生物化学-第一章 蛋白质

1、第一章第一章 蛋白质（蛋白质（proteinprotein）第一节第一节 概论概论第二节第二节 氨基酸氨基酸第三节第三节 蛋白质的结构蛋白质的结构第四节第四节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第五节第五节 蛋白质的性质及研究方法蛋白质的性质及研究方法第一节第一节 概论概论第一章第一章 蛋白质（蛋白质（proteinprotein）Primary （一）化学元素组成（一）化学元素组成 大量：大量：C H O N S 微量：微量：P Fe Cu I Zn 特点：特点： 含含N量相对稳定量相对稳定 （二）分子组成（二）分子组成 简单蛋白：仅由氨基酸简单蛋白：仅由氨基酸 组成组成结合（缀合

2、）蛋白结合（缀合）蛋白 ： Pr+非蛋白成分（辅基或配体）非蛋白成分（辅基或配体） P15P15 （一）分子大小（一）分子大小 （二）形状（二）形状 （三）组成（三）组成 （四）功能（四）功能 P15P15返回节返回节（一）分子大小（一）分子大小单体蛋白、寡聚蛋白单体蛋白、寡聚蛋白( (二二) )形状形状 按蛋白质的形状和溶解度可将蛋白质分为：按蛋白质的形状和溶解度可将蛋白质分为：纤维状蛋白质、球状蛋白质和膜蛋白质。纤维状蛋白质、球状蛋白质和膜蛋白质。构象不同，溶解性能有差别构象不同，溶解性能有差别肌红蛋白和肌球蛋白 简单蛋白：简单蛋白： 按其按其溶解性溶解性可分为可分为7 7类：类： 清蛋白

3、、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、精蛋白、组蛋白和硬蛋白组蛋白和硬蛋白（三）组成（三）组成按其按其非蛋白部分非蛋白部分的不同而分为：的不同而分为：核蛋白核蛋白( (含核酸含核酸) )、糖蛋白、糖蛋白( (含多糖含多糖) )、脂蛋白、脂蛋白( (含脂类含脂类) )、磷、磷蛋白蛋白( (含磷酸含磷酸) )、金属蛋白、金属蛋白( (含金属含金属) )及色蛋白及色蛋白( (含色素含色素) )等等 P15P15 结合蛋白：单纯蛋白质结合蛋白：单纯蛋白质+ +其他化合物（辅基）。其他化合物（辅基）。 蛋蛋白质为其主体成分，各种辅基为其次要组成。白质为其主体成分，各种辅基

4、为其次要组成。 （一）（一）Pr的共同功能的共同功能 （二）专一功能（二）专一功能构成和修复组织的构成和修复组织的N源（源（3%）；）；能量来源（能量来源（14%）；）；提供缓冲系统和体液的渗透压；提供缓冲系统和体液的渗透压；催化（酶）；调节（激素）；转运（血红蛋白）；催化（酶）；调节（激素）；转运（血红蛋白）；贮存（种子蛋白）；运动（肌动蛋白）；贮存（种子蛋白）；运动（肌动蛋白）；结构（胶原蛋白）；防御和进攻（免疫）；结构（胶原蛋白）；防御和进攻（免疫）； 红血球（红血球（血红蛋白血红蛋白） 癌细胞（癌细胞（异常蛋白异常蛋白） 牛奶（牛奶（酪蛋白酪蛋白） 萤火虫（萤火虫（荧光蛋白荧光蛋白）

5、蜘蛛网（蜘蛛网（蚕丝蛋白蚕丝蛋白）原生动物（）原生动物（动力蛋白动力蛋白） 篦麻（篦麻（篦麻蛋白篦麻蛋白）第二节第二节 氨基酸氨基酸侧链基团侧链基团结构通式结构通式P16P16返回节返回节L-P16P16已发现的氨基酸多达已发现的氨基酸多达300种种极性氨基酸极性氨基酸非极性氨基酸非极性氨基酸极性不带电荷极性不带电荷极性带正电荷极性带正电荷极性带负电荷极性带负电荷极性与非极性与蛋白质空间结构形成密切相关。极性与非极性与蛋白质空间结构形成密切相关。（一）常见蛋白质氨基酸的分类（一）常见蛋白质氨基酸的分类P17P17天冬氨酸天冬氨酸Asp、谷氨酸谷氨酸Glu共共2种。种。1. 极性带负电荷（酸性氨

6、基酸）极性带负电荷（酸性氨基酸）R- 含有含有-COOH，可解离可解离H，带负电荷带负电荷。H2NCH CCH2OHOCOHOH2NCH CCH2OHOCH2COHO2. 极性带正电荷（碱性氨基酸）极性带正电荷（碱性氨基酸）R- 含有含有NH2等，可接受等，可接受H，带正电荷带正电荷。包括精氨酸包括精氨酸Arg、赖氨酸赖氨酸Lys 、组氨酸组氨酸HisHis共共3种。种。H2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2H2NCH CCH2OHONNH胍基胍基咪唑基咪唑基H2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH （1酰胺酰胺 2 （2羟基羟基 3 （3巯基巯基 1 Gly3.极性不带

7、电荷极性不带电荷H2NCHCCH2OHOCNH2OH2NCHCCH2OHOCH2CNH2O天冬酰胺天冬酰胺Asn 谷氨酰胺谷氨酰胺Gln3.极性不带电荷极性不带电荷丝氨酸丝氨酸SerH2NCHCCH2OHOOHH2NCH CCHOHOOHCH3苏氨酸苏氨酸ThrH2NCHCCH2OHOOH酪氨酸酪氨酸Tyr3.极性不带电荷极性不带电荷H2NCHCCH2OHOSH半胱氨酸半胱氨酸Cys3 .极性不带电荷极性不带电荷 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+NH3 半胱氨酸半胱氨酸 3. 极性不带电荷极性不带电荷是极性最弱的

