蛋白质结构与功能一

关于蛋白质结构与功能一第1页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六第二讲蛋白质的结构和功能（一）按预期的结构和功能设计、新型蛋白质基因修饰或基因合成定向改造蛋白质空间三维结构结构与功能关系基础

符合需要性能优良功能强大蛋白质工程

天然蛋白质新型蛋白质蓝图生命活动的基础蛋白质：生命活动的执行者，如：新陈代谢、生长繁殖（生老病死）造福人类结构决定功能——结构和功能关系——蛋白质工程的重要研究内容和基础第2页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六第一节蛋白质组成和基本结构蛋白质：α-氨基酸按一定顺序，以肽键链接形成的、具有一定空间结构、执行生物功能的高分子化合物或生物大分子。天然20种L型α-氨基酸是生命活动的重要的物质基础。功能：结构与支架，运动，防御和保护，催化，调节，运输，信息传递等蛋白质类别（性状、结构和溶解度）纤维状蛋白质：胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白、丝蛋白、血纤蛋白等球状蛋白质：大多数蛋白（免疫球蛋白、多种酶蛋白、转铁蛋白apoTF—运铁机制）膜蛋白质：跨膜蛋白、膜内蛋白、锚定蛋白等蛋白质多样性：组成、多层次结构和结构单元、空间构象（复杂性和多样性）——20种L型α-氨基酸组成的天然蛋白质结构多样性是功能多样性基础揭示蛋白质结构和功能关系， 阐明生命活动的基础第3页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六α-淀粉酶的蛋白质立体结构图第4页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六蛋白质的应用

纺织—洗涤酶制剂：蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶过氧化物酶

食品—（焙烤酶制剂，增加面包体积改善面团性质和瓤结构）酿酒—饲料—造纸—医药—农业—（应用广泛）例：聚γ-谷基酸： 水凝胶、絮凝剂、重金属吸附剂、饲料添加剂、骨质疏松预防药物、医用生物粘合剂、酶固定剂、防冻剂、生物可降解的塑料。例：聚天冬氨酸：冷却水处理系统的水垢处理剂、环境温和的去垢剂、金属抗腐蚀剂、矿浆液化剂、皮革鞣制剂、化妆品添加剂。人工合成，已经大规模生产如：重组集落刺激因子（CSF）、促红细胞生成素（EPO）、白细胞介素（IL）、 干扰素、生长激素等第5页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六元素比例（%）C50~55H6~7O19~24N13~19（16）S0~4P、Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo样品中蛋白质含量估算=样品中含氮量×6.25凯氏定氮一、蛋白质的分子组成1、蛋白质元素组成磷脂蛋白第6页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六2、蛋白质的基本单位（？）—α-氨基酸氨基酸蛋白质分子基本化学单位常见20种L-α-AA氨基酸机构通式1、氨基酸包括：天然蛋白质氨基酸、 非天然蛋白质氨基酸2、组成蛋白质氨基酸

20种L型氨基酸名称及简写符号（三字母和单字母）3、基本结构（手性分子）第7页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六非天然蛋白质氨基酸：不参与构成蛋白质的氨基酸，约150种，包括一些是D-氨基酸或β、γ、δ-氨基酸。一些氨基酸是重要的代谢物前体或中间产物，如：瓜氨酸和鸟氨酸是合成精氨酸的中间产物，β-丙氨酸是是泛酸，辅酶A前体等的前体γ-氨基丁酸是神经传递的化学介质第8页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六非极性中性氨基酸：R基不带电荷或极性极微弱，具有疏水性

（9种）甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸。极性中性氨基酸：R基极性亲水，但不解离或极弱解离 （6种）丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺、天门冬酰胺。 含有羟基、巯基和酰胺基等。酸性氨基酸：R基极性解离，水溶液中呈酸性，带负电荷，亲水性强。（2种）天门冬氨酸、谷氨酸。（羧基）碱性氨基酸：R基极性解离，水溶液中显碱性，带正电荷，亲水性强。（3种）组氨酸、赖氨酸、精氨酸。（氨基或亚氨基）蛋白质分类（按R侧链结构）第9页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六丙氨酸Ala蛋氨酸Met脯氨酸Pro缬氨酸Val亮氨酸Leu异亮氨酸Ile苯丙氨酸Phe甘氨酸Gly色氨酸Trp丝氨酸Ser组氨酸His半胱氨酸Cys苏氨酸Thr天冬酰胺Asn谷胺酰胺Gln酪氨酸Tyr天冬氨酸Asp谷氨酸Glu赖氨酸Lys精氨酸Arg20种氨基酸（复习），要求记忆三字符缩写第10页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六构型构型一个分子中原子的特定空间排布方式

