氨基酸多肽与蛋白质

关于氨基酸多肽与蛋白质课件第1页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五绪论Biochemistry:Neuberg,1903Chemistryoflife运用化学和物理学及生物学原理和技术，主要是化学原理来研究生命现象的学科。生物化学研究的最终目的是在分子水平揭示生命活动的本质，以及致病机制和治疗原理。第2页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五一、生物化学的内容1.叙述生化：组成与结构2.动态生化：代谢与调控3.功能生化：结构与功能第3页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五1.叙述生化：组成与结构生物体组成分（%）：

水蛋白质脂类无机盐糖类核酸55-6715-1810-153-41-2微量三大营养素：蛋白质脂类糖类第4页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五2.动态生化：代谢与调控代谢：生物体与环境的物质交换体现生命维持生命调控：为适应环境的变化而改变代谢的机制糖，蛋白质，脂肪：氧化产生ATP核酸，胆固醇，磷脂，维生素：参与机体结构和功能第5页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五3.功能生化：结构与功能细胞水平和分子水平各异的生命决定于各异的结构不同的功能具有不同的结构

分子生物学蛋白质的结构与功能核酸的结构与功能第6页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五二、生物化学的重要性重要性在于生物化学的应用性三多:每年发表论文诺贝尔奖获得者生化科学家生物学的普通语言──世界语言基础医学的关键学科第7页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五三、生物化学的学习方法1.代谢通路与酶相联系2.前后内容对照学3.整体内容贯穿起来再复习三难：体内参与反应的物质多，记忆难代谢反应途径多，功能各异，入门难大分子的结构与功能之间的关系复杂，理解难第8页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五课程学习安排本学期：生物化学（一）内容：大分子结构与功能三大代谢肝胆生化下学年第一学期：生物化学（二）内容：遗传信息的流动、生物信息的传导双语教学*课程进度表网址：/jxjd/第9页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

参考书Harper’sBiochemistry26thed. Murrayetal,2003LehningerPrinciplesofBiochemistry,4thed.Dalidetal,2005Biochemistry，3rded.DonaldVoetetal,2003王镜岩主编：《生物化学》3版，2002，高等教育出版社第10页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五氨基酸、多肽与蛋白质第四章AminoAcids，PeptidesandProteins第11页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

1833年，Payen和Persoz分离出淀粉酶。1864年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。19世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，并用氨基酸合成了多种短肽

。1938年，德国化学家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一词来描述蛋白质。

第12页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五1951年,Pauling采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构——α-螺旋(α-helix)。

1953年，FrederickSanger完成胰岛素一级序列测定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz确定了血红蛋白的四级结构。20世纪90年代以后，后基因组计划。第13页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五什么是蛋白质?蛋白质（protein）是由许多氨基酸（aminoacids）通过肽键（peptidebond）相连形成的大分子含氮化合物。第14页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五分布广：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。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80％。蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物体重要组成成分第15页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五1）作为生物催化剂（酶）2）代谢调节作用3）免疫保护作用4）物质的转运和存储5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递2.蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能第16页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五氨基酸第一节AminoAcids第17页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五一、组成人体的20种氨基酸均属于L-α-氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属L-氨基酸（甘氨酸除外）。第18页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五L--氨基酸的通式（R为侧链）RC+NH3COO-HH第19页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五氨基酸分类疏水性氨基酸极性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸第20页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸二、20种氨基酸的侧链结构及极性迥然不同此类氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。此类氨基酸在水溶液中溶解度小。第21页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五氨基酸分类（一）第22页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五中性氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。氨基酸分类（二）第23页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别有苯基、酚基和吲哚基。氨基酸分类（三）第24页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷。氨基酸分类（四）第25页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化，使之带正电荷。氨基酸分类（五）第26页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五几种特殊氨基酸

脯氨酸（亚氨基酸）第27页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH第28页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五修饰性氨基酸羟赖氨酸HO-Lys羟脯氨酸HO-Pro苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸磷酸化丝氨酸糖基化天冬酰胺糖基化第29页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质（一）氨基酸具有两性解离性质氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。第30页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子第31页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五等电点(isoelectricpoint,pI)在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。第32页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（二）氨基酸具有特征性的滴定曲线甘氨酸滴定曲线第33页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（三）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收第34页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（四）α-氨基参与多种化学反应Schiff碱醛氨基酸第35页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（五）氨基酸的α-氨基与α-羧基共同参与茚三酮反应氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。第36页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（六）一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而生成二肽，多个氨基酸缩合生成多肽。第37页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五多肽和蛋白质

PolypeptidesandProteins第二节第38页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五一、多肽和蛋白质是氨基酸的多聚体（一）氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位氨基酸通过肽键(peptidebond)