8、极性氨基酸是极性最弱的极性氨基酸极性最强的非极性氨基酸极性最强的非极性氨基酸H2NCH CHOHO甘氨酸甘氨酸 (Gly) 4.非极性氨基酸非极性氨基酸H2NCH CCH3OHO丙氨酸 (Ala)H2NCHCCHOHOCH3CH3缬氨酸 (Vla)H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3亮氨酸亮氨酸 （Leu）H2NCHCCHOHOCH3CH2CH3异亮氨酸异亮氨酸 (Ile)R- 为为脂肪族脂肪族，芳香族芳香族等非极性侧链等非极性侧链基团，共基团，共8种种。H2NCH CCH2OHO苯丙氨酸苯丙氨酸Phe甲硫氨酸甲硫氨酸Met色氨酸色氨酸Trp4.非极性氨基酸非极性氨基酸脯氨酸脯氨酸ProH

9、NCOHO 一些一些比较难比较难分分类类的的氨氨基酸基酸 ( (如如 TyrTyr, , GlyGly, , HisHis，MetMet) )，其性其性质质比比较模糊较模糊芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：色氨酸色氨酸Trp、酪氨酸、酪氨酸Tyr、苯丙氨酸、苯丙氨酸Phe亚氨基酸：亚氨基酸：脯氨酸脯氨酸Pro含硫氨基酸：含硫氨基酸： 半胱氨酸半胱氨酸Cys、甲硫甲硫氨酸氨酸MetH2NCHCCH2OHOOH酪氨酸酪氨酸TyrH2NCH CCH2OHO苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe色氨酸色氨酸 Trp芳香族氨基酸芳香族氨基酸脯氨酸脯氨酸 ProHNCOHO亚氨基酸亚氨基酸（二）不常见的蛋白质氨基酸（二）不常

10、见的蛋白质氨基酸P19P19（三）非蛋白质氨基酸（三）非蛋白质氨基酸返回节返回节200多种，生物学意义不甚清楚多种，生物学意义不甚清楚（一）物理性质（一）物理性质（二）两性解离（二）两性解离（三）化学性质（三）化学性质两个官能团都有极性两个官能团都有极性，离子型化合物离子型化合物1.1.溶解性溶解性2.2.熔点熔点3.3.旋光性旋光性4.4.光谱性质（紫外吸收）光谱性质（紫外吸收）1.1.溶解性：在水中溶解度各不相同，易溶于酸或碱，多溶解性：在水中溶解度各不相同，易溶于酸或碱，多数难溶于有机溶剂。数难溶于有机溶剂。 除除CysCys、TyrTyr外，均溶于水；外，均溶于水； 除除ProPro和

11、羟和羟ProPro外，均难溶于外，均难溶于乙醇和乙醚。乙醇和乙醚。2.2.熔点：氨基酸多是无色晶体，熔点一般在熔点：氨基酸多是无色晶体，熔点一般在200200300300，比相应的羧酸和胺高。比相应的羧酸和胺高。一些氨基酸具有鲜味，谷氨酸钠盐。一些氨基酸具有鲜味，谷氨酸钠盐。 除除甘氨酸甘氨酸(Gly)(Gly)外，都外，都具有旋光性。左旋用具有旋光性。左旋用（- -）表示，右旋用）表示，右旋用（+ +）表示。）表示。P25P25在近紫外区在近紫外区(220-(220-4 40000nm)nm)只有只有TyrTyr、PhePhe和和TrpTrp（芳（芳香族香族AA，含共轭体系，含共轭体系 ）有

12、有光光吸收吸收峰峰。 蛋白质的蛋白质的280nm紫外紫外吸收吸收峰在主要来其峰在主要来其Tyr、Trp残残基基 265nm280nmP25P25可见光区：都没有光吸收可见光区：都没有光吸收红外和远紫外光驱：都有红外和远紫外光驱：都有COOHCHH3N+RCOO-CHH2NRCOO-CHH3N+RpH=7pH=1 pH=10净电荷为净电荷为0兼性离子兼性离子AA0 净电荷为负净电荷为负负离子负离子AA-pK1+H+H+H+H+pK2-l水溶液或结晶状态氨基酸是以水溶液或结晶状态氨基酸是以两性离子两性离子形式存在的。形式存在的。过去认为氨基酸的晶体或在水溶液中是以不解离的中性分子存在的。过去认为氨

13、基酸的晶体或在水溶液中是以不解离的中性分子存在的。l氨基酸所带电荷取决于溶液的氨基酸所带电荷取决于溶液的pH值值两性解离方程式两性解离方程式P20净电荷为正净电荷为正正离子正离子AA+曲线中从左向右第一个拐点曲线中从左向右第一个拐点是是aa羧基解离羧基解离50%的状态，的状态，第二个拐点是氨基酸的等电第二个拐点是氨基酸的等电点，第三个拐点是氨基酸氨点，第三个拐点是氨基酸氨基解离基解离50%的状态。的状态。pKpK值是酸值是酸50%50%解离时溶液的解离时溶液的pHpH值。值。氨基酸分子所带氨基酸分子所带静电荷为静电荷为0 0时溶液的时溶液的pHpH值即为该值即为该氨基酸的等电点，简写为氨基酸的

