理学蛋白质共价结构

理学蛋白质共价结构第1页/共52页2一、蛋白质通论

蛋白质：核酸：蛋白质和核酸构成了细胞内原生质的主要成分，而原生质是生命现象的物质基础

结构、功能、分离纯化、酶信息物质

糖：能源物质脂：生物膜成分氨基酸：蛋白质的基础激素、维生素、辅酶第2页/共52页3（一）蛋白质的分类传统分类法蛋白质单纯蛋白质:只由氨基酸组成缀合蛋白质氨基酸辅助成分第3页/共52页4（一）蛋白质的分类1、清蛋白(albumin)：溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液。为饱和硫酸铵沉淀。广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白2、球蛋白(globulin)：为半饱和硫酸铵沉淀，不溶于水而溶于稀盐溶液的称优球蛋白(euglobulin)；溶于水的称假球蛋白(pseu-doglobulin)。普遍存在于生物体内，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子球蛋白等。3、谷蛋白(glutelin)：不溶于水、醇及中性盐溶液，但易溶于稀酸或稀碱。如米谷蛋白和麦谷蛋白。4、谷醇溶蛋白(prolamine)：不溶于水及无水乙醇，但溶于70－80％乙醇中。脯氨酸和酰胺较多，非极性侧链较极性侧链多。主要存在于植物种子中。如玉米醇溶蛋白、麦醇溶蛋白。5、组蛋白(histone)：溶于水及稀酸，但为稀氨水所沉淀。分子中组氨酸和赖氨酸较多，分子呈碱性。如小牛胸腺组蛋白等。6、鱼精蛋白(protamine)：溶于水及稀酸，不溶于氨水。分子中碱性氨基酸很多，分子呈碱性。如鲑精蛋白（salmin）。7、硬蛋白(scleroprotein)：不溶于水、盐、稀酸及稀碱。是动物体内作为结缔及保护功能的蛋白质。例如，角蛋白、胶原、网硬蛋白和弹性蛋白。单纯蛋白质的分类第4页/共52页5（一）蛋白质的分类1．糖蛋白：含糖类。许多胞外基质蛋白质属糖蛋白，如纤连蛋白、胶原蛋白和蛋白聚糖，γ－球蛋白。2．脂蛋白：含三酰甘油、胆固醇、磷脂。如血浆脂蛋白，包括HDL(α－脂蛋白)和LDL(β－脂蛋白)等。3．核蛋白：辅基为核酸。如核糖体(含RNA)，AIDS病毒(含RNA)和

腺病毒(adenovirus，含DNA).4．磷蛋白：含与Ser、Thr和Tyr残基的羟基酯化的磷酸基。如酪蛋白糖原磷酸化酶a。5．金属蛋白：如铁蛋白(ferritin)含铁，乙醇脱氢酶含Zn，细胞色素

氧化酶含Cu和Fe，固氮酶含Mo和Fe，丙酮酸羧化酶含Mn。6．血红素蛋白：金属蛋白的亚类。辅基为血红素，是卟啉化合物，卟

啉中心含Fe。如血红蛋白、细胞色素c、过氧化氢酶

和硝酸盐还原酶。7．黄素蛋白(flavoprotein)：含黄素，辅基为FMN和FAD。如琥珀酸脱氢酶(含FAD)、NADH脱氢酶(含FMN)、二氢乳清酸脱氢酶(含FAD和FMN)和亚硫酸盐还原酶(含FAD和FMN)缀合蛋白质的分类第5页/共52页6（一）蛋白质的分类蛋白质按生物学功能分类1．

酶(enzyme)：如核糖核酸酶、胰蛋白酶、果糖磷酸激酶、乙醇脱氢酶、过氧化氢酶和苹果酸酶（malicenzyme）2．调节蛋白(regulatoryprotein)：如胰岛素、促生长素(GH)、促甲状腺素