相互连接而形成多肽和蛋白质。肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。第39页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键第40页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五*肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽……*

肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。第41页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽链中有自由氨基的一端羧基末端（carboxylterminal）或C

末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链有方向性：*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。多肽链从氨基末端走向羧基末端。第42页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五N末端C末端牛核糖核酸酶第43页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（二）体内存在多种重要的生物活性肽

1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂

谷胱甘肽(glutathione,GSH)第44页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH还原酶NADPH+H+NADP+第45页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五2.体内有许多激素属寡肽或多肽第46页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五3.神经肽是脑内一类重要的肽

在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽(neuropeptide)。第47页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五组成蛋白质的元素：主要有C、H、O、N和S。有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘

。二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂第48页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

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，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：100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点：第49页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(一)蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类根据蛋白质组成成分，可分为：单纯蛋白质（simpleprotein）结合蛋白质=蛋白质部分+非蛋白质部分（conjugatedprotein）辅基（prostheticgroup）第50页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五分类辅基举例脂蛋白脂类血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核酸核糖体磷蛋白磷酸基团酪蛋白（casein）血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶金属蛋白铁铁蛋白锌乙醇脱氢酶钙钙调蛋白锰丙酮酸羧化酶铜细胞色素氧化酶结合蛋白质及其辅基第51页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五根据蛋白质形状，可分为：纤维状蛋白质球状蛋白质形状决定性质超家族（superfamily）家族（family）亚家族（subfamily）第52页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(二)蛋白质分子结构可区分为4个层次高级结构或空间构象(conformation)一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)第53页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五三、氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构肽键（主要化学键）二硫键蛋白质一级结构(primarystructure)是指蛋白质分子中，从N端到C端的氨基酸排列顺序。形成一级结构的化学键：第54页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。目录胰岛素空间结构第55页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构蛋白质二级结构(secondarystructure)是指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，并不涉及氨基酸残基侧链的构象

。第56页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)

-转角(-turn)

无规卷曲(randomcoil)

蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：

氢键第57页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（一）肽键是一个刚性的平面参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元

(peptideunit)

。第58页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（二）-螺旋是常见的蛋白质二级结构第59页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五α-螺旋连续排列的酰胺平面旋转形成面螺旋右手螺旋酰胺平面与螺旋的长轴平行一个AA0.15nm,每3.6个为一圈(0.54nm)螺旋借助相邻两圈之-NH---CO-稳定AA的侧链伸向螺旋外侧AA的大小和电荷可以影响螺旋的形成第60页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（三）-折叠使多肽链形成片层结构第61页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五β-折叠较为伸展,酰胺平面以锯齿状排列两个片段可以是平行或反平行AA间距平行0.65nm

反平行0.67nm只有片段间氢键,无片段内氢键AA的侧链伸向锯齿状结构的外侧小侧链的AA有利于β-折叠的生成第62页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在-转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。第63页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（五）模体是蛋白质的超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，并发挥专一的功能

，被称为模体(motif)。超二级结构：2个或2个以上二级结构组合，

αα，βαβ，ββ第64页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五模体(motif)：数个至数十个AA组成的具有自身相对独立构象和功能的小区域，模体可构成结构域，也可独立存在。第65页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五钙结合蛋白中结合钙离子的模体

锌指结构(zincfinger)第66页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五各种蛋白激酶：以ATP为底物，其ATP结合模体相同。氨基酰~tRNA合成酶也以ATP为底物，其ATP结合模体与上大不相同。第67页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五几种蛋白激酶C的模体

PSCRR1CRR2CaBSABSDFGPBS

212220723305H2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N----------■-----------COOH212221023301/3

I/ⅡH2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N----------■-----------COOH212221923310H2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N----------■-----------COOH

143228623298H2N------RRGAIK--CX2CX13CX2CX2AX48CX2CX13CX2CX2N-----■-----------COOH1552113523301H2N-------RQGAVR--CX2CX14CX2CX2VX48CX2CX13CX2CX2N--------■-----------COOH2N-RRGARR--CX2CX13CX2CX2L-----■-----------COOH第68页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五几种蛋白激酶C的模体PS：假底物模体

RKGALR

，用于阻断酶活性中心与底物的结合。真底物

RXXSXRCRR1、CRR2：富含Cys，与激活剂结合，如：DG、PMA等。CaBS：钙结合位点，受钙离子调节ABS：ATP结合模体DFG：

Asp-Phe-Gly催化位点PBS：蛋白质结合模体第69页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五唾液酸转移酶：50AA唾液酰模体，与底物CMP-SA结合。半乳糖转移酶：CX5-6K(R)DKKND(G)，底物UDP-Gal结合模体。弗林蛋白酶：定位于TGN，或细胞膜及胞外基质，通过胞饮回TGN，有二个模体。