14、等电点，简写为pI。pH pI正电荷正电荷 兼性离子兼性离子 负电荷负电荷负极移动（电场中）负极移动（电场中） 不移动不移动 正极移动正极移动pIpI值决定于兼性离子两边的值决定于兼性离子两边的p pK K值的算术平均值。值的算术平均值。2222RNHRCOOHNH2COOHpKpKpIpKpKpIpKpKpI+ += =+ += =+ += =- - - - -a aa aa aa a碱性碱性酸性酸性中性中性COOHCHH3N+RCOO-CHH2NRCOO-CHH3N+RpI-pK1+H+H+H+H+pK2-净电荷为正净电荷为正正离子正离子AA+净电荷为负净电荷为负兼性离子兼性离子AA- 净

15、电荷为负净电荷为负负离子负离子AA2-净电荷为净电荷为0正离子正离子AA0222RNHCOOHpKpKpIpKpKpI+ += =+ += =- - -a aa a碱性碱性酸性酸性R2020种氨基酸只有种氨基酸只有HisHis的咪唑基的的咪唑基的pKpK值为值为6 6，因此在，因此在pH7pH7左右有明显的缓冲容量。左右有明显的缓冲容量。血红蛋白含有较多的血红蛋白含有较多的HisHis，对于其运输，对于其运输功能是很重要的。功能是很重要的。P23亚氨基酸亚氨基酸黄色黄色用于用于-氨基酸的氨基酸的定性、定量定性、定量测测定和定和显色显色互变异构互变异构P23、24弱碱弱碱DNP-aa经层析后分离

16、、鉴定经层析后分离、鉴定 PTH-aaPTH-aa无色，易用层无色，易用层析法分离后显色鉴定析法分离后显色鉴定 R CHNH2COOHHNO2R CHOHCOOH+ N2 + H2ON来源来源氨基酸的分离、分析方法有那些？氨基酸的分离、分析方法有那些？ 分离鉴定：分离鉴定： 定性：定性： 定量：定量：第三节第三节 蛋白质的结构蛋白质的结构（peptide）（一）肽的分类和命名（一）肽的分类和命名（二）肽键（二）肽键（peptide bond）的结构和性质）的结构和性质（三）寡肽的性质（三）寡肽的性质（四）天然活性肽（四）天然活性肽P44 多肽的氨基酸顺序。多肽的氨基酸顺序。 极性极性：多肽链左

17、有氨基端或：多肽链左有氨基端或N-N-端；右有羧基端或端；右有羧基端或C-C-端。端。 主链、侧链、氨基酸残基主链、侧链、氨基酸残基 多肽的命名取从多肽的命名取从N-N-端的氨基酸残基开始，称：某氨酰某氨酰端的氨基酸残基开始，称：某氨酰某氨酰 某氨基酸。某氨基酸。 （一）肽的分类和命名（一）肽的分类和命名 1. 表示方法表示方法 2. 命名命名 3. 分类分类P44（一）肽的分类和命名（一）肽的分类和命名1. 表示方法表示方法2. 命名命名3. 分类分类 有的开链肽的有的开链肽的N N端或端或C C端的端的游离的游离的氨基氨基或或羧基被别的羧基被别的基团结合基团结合（如烷基化、酰化等）或（如烷

18、基化、酰化等）或N N端残基自身环化端残基自身环化。P44（二）肽键（二）肽键（peptide bond）的结构和性质）的结构和性质P451.肽键的结构：酰胺键肽键的结构：酰胺键sp2sp2sp3sp2P45肽键是共振杂化体肽键是共振杂化体2.肽键的性质：肽键的性质：（二）肽键（二）肽键（peptide bond）的结构和性质）的结构和性质 1.1.肽键：肽键： 2.2.肽键的性质：肽键的性质： 氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共轭共轭作用作用。因此肽键中的。因此肽键中的C-NC-N键具有键具有部分双键部分双键性质，性质，不能自由旋转。在大多数情况下，以不能

19、自由旋转。在大多数情况下，以反式结构反式结构存在。存在。 3.3.肽平面肽平面：组成肽键的：组成肽键的6 6个原子处于同一平面。个原子处于同一平面。 4.4.二面角二面角和和两个肽平面以一个两个肽平面以一个C为中心发生旋转为中心发生旋转P58理论上可以取理论上可以取-180+180间的任一值间的任一值5.多肽主链折叠的空间限制多肽主链折叠的空间限制 P58（1）主链只能以）主链只能以C为中心旋转为中心旋转（2）侧链）侧链R基团的空间位阻基团的空间位阻因此蛋白质的构象不能无限多种。因此蛋白质的构象不能无限多种。（三）寡肽的性质（三）寡肽的性质氨基酸类似的化学反应：如两性解离氨基酸类似的化学反应：

20、如两性解离双缩脲反应双缩脲反应（四）天然活性肽（四）天然活性肽 许多分子量比较小的肽以游离状态存在。这类肽通常都具有特许多分子量比较小的肽以游离状态存在。这类肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽。如：脑啡肽；殊的生理功能，常称为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽激素类多肽；抗；抗生素类多肽；生素类多肽；谷胱甘肽谷胱甘肽；蛇毒多肽等。；蛇毒多肽等。人体分泌的许多种激素属于多肽类，其中包括：促性腺激素、人体分泌的许多种激素属于多肽类，其中包括：促性腺激素、促甲状腺素释放激素、生长激素、黑素细胞抑制激素、缩胆囊促甲状腺素释放激素、生长激素、黑素细胞抑制激素、缩胆囊素、胸腺素等等。素、胸腺素等等。以生