不同构型分子间除镜面对称外，不能以任何方式重合一种构型改变为另一种构型，必须有共价键的断链和重新形成；L-型D-型第11页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六构象组成分子的原子或基团，绕单键旋转，形成的不同空间排布

当一种构象转变为另一种构象时不要求有共价键的断链和重新形成构象构型和构象的差异？第12页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六氨基酸的立体异构D、L是一种相对构型，不表示旋光性，即与其旋光性（+）、（-）无关。旋光性用（＋）或（－）表示。（+）及（-）甘油醛作为其他旋光性异构体物质的构型的比较标准，并人为地规定。在费歇尔投影式中，手性碳上的OH排在横线右边的为右旋甘油醛作为D型，手性碳上的OH排在横线左边的为左旋甘油醛作为L型。第13页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六氨基酸的光吸收构成蛋白质的20种氨基酸在可见光区都没有光吸收，但在远紫外区(<220nm)均有光吸收。Why？在近紫外区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。Why？酪氨酸max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸max＝280nm，280=5.6x103;

定量关系A=abc苯丙氨酸（Phe）第14页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六

二、肽和多肽链肽键/酰胺键寡肽：12-20多肽：大于20多肽链的构型：反式（tran）/顺式（cis）多肽链的构象（C-N扭角Φ,C-C扭角Ψ）序列读法：左→右，N→C，氨基端→羧基端第15页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六肽单位和多肽链氨基酸多肽链肽键

一个氨基酸的羧基与下一个氨基酸的氨基经过缩合反应形成的共价键天然蛋白质通过肽键将多个氨基酸连接在一起构成多肽链折叠第16页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。多肽的结构由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽。第17页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六氨基酸残基？氨基酸连接成多肽时，由氨基酸的主链和侧链组成的一个基本单位。（氨基酸在形成肽键以后保留的部分）组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。若称为氨基酸，一种省略的读法，不准确？第18页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六多肽链第一个氨基酸具有自由的—NH2,称为氨基端或N端主链（肽键连接部分）最末一个氨基酸具有自由的-COOH,称为羧基端或C端多肽链第19页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六氨基酸顺序：在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列的顺序。末端：通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。氨基酸的顺序读写是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln第20页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六肽键-1第21页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六肽键-2特点：氮原子的孤对电子与羰基具有明显的共轭作用。肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转。肽平面：组成肽键的原子（6个）处于同一平面。在大多数情况下，以反式结构存在（分子内原子间的斥力）。第22页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六肽键-3肽键具有局部双键性质，具有反式和顺式两种构型第23页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六

肽键平面—二级结构的基础肽单元呈刚性平面（肽键平面）RHCCαON由于局部双键性质，肽键连接的基团处于同一平面，具有确定的键长和键角，是多肽链中的刚性结构。（C-N扭角Φ,C-C扭角Ψ）ΦΨ第24页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位。许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。具有特殊的生理功能，常称为活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；胸腺肽；肽类抗生素； 谷胱甘肽；蛇毒多肽等。天然存在的重要多肽第25页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六小结蛋白质分子组成

20种L-型氨基酸及其分类肽和多肽肽键和肽平面第26页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六I蛋白质的结构层次一级结构：二级结构：α-螺旋，β-折叠，回折，环肽链，无规则卷曲超二级结构（膜体）：α-αβ-ββ-α-ββ-α-β-α-β结构域：三级结构：四级结构：第27页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六

氨基酸残基在蛋白质多肽链中的排列顺序.

组成蛋白质的20种氨基酸，按遗传密码编码的顺序，通过肽键连接起来的多肽链。RHCCαON一、蛋白质一级结构第28页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六核糖核酸酶的氨基酸排列顺序一级结构的重要性决定高级结构决定生物学活性Anfinsen原理：即蛋白质一级结构和高级结构的关系一级结构指氨基酸的排列顺序，是高级结构的基础。一级结构蕴含着多肽链的折叠密码，决定多肽链的折叠方式和高级结构。不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。

第29页，共32页，2022年，5月20日，4点50分，星期六二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构：指多肽链主链构象（主链的排列方式）；多肽链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象；多肽链主链中各原子（不涉及侧链和其它部分）在局部的空间排布。一段连续的肽单位---氢键—排列成的具有周期性结构的构象。蛋白质二级结构主要作用力——氢键种类：

α-螺旋、β-折叠、β转角和无