蛋白质的主要结构以及功能含举例

1、蛋白质的主要结构以及功能含举例一、元素组成和分子量1.主要元素：C、H、O、N 稀有元素：P、Fe、Zn、Mn、I 等2.特点：N含量恒定，平均16% 100克蛋白质中含 16克N。 1克N=6.25 克蛋白质应用：凯氏定氮法测定样品中蛋白质的含量第二节 蛋白质的分子组成 2二、蛋白质的氨基酸组成1、构件分子（ building block molecule)： L-氨基酸（ amino acid,aa)3CHCOOH NH2 R（-羧基）（-氨基）（侧链/侧基）L,-氨基酸42、参与蛋白质组成的氨基酸20种 受遗传密码控制，无种族特异性 结构特点： 、除Gly外，其余都是L-氨基酸 、Pro

2、为亚氨基酸 、R基团的不同是分类的基础6分类： R基团不同：脂肪族 15种 支链：Arg Thr Val Lle Leu 直链: Asp Asn Glu Gln Lys Ser Cys Gly Ala Met 芳香族 3种 Tyr Phe Trp 杂环族 2种 His Pro7根据酸碱性分类: 酸性氨基酸: 2 个COOH、 1个-NH2 Asp Glu 碱性氨基酸: 1 个COOH、 2个碱性基团 （氨基、胍基、咪唑基） Arg Lys His 中性氨基酸: 1 个COOH、 1个-NH 极性 非极性8* 结构特点：1.含苯环: phe2.含酚羟基: Tyr3.含吲哚环: Trp4.含羟基:

3、 Ser Thr5.含硫: Cys Met6.含胍基: Arg7.含咪唑基: His 咪唑基胍基吡咯环93. 特殊氨基酸(非编码的aa) 胱氨酸-2分子Cys氧化 羟脯氨酸-Pro羟化 羟赖氨酸-Lys羟化-羧基谷氨酸-谷氨酸的羧化4. 医学营养学上将20种氨基酸分为: 8种营养必需氨基酸 12种营养非必需氨基酸11 5.理化性质 （1）两性电离、等电点 (pI)在水溶液中能两性电离而成兼性离子12 H+ H+R-CH-COO- R-CH-COO- R-CH-COOH 0H- 0H- NH2 NH3+ NH3+pIpHpI两性电离与等电点 (pI）13氨基酸的等电点(isoelectric p

4、oint,pI) 氨基酸分子呈电中性时的溶液的pH值羧基的电离度氨基中性氨基酸的pI7酸性氨基酸的pI7应用： 电泳分离蛋白质pH=pI 氨基酸呈电中性pHpI 氨基酸带负电荷16（2）紫外吸收 芳香族氨基酸特有(Tyr,Trp,phe) 吸收峰：波长280nm应用：蛋白质溶液定性、定量117CHCOOH NH2 R1COOHCHH2NR2NH2CHR1OCNHCHCOOHR2肽键肽（3）脱水成肽反应20第三节 蛋白质的分子结构一、肽键与肽(1)肽键的概念(peptide bond) 蛋白质分子中的主要共价键（酰胺键） 23CHCOOH NH2 R1COOHCHH2NR2NH2CHR1OCNH

5、CHCOOHR2肽键肽N-/H肽链氨基端肽链羧基端C-/OH24 肽键平面 单键，部分双键性质 连接肽键两端的C=O、N-H和2个C共6个原子的空间位置处在一个相对接近的平面上 相邻2个氨基酸的R侧链形成反式结构 25 （2） 肽1) 氨基酸通过肽键相连的化合物， 蛋白质不完全水解的产物。2) 氨基酸残基 （amino acid residues） 3) N-末端（H）与C末端（OH）4) 多肽(10肽）、寡肽（10肽）、 开链肽与环肽27GluCysGly5、2种结构特殊的肽GSH TRHTRH焦谷氨酸组氨酸脯氨酰胺 6、多肽与蛋白质的区别 1）氨基酸残基数 2）空间结构 3）肽链数 29二

6、、蛋白质结构及其规律性蛋白质分子的四级结构空间结构（构象，conformation） 蛋白质分子的二、三、四级结构蛋白质分子空间结构的了解 X-线衍射、结晶电子云密度、圆二色性 30（一）蛋白质的一级结构（primary structure）1、定义：（1）多肽链中氨基酸（残基）的排列顺序。（2）是蛋白质的基本结构。（3）是空间结构、生理功能的基础。 2、维系键 肽键（二硫键）32 （二）蛋白质的二级结构（second structure） 1、定义： 多肽链中相邻氨基酸残基形成的 局部肽链空间结构， 其主链原子的局部空间排布。 2、形式： 螺旋、折叠、转角、无规卷曲 34螺旋（-helix)

7、主链右手螺旋（单链）3.613螺旋氢键方向与螺旋纵轴平行， 链内氢键是螺旋稳定的主要因素侧链基团位于螺旋外，不参与的组成， 但对螺旋的形成与稳定有影响螺旋稳定蛋白质空间构象35-转角（-turn）肽链出现1800转回折的“U”结构由第1个氨基酸残基的C=O 与第4个氨基酸残基的N-H形成氢键， 中间包括1012个原子， 较螺旋紧密常位于球蛋白分子表面， 为蛋白质活性的重要空间结构部分36-螺旋（ -helix)左手螺旋4.418，氢键维系螺旋稳定多见于胶原蛋白，3股左手螺旋盘绕 形成右手超螺旋后转变为胶原纤维37无规卷曲（ random coil）是蛋白质中一系列无序构象的总称是蛋白质分子结构