21、物活性肽为先导，对其结构进行改造是新药研发的捷径之一以生物活性肽为先导，对其结构进行改造是新药研发的捷径之一 。P46谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH）肽键肽键含有一个活泼的含有一个活泼的SHSH氧化型的谷胱甘肽氧化型的谷胱甘肽（GSSGGSSG）。）。GSH是一种抗氧化剂，是某些酶的辅酶，可保护蛋白质分子中的是一种抗氧化剂，是某些酶的辅酶，可保护蛋白质分子中的-SH免遭氧化，免遭氧化，保护巯基蛋白和酶的活性。保护巯基蛋白和酶的活性。激活多种含巯基酶等，激活多种含巯基酶等，从而促进糖、脂肪及蛋白质代谢；保护正常组织和器官。从而促进糖、脂肪及蛋白质代谢；保护正常组织和器官。 可用作保可用作保肝药

22、物，用于美容、抗衰老等。白荻多肽美白胶囊肝药物，用于美容、抗衰老等。白荻多肽美白胶囊 CysTyrILeGlnAsnCysProLeuGlyNH2SS牛催产素CysTyrGlnAsnCysProSSPheArgGlyNH2牛加压素 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽脑啡肽 Leu-脑啡肽脑啡肽 L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu 短杆菌肽短杆菌肽S(S(环十肽环十肽) )：由细菌分泌的多肽，有时由细菌分泌的多肽，

23、有时也都含有也都含有D-D-氨基酸和一些不常见氨基酸，如鸟氨氨基酸和一些不常见氨基酸，如鸟氨酸（酸（Ornithine, Ornithine, 缩写为缩写为 OrnOrn）。）。 肽类抗生素肽类抗生素返回节返回节P441953年年F.Sanger花费了花费了10年首先测定出年首先测定出牛胰岛素牛胰岛素的氨基的氨基酸顺序，由此获得了酸顺序，由此获得了1958年的诺贝尔化学奖。现在已年的诺贝尔化学奖。现在已经有上万种不同蛋白质的一级结构被测定经有上万种不同蛋白质的一级结构被测定 。（一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构（primary structureprimary structure）（

24、一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构（primary primary structurestructure）蛋白质的一级结构的概念：蛋白质的一级结构的概念： 多肽链的氨基酸顺序。多肽链的氨基酸顺序。 多肽链内或链间二硫键的数目和位置多肽链内或链间二硫键的数目和位置。 组成蛋白质的组成蛋白质的多肽链数目多肽链数目。 其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础。蛋白质生物功能的基础。P44（二）二级结构（二）二级结构（secondary structuresecondary structure）1.定义定义多肽链的多肽链的主链主链骨架本身

25、在空间折叠和盘绕，形成骨架本身在空间折叠和盘绕，形成规则规则或周期性或周期性的折叠构象，如的折叠构象，如螺旋、螺旋、 折叠等。折叠等。RNase的的某些二级某些二级结构结构P592.2.二级结构的基本元件二级结构的基本元件（1 1）螺旋螺旋（2 2）折叠折叠（3 3）转角）转角（4 4）凸起凸起（5 5）无规卷曲）无规卷曲 Pauling获获1954年诺贝尔奖年诺贝尔奖螺旋结构螺旋结构球棍式球棍式空间填充空间填充丝带丝带P593.613螺旋螺旋纵观纵观侧面观侧面观*3.613螺旋螺旋螺旋的手性螺旋的手性常见常见螺旋（螺旋（3.63.61313螺旋）螺旋）的结构特点：的结构特点：主链：蛋白质分子

26、多为右手主链：蛋白质分子多为右手a a- -螺旋。螺旋。参数：螺距为参数：螺距为0.54nm,0.54nm,含含3.63.6个氨基酸残基，两个个氨基酸残基，两个aaaa之间的距离之间的距离为为0.15nm0.15nm，直径，直径0.5nm0.5nm。氢键：肽链内氢键，氢键的取向几乎与轴平行，稳定螺旋结构。氢键：肽链内氢键，氢键的取向几乎与轴平行，稳定螺旋结构。R R基团位于外侧影响螺旋的形成和稳定。基团位于外侧影响螺旋的形成和稳定。其他类型的螺旋其他类型的螺旋4.416螺旋螺旋310螺旋螺旋什么样的氨基酸序列可以形成什么样的氨基酸序列可以形成螺旋？螺旋？R基团影响螺旋的形成和稳定：基团影响螺旋

27、的形成和稳定：无氨基无氨基连续同种电荷连续同种电荷R基团较大基团较大(2)(2)折叠折叠折叠股折叠股折叠片层折叠片层2个以上具个以上具折叠股相互平行排列，形成折叠股相互平行排列，形成折叠片层。折叠片层。P60Pauling提出提出 平行式平行式反平行式反平行式 (2)(2)折叠折叠主链：几乎完全伸展，呈锯齿状折叠构象。主链：几乎完全伸展，呈锯齿状折叠构象。氢键：相邻肽段形成氢键，与链的长轴接近垂直。氢键：相邻肽段形成氢键，与链的长轴接近垂直。侧链：垂直于相邻两肽平面的交线，并交替分布在片层两侧侧链：垂直于相邻两肽平面的交线，并交替分布在片层两侧类型：平行式（类型：平行式（0.32nm0.32n

