白质纯化蛋白质蛋白质序列测定蛋白质序列测定根本方法道路根本方法道路根本战略：根本战略： 片段重叠法氨基酸顺序直测法片段

39、重叠法氨基酸顺序直测法 根本步骤：根本步骤： (1) (1) 分别纯化蛋白质，测定氨基酸分别纯化蛋白质，测定氨基酸 种类、数目、含量；种类、数目、含量； (2) (2) 进展末端分析，确定多肽链数目，进展末端分析，确定多肽链数目， (3) (3) 拆分多肽链，断开多肽链内二硫键；拆分多肽链，断开多肽链内二硫键； (4) (4) 用两种以上方法裂解多肽链成较小的片段，分别分别纯化用两种以上方法裂解多肽链成较小的片段，分别分别纯化 (5) (5) 测定各肽段的氨基酸顺序；测定各肽段的氨基酸顺序； (6) (6) 确定半胱氨酸残基间构成二硫键交联桥的位置；确定半胱氨酸残基间构成二硫键交联桥的位置；

40、(7) (7) 片段重叠法重建完好多肽链一级构造。片段重叠法重建完好多肽链一级构造。蛋白质一级构造测定蛋白质一级构造测定胰岛素胰岛素 -巯基乙巯基乙醇醇碘乙酸碘乙酸二二硫硫键键的的断断裂裂多肽多肽N N、C-C-末端氨基酸的测定末端氨基酸的测定N N端测定：端测定：SangerSanger法二硝基氟苯反响法二硝基氟苯反响 DNS DNS法丹磺酰氯反响法丹磺酰氯反响 Edman Edman法苯异硫氰酸酯反响法苯异硫氰酸酯反响 氨肽酶法氨肽酶法 C C端测定：肼解法端测定：肼解法 复原法复原法 羧肽酶法羧肽酶法Edman化学降解法化学降解法1、偶联反响、偶联反响2、环化反响、环化反响ATZ噻唑啉酮

41、苯胺噻唑啉酮苯胺少一个氨基酸残基的肽少一个氨基酸残基的肽3、转化反响、转化反响PTH-氨基酸氨基酸苯乙内酰硫尿氨基酸苯乙内酰硫尿氨基酸ATZ(噻唑啉酮苯胺噻唑啉酮苯胺)PTC(氨基酸氨基酸)丹磺酰氯丹磺酰氯(dansyl chlorid) (dansyl chlorid) 末端分析末端分析DNSDNS法法多肽多肽多肽多肽DNS-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸混合物混合物+ +- HCl- HCl水解水解C-C-末端分析末端分析: :肼解法肼解法NH2NH2NH2NH2DNFPC6H5CHOC6H5CHOn nDNP-AA(DNP-AA(黄色黄色) )+ +Nn n(溶于水溶于水)(1(1、2 2、3

42、.n-1)3.n-1)二亚苄衍生物，不溶于水二亚苄衍生物，不溶于水C6H5C(1(1、2 2、3.n-1)3.n-1)多肽链的部分裂解多肽链的部分裂解酶解法：如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶酶解法：如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶化学法：如溴化氰法化学法：如溴化氰法 羟胺法羟胺法溴溴化化氰氰断断裂裂法法溴化氰溴化氰溴化氰基溴化氰基溴化亚氨内酯溴化亚氨内酯肽酰高丝氨酸内酯肽酰高丝氨酸内酯N-末端肽段末端肽段亚基硫氰酸亚基硫氰酸Br-C-末端肽段末端肽段 H3 N-肽肽+ +消化道内几种蛋白酶的专注性消化道内几种蛋白酶的专注性Phe.Tyr.Trp(Arg.Lys)脂肪族脂肪族胰凝乳胰凝乳蛋白酶蛋白酶胃蛋白酶胃蛋

43、白酶弹弹 性性蛋白酶蛋白酶羧肽酶羧肽酶胰蛋白酶胰蛋白酶氨肽酶氨肽酶羧肽酶羧肽酶(Phe. Trp)氨基酸序列测定氨基酸序列测定 根本方法：根本方法：SangerSanger法法 Edman Edman降解法降解法 DNS-Edman DNS-Edman测序法测序法 蛋白质顺序仪测序蛋白质顺序仪测序EdmanEdman测序法测序法1 1、偶联反响、偶联反响2 2、环化反响、环化反响ATZATZ噻唑啉酮苯胺噻唑啉酮苯胺少一个氨基酸残基的肽少一个氨基酸残基的肽PTH-PTH-氨基酸氨基酸继续继续测序测序PTTCPTTC-肽肽片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序表示片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序表示 所

