蛋白质一级结构(学时)

蛋白质的结构

（structureofprotein）

为研究的方便，可将蛋白质的结构分为两类：初级结构（primarystructure）:即一级结构，蛋白质的最基本结构；高级结构（advancedstructure）又称为三维结构、立体结构、空间结构、构象二级结构（secondarystructure）三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)初级结构与高级结构的关系:一级结构决定高级结构现在是1页\一共有59页\编辑于星期五第3节蛋白质的一级结构

（primarystructureofproteins）

1蛋白质一级结构的概念（conceptofproteins’primarystructure）2蛋白质一级结构的例子—胰岛素（insulin）3蛋白质一级结构的测定4蛋白质的一级结构与功能的关系5肽与蛋白质的人工合成（自学）现在是2页\一共有59页\编辑于星期五蛋白质一级结构的概念

（conceptofproteins’primarystructure)）

蛋白质的一结构是指蛋白质多肽链中的氨基酸的排列顺序。在基因编码的蛋白质中，这种序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的即DNA分子中核苷酸的序列决定的。蛋白质的一结构是蛋白质最基本的结构。其表示方法与多肽相同：从左到右，从N-末端写到C-末端，写出组成多肽链的氨基酸的三个字母或单个字母的简写符号，氨基酸残基之间用“-”或“·”连接。现在是3页\一共有59页\编辑于星期五多肽链中氨基酸之间的连接键主要是肽键（peptidebonde），另外有的还有二硫键(disulfidebond)，有链间和链内二硫键之分。二硫键起着稳定空间结构的作用，二硫键越多越称稳定，而且往往与生物活性有关。现在是4页\一共有59页\编辑于星期五链间二硫键、链内二硫键现在是5页\一共有59页\编辑于星期五现在是6页\一共有59页\编辑于星期五2蛋白质一级结构的例子—胰岛素（insulin）胰岛素是动物胰脏中胰岛β细胞分泌的一种分子量较小（5700）的激素蛋白质；其主要功能是促进糖原的合成和加速葡萄糖的氧化，从而使体内血糖浓度降低，即低血糖效应。现在是7页\一共有59页\编辑于星期五分泌不足时，组织中的糖利用发生障碍，肝糖原分解加速，并从尿中排而患糖尿病，因此，临床上胰岛素可用来治疗糖尿病。胰岛素的一级结构是由英国的Sanger(桑格)等于1953年首先完成的，花费了10年时间，这是蛋白质化学研究史上一项重大成就。现在是8页\一共有59页\编辑于星期五HGly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-AsnOH15102015A链711621HPhe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr–Leu-Val-Cys-GlyGlu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-AlaOHB链15710151920212530SS—S————S——SS现在是9页\一共有59页\编辑于星期五结构特点1）胰岛素由A、B二条链组成，A链21个氨基酸残基（含4个Cys），B链30个氨基酸残基(含2个Cys)2）有3个二硫键：A6-A11（链内）；A7-B7；A20-B19（链间）3）没有Trp,Met，（Asp都以Asn形式存在，共有17种氨基酸）现在是10页\一共有59页\编辑于星期五蛋白质一级结构研究的意义a.使人们从根本上认识由于20种氨基酸的排列顺序不同而组成不同的蛋白，并具有各种不同的生物学功能。b.许多先天性疾病是由于某一种重要的蛋白的一级结构发生改变而引起的，所以测定蛋白的一级结构有助于临床医学上对疾病的诊断。c.因为蛋白质的一级结构中氨基酸的排列顺序是由遗传密码所决定的，氨基酸的改变最根本的原因是DNA上的核苷酸顺序发生改变所致，研究蛋白质的一级结构可以从分子水平上诊断和治疗遗传病。现在是11页\一共有59页\编辑于星期五核糖核酸酶的一级结构现在是12页\一共有59页\编辑于星期五3蛋白质一级结构的测定（主要内容）3.1一级结构测定的一般步骤(或策略)3.2几个重要的测定步骤3.3蛋白质序列数据库现在是13页\一共有59页\编辑于星期五3.1一级结构测定的一般步骤(或策略)