28、m）和反平行式（）和反平行式（0.34nm0.34nm）(3)转角转角 转角由转角由4 4个个aaaa残基组残基组成，弯曲处的第成，弯曲处的第i i个氨基个氨基酸残基的酸残基的 -C=O -C=O 和第和第i+3i+3个残基的个残基的N-H N-H 之间形成之间形成氢键，形成一个不很稳定氢键，形成一个不很稳定的环状结构。的环状结构。 这类结构主要存在于这类结构主要存在于球状蛋白分子表面使肽链球状蛋白分子表面使肽链发生回折。发生回折。-转角模型转角模型还有还有转角转角 （ i+4 ）、）、- 转角（转角（ i+2 ） 、-转角（螺旋终止信号）转角（螺旋终止信号）P61氢键形成比较氢键形成比较4

29、5-转角氨基酸组成特点转角氨基酸组成特点Asp、Asn、Ser、Thr、Gln等极性氨基酸等极性氨基酸Gly、Pro（5）无规卷曲）无规卷曲 无一定的规则无一定的规则, ,但对一定的球蛋白而言但对一定的球蛋白而言, ,特定的区域有特定特定的区域有特定的卷曲方式的卷曲方式. .这类有序的非重复结构常构成蛋白质的功能部位这类有序的非重复结构常构成蛋白质的功能部位(4)凸起凸起 （是（是-折叠的变化）折叠的变化）（6）环形环形 是近二十年提出的，早年认为是无规卷曲是近二十年提出的，早年认为是无规卷曲的部分有一定规律可循，外形和希腊字母的部分有一定规律可循，外形和希腊字母相似。相似。 三股螺旋：三股螺

30、旋：胶原原纤维的基本胶原原纤维的基本结构单位是结构单位是原胶原原胶原：三股左旋三股左旋的肽链形的肽链形成成右手超螺旋结构右手超螺旋结构。一级结构分析表明，一级结构分析表明，肽链的肽链的96%96%都是按三都是按三联体的重复顺序：联体的重复顺序：(g1y-x-y)n(g1y-x-y)n排列而排列而成。成。x-yx-y经常是经常是ProPro或或LysLys，并经常羟基，并经常羟基化。化。P621. 模体（基序）（模体（基序）（ motif ）（1）序列模体：）序列模体：具有特殊生化功能的特定具有特殊生化功能的特定aa序列序列（2）功能模体（结构模体，超二级结构）功能模体（结构模体，超二级结构）（

31、三）三级结构部件（过渡性结构层次）（三）三级结构部件（过渡性结构层次）v 超二级结构指蛋白质中两个或多个具有二级结构的肽超二级结构指蛋白质中两个或多个具有二级结构的肽段在空间上相互接近，相互作用形成的段在空间上相互接近，相互作用形成的二级结构聚合二级结构聚合体体，又称为模体（，又称为模体（motif）。）。1973年年Rossman和和Rao分子较大的分子较大的PrP63超二级结构花样超二级结构花样P64细胞色素细胞色素C的的结构结构 细胞核抗原的细胞核抗原的结构结构 纤溶酶原的纤溶酶原的结构结构 2.结构域结构域概念：概念：多肽链盘旋折叠成多肽链盘旋折叠成相对独立的紧密球状实体相对独立的紧密

32、球状实体，由若，由若干结构模体组成的球状结构单位，称为结构域。干结构模体组成的球状结构单位，称为结构域。是球状蛋白的独立折叠单位是球状蛋白的独立折叠单位。对于较大的蛋白质分子或者亚基，往往由两个或者对于较大的蛋白质分子或者亚基，往往由两个或者两个以上相对独立的结构域缔合形成三级结构两个以上相对独立的结构域缔合形成三级结构. .P64细胞色素细胞色素b 乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 免疫球蛋白免疫球蛋白G全全结构结构 ,结构结构 全全结构结构 肌钙蛋白的两个结构域肌钙蛋白的两个结构域结构域P65结构域1.概念：概念：多肽链多肽链在二级结构基础上在空间盘绕、在二级结构基础上在空间盘绕、折叠、卷曲而形成的复

33、杂的折叠、卷曲而形成的复杂的空间构象空间构象称为蛋白质称为蛋白质的三级结构。的三级结构。（四）球状蛋白的三级结构（四）球状蛋白的三级结构（tertiary tertiary structurestructure）第一个被阐明其三级结构的第一个被阐明其三级结构的Pr是：抹香鲸是：抹香鲸肌红蛋白肌红蛋白三三级结构于级结构于1960年由年由Kendrew用用X线衍射法阐明，线衍射法阐明，P65胰岛素分子的三级结构胰岛素分子的三级结构2. 球状蛋白质三维结构特征球状蛋白质三维结构特征 同时含有几种二级结构同时含有几种二级结构 三维结构具有明显的折叠层次三维结构具有明显的折叠层次 是致密的球状或椭球状实

34、体是致密的球状或椭球状实体 疏水基团分布在内部，亲水残基暴露在分子表面。疏水基团分布在内部，亲水残基暴露在分子表面。 分子表面有空穴或裂沟分子表面有空穴或裂沟P661.概念概念由两条或两条以上具备独立三级结构的多肽链以次级由两条或两条以上具备独立三级结构的多肽链以次级键相互缔合，这样的聚集体为蛋白质的四级结构。键相互缔合，这样的聚集体为蛋白质的四级结构。其内容包括其内容包括亚基的种类、数目、空间排布及亚基间的亚基的种类、数目、空间排布及亚基间的作用。作用。2.亚基和单体亚基和单体3.寡聚蛋白和单体蛋白（亚基数目）寡聚蛋白和单体蛋白（亚基数目）4.同多聚体和杂多聚体（亚基种类）同多聚体和杂多聚体