44、得资料：所得资料： 氨基末端残基氨基末端残基 H H 羧基末端残基羧基末端残基 S S 第一套肽段第一套肽段 第二套第二套肽段肽段 OUS SEO OUS SEO PS WTOU PS WTOU EOVE VERL EOVE VERL RLA APS RLA APS HOWT HO HOWT HO 确定末端氨基酸残基和肽段确定末端氨基酸残基和肽段末端残基末端残基 N N端：端：H CH C端：端：S S末端肽段末端肽段 N N端：端：HOWT CHOWT C端：端：APSAPS第一套肽段第一套肽段 HOWT OUS EOVE RLA PS HOWT OUS EOVE RLA PS第二套肽段第二

45、套肽段 HO WTOU SEO VERL APS HO WTOU SEO VERL APS 推断全顺序推断全顺序 HOWTOUSEO VERLAPS HOWTOUSEO VERLAPS 借助重叠肽确定肽段次序：借助重叠肽确定肽段次序：对角线电泳表示图对角线电泳表示图Detection of peptides joined by di-sulfides by diagonal electrophoresis.The mixture of peptides is elect-rophoresed in the horizontal direction befor treatment with pe

46、rformic acid and then in the vertical direction. X-X-射线衍射晶体构造分析表示图射线衍射晶体构造分析表示图X-X-射线管射线管衍射图底片衍射图底片计算机计算机三维电子密度图象三维电子密度图象高压高压 60KV60KVNiNi滤片滤片单晶单晶 =0.154nmDNADNA的的X X射线衍射图谱射线衍射图谱R R基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力基团间的相互作用及稳定蛋白质三维构象的作用力a.a.盐键盐键 b. b.氢键氢键 c. c.疏水键疏水键 d. d.范得华力范得华力 e.e.二硫键二硫键多肽链多肽链酰胺平面与酰胺平面与-碳原子

47、的二面角碳原子的二面角 和和角角 二面角二面角 两相邻酰胺平面之间，能以共同的两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定为定点而旋转，绕点而旋转，绕C-N键旋转的角度称键旋转的角度称角，绕角，绕C-C键旋转的角度称键旋转的角度称角。角。和和称作二面角称作二面角，亦称构象角。，亦称构象角。 =1800 =1800，=1800=1800时时完全伸展的多肽主链构象完全伸展的多肽主链构象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=00，=00时时多肽主链构象多肽主链构象酰胺平面酰胺平面R侧链侧链非键合原子非键合原子接触半径接触半径Ramachandran 构象图构象图蛋白质的二级构造蛋白质的二级构造 ( () ) 螺旋

48、螺旋helixhelix( () ) 折叠折叠-pleated sheet-pleated sheet( () ) 转角转角-turn-turn( () ) 无规那么卷曲无规那么卷曲nonregular coilnonregular coil蛋白质的二级构造蛋白质的二级构造secondary structuresecondary structure指肽链主链骨架上指肽链主链骨架上所含的羰基和亚氨基，在主链骨架环绕折叠时可以构成氢键，经所含的羰基和亚氨基，在主链骨架环绕折叠时可以构成氢键，经过这些氢键的维持固定，多肽链主链骨架上的假设干肽段可以构过这些氢键的维持固定，多肽链主链骨架上的假设干肽段

49、可以构成有规律的空间排布，作为蛋白质高级构造的构象单元，二级构成有规律的空间排布，作为蛋白质高级构造的构象单元，二级构造主要有以下类型：造主要有以下类型：(1) -螺旋螺旋 1950年美国年美国Pauling等人在研讨纤等人在研讨纤维状蛋白质构造时，提维状蛋白质构造时，提出了出了-螺旋，后来发如螺旋，后来发如今球状蛋白质分子中也今球状蛋白质分子中也存在存在-螺旋。螺旋。 - -螺旋有右手螺旋和左手螺螺旋有右手螺旋和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分旋之分，天然蛋白质绝大部分是右手螺旋，到目前为止仅在是右手螺旋，到目前为止仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。手螺旋。 -