1）测定蛋白质分子中多肽链的数目；2）拆分蛋白质分子的多肽链；3）断开多肽链内的二硫键；4）分析测定每一多肽链的氨基酸组成（aminoacidcomposition）；5）鉴定多肽链的N-末端和C-末端的氨基酸；现在是14页\一共有59页\编辑于星期五6）裂解多肽链成较小片段；7）测定各肽段的氨基酸序列；8）确定肽段在多肽链中的次序，即重建完整多肽链的一级结构；9）确定多肽链中二硫键的位置。现在是15页\一共有59页\编辑于星期五3.2几个重要的测定步骤（内容）3.2.1肽链末端的测定:N-末端;C-末端3.2.2肽链的拆开和分离(-S-S-的断裂)3.2.3氨基酸组成的分析测定3.2.4肽链的部分裂解:化学法,酶法3.2.5肽段氨基酸序列的测定3.2.6肽段在多肽链中次序的确定3.2.7二硫键位置的确定现在是16页\一共有59页\编辑于星期五3.2.1肽链末端的测定:N-末端;C-末端1）N-末端分析①二硝基氟苯（DNFB，或Sanger）法②丹磺酰氯(DNS)法③苯异硫氰酸酯(PITC,或Edman降解)法④氨肽酶（aminopeptidase）法2）C-末端分析①肼解法②还原法③羧肽酶法现在是17页\一共有59页\编辑于星期五①二硝基氟苯（DNFB，或Sanger）法多肽链的游离NH2与DNFB(又称为Sanger试剂)反应后，生成DNP-多肽，酸水解生成DNP-氨基酸衍生物和其它游离氨基酸，DNP-氨基酸为黄色，然后用有机溶剂(如已酸已酯)抽提出来，用纸层析、薄层层析或高效液相层析法(HPLC)进行定性、定量测定。现在是18页\一共有59页\编辑于星期五②丹磺酰氯(DNS)法该法原理与DNFB相同，只是将DNS代替DNFB试剂；DNS具有强烈的荧光，灵敏度比DNFB法高100倍，并且水解后的DNS-氨基酸不需要提取，可直接用纸电泳或薄层层析或荧光光度计检测。现在是19页\一共有59页\编辑于星期五苯异硫氰酸酯(PITC，或Edman降解)法PITC（Edman试剂）与多肽的氨基端反应生成PTC-多肽，在酸性有机溶剂中加热时生成PTH-氨基酸和少一个氨基酸的多肽，（PTC基只使第一个肽键的稳定性下降），然后用有机溶剂抽提干燥后，用薄层层析、气相色谱或HPLC等分析鉴定。该法也可用业测定短肽的氨基酸序列，是多肽氨基酸自动测序仪的原理现在是20页\一共有59页\编辑于星期五氨肽酶（aminopeptidase）法氨肽酶是专门水解肽链N-末端氨基酸的一类外切酶（exopeptidase）,它们能从多肽链的N-末端逐个地向里切。根据不同的反应时间测出酶水解所释放的氨基酸种类和数量，按反应时间和残基释放量作动力学曲线，就能知道该多肽链的N-末端氨基酸是什么。此法测定有很多困难，因酶对肽键的敏感性不同，常很难判断哪个残基在前，哪个在后。亮氨酸氨肽酶(leucineaminopeptidase,LAP)是最常用的氨肽酶，其作用位点是：(N-端)Leu(或非极性aa)－CO↓NH－aa(除Pro,Hyp外)现在是21页\一共有59页\编辑于星期五①肼解法是测定C-末端最重要的化学方法，多肽同肼（联氨）在无水条件下加热，C-末端aa被切割下来以游离形式存在，而其他的aa转变为相应的氨基酸酰肼化合物;氨基酸酰肼可与苯甲醛作用变为非水溶性化合物，从而与水溶性的C-末端氨基酸分开，C-末端氨基酸可用FDNB法或DNS法以及层析技术进行鉴定。注意，在肼解中，Gln,Asn,Cys,等被破坏，不易测出，Arg转变为Orn现在是22页\一共有59页\编辑于星期五肼解反应现在是23页\一共有59页\编辑于星期五②还原法肽链C-末端氨基酸能被硼氢化锂还原为α-氨基醇，肽链完全水解后，代表原来C-末端氨基酸的α-氨基醇，可用层析法鉴定。Sanger早期就是采用此法鉴定胰岛素A，B链的C-末端氨基酸的。现在是24页\一共有59页\编辑于星期五③羧肽酶（carboxypeptidase）法羧肽酶法是最为有效、最常用的方法；羧肽酶是一类肽链外切酶，它专一地从肽链C-末端开始逐个降解，释放出游离氨基酸。羧肽酶A：···－CH（R）－CO↓NH－aa(除Pro,Arg,Lys外)羧肽酶B：···－CH（R）－CO↓NH－aa(Arg,Lys)羧肽酶C：···－CH（R）－CO↓NH－aa(除Hyp,二肽外)羧肽酶Y：···－CH（R）－CO↓NH－aa(任何氨基酸)现在是25页\一共有59页\编辑于星期五羧肽酶（carboxypeptidase）法图示现在是26页\一共有59页\编辑于星期五3.2.2肽链的拆开和分离(-S-S-的断裂)