35、（亚基种类）5.寡聚蛋白的别构效应（变构效应）寡聚蛋白的别构效应（变构效应）（五）四级结构（五）四级结构（quarternary structure）P67 仅由一个亚基组成，因此无四级结构的蛋白质称为单体蛋仅由一个亚基组成，因此无四级结构的蛋白质称为单体蛋白质；白质； 由两个或两个以上亚基组成的蛋白质统称为寡聚蛋白质，由两个或两个以上亚基组成的蛋白质统称为寡聚蛋白质，多聚蛋白质或多亚基蛋白质。多聚蛋白质或多亚基蛋白质。 2.亚基和单体亚基和单体亚基是具有四级结构的亚基是具有四级结构的Pr的基本单元，通常由一条多肽链的基本单元，通常由一条多肽链组成，有时含两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生

36、组成，有时含两条以上的多肽链，单独存在时一般没有生物活性。物活性。3.寡聚蛋白寡聚蛋白和单体蛋白（亚基数目）单体蛋白（亚基数目）4.同源多聚体和异源多聚体（亚基种类）同源多聚体和异源多聚体（亚基种类）胰岛素单体胰岛素单体胰岛素二聚体胰岛素二聚体（同源二聚体）（同源二聚体）血红蛋白（a a2 2）异源四聚体）异源四聚体5. 寡聚蛋白的变构效应寡聚蛋白的变构效应一个蛋白质与它的配体或其它蛋白质结合后，一个蛋白质与它的配体或其它蛋白质结合后，蛋白质的构象发生变化，导致其分子功能发蛋白质的构象发生变化，导致其分子功能发生改变的现象称为生改变的现象称为变构效应变构效应。一个亚基与其配体结合后一个亚基与其

37、配体结合后, ,能影响此寡聚体中能影响此寡聚体中其它亚基与配体的结合能力。其它亚基与配体的结合能力。小分子物质称为小分子物质称为变构剂变构剂。返回节返回节 离子键（盐键）离子键（盐键） 氢键氢键 疏水作用力疏水作用力 范德华力范德华力 白质结构的力量白质结构的力量共价键共价键 非共价键非共价键 导致了无机生物导致了无机生物化学的诞生化学的诞生 金属离子的配位键金属离子的配位键 P56多肽链多肽链疏水键疏水键氢键氢键二硫键二硫键离子键离子键CHCH2 2OHOH CHCH2 2OHOH范德华力范德华力维持蛋白质结构的作用力维持蛋白质结构的作用力P56蛋白质分子中氢键的形成蛋白质分子中氢键的形成常

38、见于连接在一常见于连接在一电负性很强电负性很强的原子上的的原子上的H，与另一，与另一电负性很强电负性很强的原子之间。的原子之间。氢供体：肽键氢供体：肽键中中N上氢以及上氢以及R基团上的氢基团上的氢氢受体：羰基氢受体：羰基O、侧链羟基侧链羟基O、Met的的S在二级结构的形成中特别重要，如在二级结构的形成中特别重要，如螺旋、螺旋、 折叠、折叠、 转角、转角、 凸起，在三级和四级结构中也起一定作用。凸起，在三级和四级结构中也起一定作用。生物膜的存在可能产生有生物膜的存在可能产生有“形态形态”的细胞，是生命存在的前的细胞，是生命存在的前提提二硫键二硫键维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分

39、子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构：维系蛋白质分子的二级结构：氢键氢键维系蛋白质分子的三级结构：维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力疏水相互作用力、氢键、范德华力、盐键氢键、范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构：维系蛋白质分子的四级结构：疏水相互作用力疏水相互作用力、范德华力、盐键范德华力、盐键返回章返回章一、一、Pr一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系二、二、Pr构象与功能的关系构象与功能的关系第四节第四节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系返回章返回章一、一、 一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系镰刀型镰刀型红细胞贫血红细胞贫血7 5 5 3 3 1

40、 1种种可能连接方可能连接方式中的式中的1 1种种核糖核酸酶的变性与复性1972年因核糖核酸酶分年因核糖核酸酶分子结构的研究成果，子结构的研究成果，Christian Anfinsen共共获诺贝尔化学奖。获诺贝尔化学奖。 镰刀型红细胞贫血的分子基础镰刀型红细胞贫血的分子基础HbA: Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHbS: Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys链 1 2 3 4 5 6 7 8结果：荷负电的结果：荷负电的GluGlu变为疏水性的变为疏水性的ValVal，使，使HbSHbS分子表分子表面的负电荷减少，面的负电荷减少，亲水基团

41、变为疏水基团亲水基团变为疏水基团，使，使HbSHbS分分子聚合，溶解度降低，红细胞变形，呈镰刀状，并子聚合，溶解度降低，红细胞变形，呈镰刀状，并易于破裂溶血。易于破裂溶血。574个氨基酸残基个氨基酸残基镰刀型红细胞贫血的分子基础镰刀型红细胞贫血的分子基础镰刀型红细胞贫血病镰刀型红细胞贫血病P81一级结构的局部断一级结构的局部断裂与蛋白质的激活裂与蛋白质的激活 蛋白质原的部分肽链以蛋白质原的部分肽链以特定的方式断裂后，才特定的方式断裂后，才变为活性分子变为活性分子.细胞色素细胞色素C中氨基酸残基的差异数目及分歧时间中氨基酸残基的差异数目及分歧时间 不同种属不同种属氨基酸残基的差异数目氨基酸残基的