50、螺旋构造的要点如下：螺旋构造的要点如下： 左手和右手螺旋左手和右手螺旋特征：特征：1 1、每隔、每隔3.63.6个个AAAA残基主链骨残基主链骨架以右手螺旋上升一圈，螺架以右手螺旋上升一圈，螺距距0.54nm;0.54nm;2 2 、螺旋体中一切氨基酸残、螺旋体中一切氨基酸残基基R R侧链都伸向外侧，链中的侧链都伸向外侧，链中的全部全部C=0 C=0 和和N-HN-H几乎都平行几乎都平行于螺旋轴于螺旋轴; ;3 3、每个氨基酸残基的、每个氨基酸残基的N-HN-H与与前面第四个氨基酸残基的前面第四个氨基酸残基的C=0C=0构成氢键，肽链上一切构成氢键，肽链上一切的肽键都参与氢键的构成。的肽键都参

51、与氢键的构成。 -螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。螺旋的稳定性主要靠氢键来维持。 The -CO group of peptide unit n is H-bonded to the -NH group of peptide unit (n+3).一些侧链基团虽然不参与螺旋，但他们可影响一些侧链基团虽然不参与螺旋，但他们可影响 -螺旋的稳定性螺旋的稳定性 在多肽链中延续的出现带同种电荷的极性氨基酸，在多肽链中延续的出现带同种电荷的极性氨基酸， -螺旋就不稳螺旋就不稳定。定。 在多肽链中只需出现在多肽链中只需出现pro， -螺旋就被中断，产生一个弯曲螺旋就被中断，产生一个弯曲bend或结节或结节k

52、ink Gly的的R基太小，难以构成基太小，难以构成 -螺旋所需的两面角，所以和螺旋所需的两面角，所以和Pro一样一样也是螺旋的最大破坏者也是螺旋的最大破坏者 肽链中延续出现带庞大侧链的氨基酸如肽链中延续出现带庞大侧链的氨基酸如Ile，由于空间位阻，也难以，由于空间位阻，也难以构成构成 -螺旋螺旋 特征：特征：1 1、每隔、每隔3.63.6个个AAAA残基主残基主链骨架以右手螺旋上升一圈，链骨架以右手螺旋上升一圈，螺距螺距0.54nm;0.54nm; 2 2 、螺旋体中一切氨基、螺旋体中一切氨基酸残基酸残基R R侧链都伸向外侧，链中侧链都伸向外侧，链中的全部的全部C=0 C=0 和和N-HN-

53、H几乎都平几乎都平行于螺旋轴行于螺旋轴; ; 3 3、每个氨基酸残基的、每个氨基酸残基的N-HN-H与前面第四个氨基酸残基与前面第四个氨基酸残基的的C=0C=0构成氢键，肽链上一切构成氢键，肽链上一切的肽键都参与氢键的构成。的肽键都参与氢键的构成。 螺旋helix构成要素：与组成和陈构成要素：与组成和陈列顺序直接相关。列顺序直接相关。多态性：多数为右手较稳多态性：多数为右手较稳定，亦有少数左手螺旋存定，亦有少数左手螺旋存在不稳定；存在尺寸不在不稳定；存在尺寸不同的螺旋。同的螺旋。(2) -(2) -折叠折叠 也是也是paulingpauling等人提出来的，它是等人提出来的，它是与与 - -

54、螺旋完全不同的一种构造。螺旋完全不同的一种构造。 - -折叠主链骨架以一定的折叠方式折叠主链骨架以一定的折叠方式 构成一个折叠的片层。构成一个折叠的片层。 在两条相邻的肽链之间构成氢链。在两条相邻的肽链之间构成氢链。折叠折叠-pleated sheet-pleated sheet特征：两条或多特征：两条或多条伸展的多肽链条伸展的多肽链或一条多肽链或一条多肽链的假设干肽段的假设干肽段侧向集聚，经过侧向集聚，经过相邻肽链主链上相邻肽链主链上的的N-HN-H与与C=OC=O之间之间有规那么的氢键有规那么的氢键，构成锯齿状片，构成锯齿状片层构造，即层构造，即折叠片。折叠片。类别：平行类别：平行 反平行