8、与功能的重要肽段蛋白质二级结构主要的维系键：氢键48 蛋白质的超二级结构 （super secondary structure） 和结构域（domain）蛋白质的超二级结构（模体，motif）蛋白质多肽链上的一些二级结构单元，有规律地聚集起来，形成，, 2, T等结构称为超二级结构。例如：基因表达调控中的转录因子（具备功能） （锌指，亮氨酸拉链、T、 2 ）49 蛋白质的超二级结构 （super secondary structure） 和结构域（domain）结构域（domain）单个或多个超二级结构进一步集结形成在蛋白质分子空间结构中可明显区分的区域称为结构域。结构域又是蛋白质分子上的一个

9、功能单位，亦可称为功能域。例如：脱氢酶蛋白、细胞膜受体蛋白52接受细胞外信号分子激活细胞内信号分子 蛋白质的超二级结构 （super secondary structure） 和结构域（domain）重要性蛋白质的功能单位，二级与三级结构的重要过渡层次。蛋白质家族（protein family)：因含有一些相同的结构域，而生成一些具有相同功能的蛋白质。例如：G蛋白偶联受体家族54（三）蛋白质的三级结构 (tertiary structure)1、定义 在二级结构的基础上，包括相距较远的氨基酸残基及其侧链R基团形成的整个多肽链的空间构象。 552、蛋白质三级结构特点自然界大多数蛋白质的 空间结构

10、特征具备生物活性球状或椭圆状蛋白质形成亲水表面和疏水内核，表面也可有些“沟”“穴”维系键：疏水键举例：肌红蛋白免疫球蛋白 56（四）蛋白质的四级结构(quaternary stucture)1、定义 指几个各具独立三级结构的多肽链之 间的相互集结，并以特定的方式接触， 排列形成更高层次的大分子空间构象。 亚基（subunit)- 在蛋白质的四级结构中， 每个各具独立三级结构的多肽链称为亚基 亚基单独存在不具有生物活性。 582、特点具有四级结构蛋白质 亚基：具备三级结构 单独存在无活性不是所有的蛋白质都具有四级结构维系键：亚基间以盐键相连举例Hb59（五）维系蛋白质空间结构的非共价键蛋白质一级

11、结构蛋白质空间结构共价键非共价键二级结构三级结构四级结构肽键氢键疏水键盐键范德华力 （二硫键）65二硫键（disulfide bond）共价键由一条或二条多肽链上的Cys脱氢氧化生成主要维系结构一级结构空间结构并非所有蛋白质都含有二硫键作用加固非共价键维系的蛋白质空间结构进一步稳定蛋白质构象和生理功能67第四节 蛋白质结构与功能的关系 DNA的碱基排列顺序 蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序 蛋白质的空间构象蛋白质的功能 一级结构是基础，高级结构是关键691、一级结构不同，功能不同2、一级结构相同，功能相同3、一级结构中非关键部位氨基酸残基发生 变化，不影响生物活性。4、一级结构中关键部位氨基酸残

12、基发生变 化，可导致功能变化。一、蛋白质一级结构与功能的关系70一级结构中非关键部位氨基酸残基发生变化，不影响生物活性举例人、猪、牛胰岛素71一级结构中关键部位氨基酸残基发生变化，可导致功能变化称为分子病举例镰刀状贫血病正常人Hb (HbA)链N端第6个氨基酸为GluHbS携氧能力下降缺氧时RBC呈镰刀状脆性增加，溶血镰刀状贫血病（HbS）链N端第6个氨基酸为Val72正常人Hb(HbA)：链N端第6个氨基酸为GluHbS：链N端第6个氨基酸为Val导致：HbS携氧能力下降,缺氧时RBC呈镰刀状，脆性增加，溶血73血红蛋白病镰刀形细胞贫血症特定功能，特定构象-螺旋:指甲/毛发中角蛋白螺旋:肌腱

13、/皮肤中胶原蛋白-片层:蚕丝中丝心蛋白离子通道肌红蛋白:三级结构血红蛋白:四级结构(别构)二、空间结构和功能的关系76 概念： 生理性小分子以非共价键与具四级结构的蛋白质的非活性部位结合，改变亚基间的接触与排列（疏松或紧密），引起蛋白质构象变化、功能改变、活性增高或降低。 别构作用（allosteric effect）77O2 HbO2松弛态 Hb紧张态Hb的别构调节O2O2O2O2Hb-别构蛋白O2-别构剂78意义：根据生物体环境的变化，不断调整蛋白质的活性，以便更好地完成其生理功能举例：HbA 22+血红素 亚基之一与O2结合 导致亚基间的盐键断裂 构象轻微变化 （紧密T型 松弛R型） 其

14、它亚基与O2结合力85构象改变，功能改变 (分子伴侣)蛋白质构象疾病一级结构正确，空间构象改变蛋白质折叠错误举例人纹状体脊髓变性病老年痴呆症亨丁顿舞蹈病疯牛病(朊病毒PrP)86第六节 蛋白质的理化性质大分子胶体颗粒蛋白质分子直径10nm亲水胶体电荷层水化层应用透析方法分离蛋白质蛋白质沉淀一、大分子亲水胶体性质88多价兼性离子N端：-NH2C端：-COOHR基团 在不同pH溶液中电离，带不同电荷等电点大多数人体蛋白质pI=5.0在pH7.4环境下成阴离子应用电泳方法分离、纯化、定量蛋白质二、两性电离与等电点pH 8.6 电泳缓冲液 白蛋白 1 2 原点 89紫外特征性吸收峰=280 nm 应用蛋白质定性、定量方法三、紫外吸收特征与蛋白质定量分析901、概念 在物理或化学因素作用下，蛋白质空间结构破坏,一级结构未破坏，理化性质改变（溶解度降低）、生物活性丧失。 四、蛋白质的变性(denaturation