42、差异数目分歧时间分歧时间(百万年百万年) 人人-猴猴150-60 人人-马马1270-75人人-狗狗1070-75猪猪-牛牛-羊羊哺乳类哺乳类-鸡鸡脊椎动物脊椎动物-酵母酵母010-15 43-482801,100 P85 有有28个不变残基（在各种生物中是保守的）。进一步研究个不变残基（在各种生物中是保守的）。进一步研究表明保守性氨基酸残基是保证表明保守性氨基酸残基是保证Cytc形成稳定的结构和行使功能形成稳定的结构和行使功能的关键部位。的关键部位。 通过研究通过研究40多种不同真核生物来源的多种不同真核生物来源的Cytc的一级结构，得出下的一级结构，得出下列两点结论：列两点结论： 不同物种

43、中，不同物种中，Cyt c的一级结构不同。的一级结构不同。Cyt c由由104114个个氨基酸残基组成，亲缘关系愈远，一级结构差别愈大。氨基酸残基组成，亲缘关系愈远，一级结构差别愈大。 P85一、一级结构与功能的关系一、一级结构与功能的关系返回节返回节 蛋白质的别构效应蛋白质的别构效应 肌红蛋白和血红蛋白的比较肌红蛋白和血红蛋白的比较二、高级结构与功能的关系二、高级结构与功能的关系P73二者在亚基结构、与氧结合的机制以及许多其他与功能有关二者在亚基结构、与氧结合的机制以及许多其他与功能有关的特性方面有相似之处，也有不同之处。的特性方面有相似之处，也有不同之处。P79肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线

44、肌红蛋白和血红蛋白的氧合曲线（一）肌红蛋白和血红蛋白功能比较（一）肌红蛋白和血红蛋白功能比较 1. Mb 肌肉细胞中贮存氧气；运输氧到线粒体肌肉细胞中贮存氧气；运输氧到线粒体 2. Hb 血液红细胞中运输氧气，保证各种生理血液红细胞中运输氧气，保证各种生理条件下，根据组织对氧的需求恰当地释放氧，条件下，根据组织对氧的需求恰当地释放氧，因此受到更多调节因素的影响。因此受到更多调节因素的影响。P73（二）肌红蛋白和血红蛋白的结构比较（二）肌红蛋白和血红蛋白的结构比较1962年年Kendrew和和Perutz因测定因测定Mb和和Hb的高级结构获诺贝尔化学奖的高级结构获诺贝尔化学奖1. 1. 相似的相

45、似的1-31-3结构结构（1）一级结构有不同：）一级结构有不同：Mb一条一条肽链肽链153个氨基酸残基；个氨基酸残基；Hb链链141、链链146。每条链。每条链结合结合一分子血红素辅基。一分子血红素辅基。（2）二级结构：）二级结构：8段段螺旋，螺螺旋，螺旋间由无规卷曲旋间由无规卷曲（3）三级结构相似：折叠成紧密）三级结构相似：折叠成紧密球状分子，疏水侧链大部分布球状分子，疏水侧链大部分布在分子内部，分子表面有一个在分子内部，分子表面有一个疏水疏水“口袋口袋”，血红素从此处，血红素从此处与与HisF8形成配位键。形成配位键。Mb Hb Hb肌红蛋白和血红蛋白三级结构比较肌红蛋白和血红蛋白三级结构

46、比较2.2.与氧结合的机制与氧结合的机制血红素辅基与氧结合的机制血红素辅基与氧结合的机制P75铁原子与卟啉环平面相对位置的改变铁原子与卟啉环平面相对位置的改变P75 四级结构：四级结构：4 4个亚基个亚基分分布在四面体的布在四面体的4 4个角，个角，链间以离子键结合，链间以离子键结合，有中央空穴。有中央空穴。 和和亚基形成二聚亚基形成二聚体体 ，二聚体内结，二聚体内结合紧密、二聚体间结合紧密、二聚体间结合疏松。合疏松。3.Hb3.Hb的四级结构的四级结构P7522（三）（三）Hb的别构效应的别构效应一条链氧合后一条链氧合后Fe的微小移动，牵动的微小移动，牵动HisF8连同连同F螺旋段发生位移，

47、再波及附近肽螺旋段发生位移，再波及附近肽段构象，造成两个段构象，造成两个亚基间盐键断裂，亚基间盐键断裂，Hb的三级结构随之改变，的三级结构随之改变，2个个二聚体之二聚体之间相对移动发生错位、四级结构随之改变。间相对移动发生错位、四级结构随之改变。构象的改变促进第二亚基的氧合，此种一个亚基的别构作用，促进另一亚基变构构象的改变促进第二亚基的氧合，此种一个亚基的别构作用，促进另一亚基变构的现象，称为亚基间的的现象，称为亚基间的协同效应。协同效应。 别构效应通过分子的构象变化来实现。别构效应通过分子的构象变化来实现。 Hb两种主要的构象状态：两种主要的构象状态： R态（氧合态（氧合Hb的优势构象）和

48、的优势构象）和T态（去氧态（去氧Hb的优势构的优势构象）象） 各亚基间依靠次级健联系，使整个分子呈球形，这些各亚基间依靠次级健联系，使整个分子呈球形，这些次级键对于维系次级键对于维系Hb分子空间构象有重要作用。分子空间构象有重要作用。 T态借助于盐桥被稳定。态借助于盐桥被稳定。T态亚基间态亚基间8对盐桥对盐桥 在在4亚基间的亚基间的8对盐键，它们的形成和断裂使整个分子的空间构对盐键，它们的形成和断裂使整个分子的空间构象发生变化。象发生变化。 P78Pr的结构和功能的结构和功能 一级结构是基础一级结构是基础 高级结构直接决定功能高级结构直接决定功能但近年来发现了一些固有无折叠的蛋白质，但近年来发