四肽模体：与胞饮有关，YKGL,不同生物完全保守，普遍存在于通过胞饮作用循环于胞膜及高尔基体的膜蛋白上。

酸性膜体：膜上定位，CPSDSEEDEG,也存在于某些膜蛋白中。可能与在膜上的定位有关。第70页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五模体与功能相同的模体表现出相同的功能，因此，不同蛋白质只要有部分相似功能就可能具有相似的膜体。具有不同功能的蛋白质其模体不同，即使是同一类蛋白质也表现出不同的性质。第71页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（六）氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成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-螺旋或β-折叠，它就会出现相应的二级结构。这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳定相应的二级结构的原因。第72页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五一段肽链有多个酸性氨基酸残基相邻，则在pH7.0时这些残基的游离羧基都带负电荷，彼此相斥，妨碍α-螺旋的形成。同样，多个碱性氨基酸残基在一肽段内，由于正电荷相斥，也妨碍α-螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响α-螺旋形成。脯氨酸的结构不利于形成α-螺旋。形成β-折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容许两条肽段彼此靠近。第73页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五五、多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成蛋白质三级结构蛋白质的三级结构(tertiarystructure)是指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。（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布第74页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

肌红蛋白(Mb)的三级结构N端C端153AA1HemeA~H八段α-螺旋无-S-S-键功能：储存O2第75页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(二)

维持三级结构稳定主要依靠非共价键蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠弱的相互作用力或称非共价键、次级键，主要有氢键、VanderWaals力、疏水作用、和离子键等。第76页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五第77页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五纤连蛋白分子的结构域（三）三级结构可含有功能各异的结构域大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个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(domain)

。第78页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五3-磷酸甘油醛脱氢酶第79页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(四)根据结构域可对蛋白质进行分类根据结构域可将球状蛋白质分为4类：反平行α螺旋结构域（全α-结构）平行或混合型β折叠片结构域（α，β-结构）反平行β折叠片结构域(全β-结构)富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）第80页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五A.全α-结构域B.平行或混合型β折叠片结构域C.全β-结构域D.富含二硫键结构域第81页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五催化结构域：功能相近者相似调节结构域：调节因子不同，故相似者甚少。结构域的存在可很好解释多功能酶的作用机制。不同酶分子上存在着不同的结构域，故功能不同。相同的结构域存在于不同酶分子上，可推测其具有部分相同功能。结构域与功能第82页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五蛋白激酶

PKAPKGPKCEGFR

肌球蛋白同源性轻链激酶催化亚基C侧催化域N侧催化域+调节亚基N侧调节域C侧调节域

ATP结合区段，Asp-Phe-Gly催化位点，蛋白质底物结合位点第83页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五乙酰CoA羧化酶生物素羧基结合蛋白生物素羧化酶羧基转移酶别构调节中心乙酰转移酶转酰基酶酮脂酰合成酶酮脂酰还原酶羟脂酰脱水酶,烯脂酰还原酶硫脂酶7个结构域构成24万大分子，以二分子聚合才能催化反应脂肪酸合成酶第84页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五结构域与功能功能相近者具有相似的结构域不同结构域具有不同功能多功能要求多结构域第85页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠分子伴侣(chaperone)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。*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集发生，使肽链正确折叠。*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。*分子伴侣对于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。第86页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用第87页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。六、某些蛋白质具有四级结构形式蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基(subunit)。第88页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五血红蛋白的四级结构（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子结构相同，称之为同二聚体(homodimer)，若亚基分子结构不同，则称之为异二聚体(heterodimer)。

第89页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质生物体内许多蛋白质往往由多个亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋白质四级结构。

胰岛素受体：由4个亚基组成(α2β2)，α亚基与β亚基形成单体(monomer)，2个单体形成二聚体(dimer)。

第90页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五血红蛋白的一、二、三、四级结构第91页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五蛋白质结构与功能的关系StructureandFunctionofProteins第三节第92页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（一）一级结构是空间构象的基础一、一级结构是高级结构与功能的基础牛核糖核酸酶的一级结构二硫键第93页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性第94页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。第95页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五────────────────────────

氨基酸残基序号胰岛素───────────────

A5A6A10B30────────────────────────

人ThrSerIleThr

猪ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

马ThrSerIleAla────────────────────────第96页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五促肾上腺皮质激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促进皮下黑色素生成但作用较弱。第97页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素c(cytochromec)，比较它们的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。第98页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五从细胞色素c的一级结构看生物进化

物种进化过程中越接近的生物，细胞色素的一级结构越相似第99页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（四）重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽链HbAβ肽链N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病”。第100页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五1.肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基

二、蛋白质空间结构表现功能血红素结构(一)血红蛋白构象改变引起功能变化第101页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五肌红蛋白(myoglobin，Mb)

肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，有8段α-螺旋结构。血红素分子中的两个丙酸侧链以离子键形式与肽链中的两个碱性氨基酸侧链上的正电荷相连，加之肽链中的F8组氨酸残基还与Fe2+形成配位结合，所以血红素辅基与蛋白质部分稳定结合。第102页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五血红蛋白(hemoglobin，Hb)血红蛋白具有4个亚基组成的四级结构。Hb各亚基的三级结构与Mb极为相似。Hb亚基之间通过8对盐键，使4个亚基紧密结合而形成亲水的球状蛋白。第103页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度,pO2

）随O2浓度变化而改变。2.血红蛋白的构象变化影响结合氧的能力

第104页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线第105页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五Hb与Mb的氧饱和曲线氧合Hb(Mb)与pO2的关系

Hb：S状曲线

Mb：直角双曲线

S状曲线提供了一个灵敏可调的范围(低pO2)和一个平坦不可调的范围(高pO2)。第106页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五意义：肺部pO2较高，在一定范围内变化时，不至于太大地影响氧饱和度。(80-100)组织pO2较低，略有变化，即可获得饱和度的变化，充分地获氧。(20-40mmHg)第107页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五结构与功能的关系一级结构决定构象空间构象决定功能：,

亚基与Mb的三级结构相似，结合O2。不同来源的Hb其三,四级结构相似,运输O2Hb：四亚基，运输O2Mb：单亚基，储存O2第108页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

X射线衍射图：Hb与HbO2构象不同定义：某些因素作用于蛋白质时，可结合至蛋白质的某一部位，而使此蛋白质构象发生改变，从而调节该蛋白质的活性。Hb：别位蛋白O2：别位效应剂别位效应具有普遍性别位效应(allostericeffect)第109页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五协同效应(cooperativity)一个寡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力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positivecooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应

(negativecooperativity)第110页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五第111页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五O2血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。第112页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（二）蛋白质构象改变可导致构象病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。第113页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五蛋白质构象改变导致疾病的机制：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，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。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。第114页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五疯牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的PrP富含α-螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β-折叠的PrPsc，从而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折叠正常疯牛病疯牛病第115页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五第四节蛋白质的理化性质Chemical

andPhysicalPropertiesofProteins第116页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

一、蛋白质具有两性电离性质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pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)

第117页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

二、蛋白质具有胶体性质蛋白质属于生物大分子之一，分子量可自1万至100万之间，其分子的直径可达1～100nm，为胶粒范围之内。蛋白质胶体稳定的因素：颗粒表面电荷水化膜第118页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五+++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜++++++++带正电荷的蛋白质－－－－－－－－带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒酸碱酸碱酸碱脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚沉第119页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五三、很多因素可引起蛋白质变性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。蛋白质的变性(denaturation)第120页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

造成变性的因素

变性的本质——破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等。第121页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,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。

第122页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五若蛋白质变性程度较轻，去除变性因素后，蛋白质仍可恢复或部分恢复其原有的构象和功能，称为复性。蛋白质的复性(renaturation)

第123页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五

天然状态，有催化活性

尿素、β-巯基乙醇

去除尿素、β-巯基乙醇非折叠状态，无活性第124页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五在一定条件下，蛋白疏水侧链暴露在外，肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性。蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。

蛋白质沉淀蛋白质的凝固作用(proteincoagulation)

第125页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五四、蛋白质在紫外光谱区有特征性吸收峰由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。第126页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五五、蛋白质呈色反应可用于溶液蛋白质测定（一）蛋白质经水解后产生茚三酮反应蛋白质经水解后产生的氨基酸也可发生茚三酮反应(ninhydrinreaction)。第127页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五（二）肽链中的肽键可与双缩脲试剂反应蛋白质和多肽分子中肽键在稀碱溶液中与硫酸铜共热，呈现紫色或红色，此反应称为双缩脲反应(biuretreaction)。双缩脲反应可用来检测蛋白质水解程度。第128页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五蛋白质的分离、纯化与序列分析Isolation,PurificationandSequencingofProteins第五节第129页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五一、透析及超滤法可清除蛋白质溶液中的小分子化合物利用透析袋把大分子蛋白质与小分子化合物分开的方法。应用正压或离心力使蛋白质溶液透过有一定截留分子量的超滤膜，达到浓缩蛋白质溶液的目的。超滤法

透析(dialysis)第130页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五二、丙酮沉淀、盐析及免疫沉淀是常用的蛋白质沉淀方法使用丙酮沉淀时，必须在0～4℃低温下进行，丙酮用量一般10倍于蛋白质溶液体积。蛋白质被丙酮沉淀后，应立即分离。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。盐析(saltprecipitation)是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。第131页，共148页，2022年，5月20日，9点32分，星期五