二硫键的断裂有过甲酸氧化法和巯基化合物还原法。用过量的巯基已醇处理，同时加变性剂如8M尿素或6M盐酸胍，然后用烷基化试剂如碘已酸保护-SH，以防止重新被氧化。现在是27页\一共有59页\编辑于星期五现在是28页\一共有59页\编辑于星期五还原法打开二硫键现在是29页\一共有59页\编辑于星期五3.2.3氨基酸组成的分析测定肽链的水解用酸水解，同时辅以碱水解；6M盐酸于110℃在真空或充氮的条件下水解10～24h,水解后去除盐酸，但Trp破坏；也可用甲基磺酸代替盐酸。碱水解用5M氢氧化钠于110℃在真空或充氮的条件下水解20h左右，测出Trp。蛋白质的氨基酸组成一般用每mol蛋白质中含氨基酸残基的mol数表示，或用每100g蛋白质中含有的氨基酸克数表示。现在是30页\一共有59页\编辑于星期五3.2.4肽链的部分裂解1）化学裂解法溴化氰（CNBr）：···－Met－CO↓NH－CH（R）－···羟胺（NH2OH）：Asn↓Gly;Asn↓Leu;Asn↓Ala2)酶裂解法胰蛋白酶（trypsin）糜蛋白酶(chymotrypsin)嗜热菌蛋白酶(thermolysin)胃蛋白酶(pepsin)现在是31页\一共有59页\编辑于星期五肽链的部分裂解－酶法现在是32页\一共有59页\编辑于星期五3.2.5肽段氨基酸序列的测定1)Edman降解法2）酶解解法3）质谱法4）根据核苷酸序列的推定法现在是33页\一共有59页\编辑于星期五3.2.6肽段在多肽链中次序的确定－重叠肽法现在是34页\一共有59页\编辑于星期五例如：10个氨基酸残基的肽链用A/B两种方法的到两套肽段方法A方法BN-末端残基A，C-末端残基S1、AFAFGR2、GRLYLYKW3、KWWHS4、HS10肽的顺序：AFGRLYKWHS现在是35页\一共有59页\编辑于星期五3.2.7二硫键位置的确定－对角线电泳①用胃蛋白酶水解多肽链，把水解后的混合肽段点到滤纸的中央，在pH6.5的条件下，进行第一向电泳，肽段将按其大小及电荷的不同分离开来。②把滤低暴露在过甲酸蒸气中，使-S-S断裂，含二硫键的肽被氧化成一对含磺基丙氨酸的肽。现在是36页\一共有59页\编辑于星期五③滤纸旋转900解在与第一向完全相同的条件下进行第二向电泳。肽斑用茚三酮显色确定，大多数肽段迁移率不变，并位于滤纸的一条对角线上，只有磺基丙氨酸的肽段偏离了对解线。④将每对含磺基丙氨酸的肽段取下，进行氨基酸序列分析，然后与多肽链的氨基酸序列比较，即可确定二硫键的位置。现在是37页\一共有59页\编辑于星期五对角线电泳图示现在是38页\一共有59页\编辑于星期五3.3蛋白质序列数据库

（databaseordatabank）著名的数据库：美国国家生物医学基金会主持的PIR（ProteinInformationResource,蛋白质信息库；或ProteinIdentificationResource,蛋白质鉴定库）现在是39页\一共有59页\编辑于星期五美国政府支持的GenBank(GeneSequenceDataBank,基因序列数据库)欧洲的EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratoryDataBank,欧洲分子生物学实验室数据库）现在是40页\一共有59页\编辑于星期五4蛋白质的一级结构与功能的关系4.1同源蛋白质的物种差异与生物进化4.2蛋白质的激活4.3分子病现在是41页\一共有59页\编辑于星期五一级结构似，蛋白质空间构象和功能也相似，例如：不同哺乳类动物的胰岛素分子。一级结构不同，蛋白质功能不同。现在是42页\一共有59页\编辑于星期五4.1同源蛋白质的物种差异与生物进化1）同源蛋白质2）细胞色素C3）系统树（进化树）：物种之间进化关系的图解现在是43页\一共有59页\编辑于星期五几个名词同源蛋白质：在不同生物中行使相同或相似功能的蛋白质,同源蛋白质一般具有几乎相同长度的多肽链。同源蛋白质的氨基酸序列具有明显的相似性，这种相似性称为序列同源（sequencehomology）。现在是44页\一共有59页\编辑于星期五同源蛋白质的氨基酸序列中有许多位置的氨基酸残基对所有已研究过的物种来说都是相同的，这样的aa残基称为不变残基（invariantresidue），对生物功能起决定作用；但其他位置的氨基酸残基对不同物种有相当大的变化，这样的残基称为可变残基（variableresdue），残基的变化不影响蛋白质的功能，并且能提供物种之间亲缘关系远近的信息。现在是45页\一共有59页\编辑于星期五2）细胞色素C细胞色素c是广泛存在于生物体的一类同源蛋白，一条肽链含有血红素辅基。物种间亲缘关系越近，细胞色素c的一级结构相似，其空间结构和功能也相似。细胞色素c的作用是在生物体内传递电子。细胞色素c的氨基酸残基有一部分在不同的生物属间有差异。现在是46页\一共有59页\编辑于星期五不同物种间细胞色素C序列间

氨基酸差异数目的比较现在是47页\一共有59页\编辑于星期五3）系统树现在是48页\一共有59页\编辑于星期五系统树现在是49页\一共有59页\编辑于星期五现在是50页\一共有59页\编辑于星期五4.2蛋白质的激活1）血液的凝固2）胰岛素的形成现在是51页\一共有