49、现了一些固有无折叠的蛋白质，它们松散存在但仍有活性。它们松散存在但仍有活性。返回章返回章第五节第五节 蛋白质的性质及研究方法蛋白质的性质及研究方法一、一、Pr的理化性质的理化性质二、二、Pr一级结构的测定一级结构的测定三、三、Pr的分离、纯化和分析的分离、纯化和分析四、四、Pr纯度的测定纯度的测定一、一、Pr的理化性质的理化性质（一）紫外吸收（一）紫外吸收（二）两性解离（二）两性解离（三）胶体性质（三）胶体性质（四）沉淀反应（四）沉淀反应（五）（五）Pr变性变性（六）（六） Pr水解（自学）水解（自学）（七）（七） Pr的颜色反应（自学）的颜色反应（自学）（一）紫外吸收（一）紫外吸收 280n

50、m（二）两性解离（二）两性解离 主要是可解离的主要是可解离的侧链基团。侧链基团。 等电点、等离子点等电点、等离子点P311.1.蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质蛋白质溶液具有胶体溶液的典型性质: : 如丁达尔现象；布郎运动；不能通过半透膜，因此可以应如丁达尔现象；布郎运动；不能通过半透膜，因此可以应用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。用透析法将非蛋白的小分子杂质除去。（三）胶体性质（三）胶体性质2.2.蛋白质胶体溶液的稳定性决定于：蛋白质胶体溶液的稳定性决定于： 质点的大小质点的大小 所带的电荷所带的电荷 水化作用水化作用P31 （1 1）盐析）盐析 （2 2）pIpI沉淀：沉淀： （3 3）有

51、机溶剂）有机溶剂 （4 4）重金属）重金属 （5 5）生物碱试剂）生物碱试剂 和某些酸和某些酸 （6 6）加热）加热（四）（四）Pr沉淀作用沉淀作用P31水化层水化层同种电荷同种电荷水化层、降低介电常数水化层、降低介电常数pHpH大于大于pIpI时，带负电的时，带负电的PrPr与其结合与其结合pHpH小于小于pIpI时，带正电的时，带正电的PrPr与其结合与其结合热变性导致构象解体，疏水基团外热变性导致构象解体，疏水基团外露，破坏水化层。露，破坏水化层。 在在温和条件温和条件下，通过改变溶液的下，通过改变溶液的pHpH或电荷状况，使蛋或电荷状况，使蛋白质从胶体溶液中沉淀分离。白质从胶体溶液中沉

52、淀分离。 在沉淀过程中，在沉淀过程中，结构和性质都没有发生变化结构和性质都没有发生变化，在适当，在适当的条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又的条件下，可以重新溶解形成溶液，所以这种沉淀又称为非变性沉淀。称为非变性沉淀。（四）（四）Pr沉淀作用沉淀作用 在在强烈沉淀条件强烈沉淀条件下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳下，不仅破坏了蛋白质胶体溶液的稳定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋定性，而且也破坏了蛋白质的结构和性质，产生的蛋白质沉淀不可能再重新溶解于水。白质沉淀不可能再重新溶解于水。 由于沉淀过程发生了由于沉淀过程发生了蛋白质的结构和性质的变化蛋白质的结构和性质的变化，所，所以

53、又称为变性沉淀。以又称为变性沉淀。（五）（五）Pr变性作用变性作用蛋白质受某些物理或化学因素的影响，导致其高度有规律蛋白质受某些物理或化学因素的影响，导致其高度有规律的的高级结构丧失高级结构丧失，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理，引起蛋白质理化性质改变并导致其生理活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性活性丧失。这种现象称为蛋白质的变性(denaturation)。P32（1）溶解度）溶解度（2）黏度增加）黏度增加（3）生物活性）生物活性（4）水解）水解（5）结晶）结晶（1）物理：加热、冷去、机械作用、辐射）物理：加热、冷去、机械作用、辐射（2）化学：强酸、强碱、高浓度盐、尿素、）化学：强酸、强碱

54、、高浓度盐、尿素、重金属盐、有机溶剂重金属盐、有机溶剂返回节返回节二、二、Pr一级结构的测定一级结构的测定（一）间接法（一）间接法由核苷酸序列推定由核苷酸序列推定（二）直接法（二）直接法纯化目标蛋白（纯度纯化目标蛋白（纯度97%）1. 确定肽链数目确定肽链数目2. 拆分多肽链拆分多肽链3. 打破二硫键打破二硫键P47 氨基酸分析仪的结构和原理氨基酸分析仪的结构和原理4. 分析各单链的分析各单链的aa组成（氨基酸分析仪）组成（氨基酸分析仪）5. 末端氨基酸残基的鉴定末端氨基酸残基的鉴定 P486.将肽链用两种或两种以上方法酶解将肽链用两种或两种以上方法酶解7.测定测定肽段的序列肽段的序列（蛋白质序列自动分析仪）（蛋白质序列自动分析仪）8.根据片断重叠法，推出肽链的全序列根据片断重叠法，推出肽链的全序列9.确定二硫键的位置确定二硫键的位置Ex：一个肽与：一个肽与FDNB反应后，用反应后，用5.7mol/LHCl水解后得水解后得到到DNP-Ser和和6种其它氨基酸；种其它氨基酸；用酶用酶1可将此肽切为可将此肽切为3个小肽：个小肽： Ser-Met-Lys、Arg-Thr和和Ala-Glu；后用酶后用酶2将