55、反平行N-末端末端C-末端末端氢键氢键侧链侧链R - -折叠有平行和反平行的两种方式折叠有平行和反平行的两种方式: : 每一个氨基酸在主轴上所占的间隔，平行的是每一个氨基酸在主轴上所占的间隔，平行的是0.325nm0.325nm，反平，反平 行的是行的是0.35nm0.35nm。 -转角转角 (-turn) - -转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现转角是指蛋白质的分子的多肽链经常出现180180的回折，在回折角的回折，在回折角上的构培育称上的构培育称-转角，也称发夹构造，或称转角，也称发夹构造，或称U U形转机。由第一个氨基形转机。由第一个氨基酸残基的酸残基的C=OC=O与第四个氨基酸残基的

56、与第四个氨基酸残基的NHNH之间构成氢键。之间构成氢键。Gly and Pro residuesoften occur in -turn 转角-turn特 征 ： 多 肽特 征 ： 多 肽链 中 氨 基 酸链 中 氨 基 酸残基残基n n的羰基的羰基上 的 氧 与 残上 的 氧 与 残基基n+3n+3的的氮 原 上 的 氢氮 原 上 的 氢之 间 构 成 氢之 间 构 成 氢键 ， 肽 键 回键 ， 肽 键 回折折1800 1800 。 没有一定规律的松散肽链构造，但仍是严密有没有一定规律的松散肽链构造，但仍是严密有序的稳定构造，经过主链间及主链与侧链间氢键维序的稳定构造，经过主链间及主链与侧

57、链间氢键维持其构象不同的蛋白质，自在回转的数量和方式持其构象不同的蛋白质，自在回转的数量和方式各不一样分两类：各不一样分两类：自在回转自在回转 衔接条带衔接条带 严密环如严密环如环环 环环Side chains and secondary structure Shape: Pro having a rigid ring (helix disrupter) Size: -sheet need small side chain; Leu, Ile, Trp, and Asn having bulky sides (hard to form helix) Charge: too many charg

58、ed AAs in a short region of one peptide repel each other (hard to form helix) 无无规规那那么么卷卷曲曲表表示示图图无规那么卷无规那么卷曲曲细胞色素细胞色素C C的三级构造的三级构造毛发横切面和毛发毛发横切面和毛发( (- -角蛋白的构造角蛋白的构造) ) 原纤原纤维维 细细胞胞 - -螺旋螺旋角质层鳞状细胞角质层鳞状细胞 微纤微纤维维 微纤微纤维维 大纤大纤维维纤维蛋白质纤维蛋白质 A. 堆积的堆积的-折叠片的折叠片的三维构造三维构造丝心蛋白丝心蛋白(fibroin) (fibroin) ( (- -角蛋白的构造角蛋

59、白的构造) ) B. 交替层中的交替层中的Ala(或或Ser)残基和残基和Gly残基侧链残基侧链(H原子原子)的连锁的连锁纤维蛋白质纤维蛋白质 原胶原蛋白分子中原胶原蛋白分子中的的 单链左手螺旋单链左手螺旋 一股原胶原蛋白一股原胶原蛋白分子分子胶原纤维胶原纤维原胶原蛋白的头原胶原蛋白的头胶原纤维胶原纤维(collagen fibril)(collagen fibril)中原胶原蛋白分子的陈列中原胶原蛋白分子的陈列纤维蛋白质纤维蛋白质反复构造：反复构造： -Gly-X-Y-超二级构造超二级构造 (super-secondary (super-secondary structure) struct

60、ure) 在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由假设在蛋白质分子中，特别是球状蛋白质中，由假设干相邻的二级构造单元即干相邻的二级构造单元即螺旋、螺旋、折叠片和折叠片和转角等彼此相互作用组合在一同，构成有规那转角等彼此相互作用组合在一同，构成有规那么、在空间上能识别的二级构造组合体，充任三级构么、在空间上能识别的二级构造组合体，充任三级构造的构件单元，称超二级构造。造的构件单元，称超二级构造。 类型：卷曲的卷曲类型：卷曲的卷曲 -螺旋；螺旋；单元；单元； X单元；单元； -迂回；回形拓扑构造迂回；回形拓扑构造 一些知功能的超二级构造一些知功能的超二级构造: 螺旋螺旋-回折回折-螺旋螺旋helix