(TSH)、乳糖阻抑物、核转录因子1(NF1)和分解代谢物激

活剂蛋白3．转运蛋白(transportprotein)：如血红蛋白、血清清蛋白和葡糖转运蛋白4．储存蛋白(storageprotein)：如卵清蛋白、酪蛋白、菜豆蛋白和铁蛋白5．收缩和游动蛋白(contractileandmotileprotein)：肌动蛋白、肌球蛋白、微管蛋白、动力蛋白(dynein)和驱动蛋白(kinesin)6．结构蛋白(structuralprotein)：如α－角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白、丝蛋白和蛋白聚糖7．支架蛋白(scaffoldprotein)：如胰岛素受体底物－1、A激酶锚定蛋白和信号传递转录激活剂8．保护和开发蛋白(protectiveandexploitiveprotein)：如免疫球蛋白、凝血酶、血纤蛋白原、抗冻蛋白、蛇（蜂）毒蛋白、白喉毒

素和蓖麻毒蛋白9．异常蛋白(exoticprotein)：如应乐果甜蛋白、节肢弹性蛋白和胶质蛋白

第6页/共52页7（一）蛋白质的分类根据形状和溶解度分类1.纤维状分子(fibrousprotein)

线性分子，有规则，细棒或纤维状结构蛋白不溶于水；血纤蛋白原溶于水原胶原胶原纤维300nm，1.5nm第7页/共52页8（一）蛋白质的分类2.球状分子(globularprotein)疏水链在球内，外部是亲水侧链水溶性好，细胞内大部分水溶性蛋白

质是球蛋白3.膜蛋白(membraneprotein)疏水侧链暴露于外部。

氨基酸组成：极性残基比球蛋白少

水不溶性蛋白第8页/共52页9（二）化学组成和分子量蛋白质的元素组成：

C：50%，H：7%，O：23%，N：16%，

S：0~3%，其它<1%(金属离子等)复杂体系中蛋白质含量的估算：

第9页/共52页10（二）化学组成和分子量蛋白质的分子量范围很大：6000～1×106

M=12600M=5700M=12500M=13900M=16900M=64500M=150000M=600000单体蛋白寡聚体蛋白一条肽链－一个亚基第10页/共52页11（二）化学组成和分子量蛋白质的分子量是整个功能体系的分子量寡聚蛋白的分子量是亚基分子量之和

单独的亚基不具有完整的功能，功能体系称蛋白质蛋白质是均一分子，其氨基酸组成、亚基个数、肽链长度都完全相同它可以从组织中直接分离，而不是体外组装，有些蛋白质甚至可以得到结晶形式

第11页/共52页12（三）蛋白质结构的组织层次蛋白质的一级结构多肽链由氨基酸首尾相连而成，蛋白质的一级结构就是多肽链的氨基酸序列一级结构含有结构信息，包括蛋白质分子如何折叠，走向，在何处需要α-螺旋或β-折叠第12页/共52页13（三）蛋白质结构的组织层次蛋白质的二级结构

多肽链内的氨基酸之间或多肽链间的氨基酸之间通过氢键形成的α-螺旋或β-折叠等形式二级结构是肽链在空间结构中的一个高级组织层次第13页/共52页14蛋白质的三级结构

肽链借助各种非共价力进行弯曲、折叠形成的具有特定走向的紧密球状结构多肽链在三维排列中的高级组织层次

寡聚蛋白质中具有特定三级结构的亚基之间在空间上的相互关系和结合方式

蛋白质的四级结构第14页/共52页15(四)、功能的多样性主要生物功能1、催化功能：催化生物体内的生物化学反应

核糖核酸酶、胰蛋白酶、果糖磷酸激

酶、乙醇脱氢酶、过氧化氢酶2、调节功能：调节其它蛋白的生理活性胰岛素、促生长素3、转运功能：将某特定物质从一地转移到另一地血红蛋白、葡糖转运蛋白蛋白质种类：1010~1012第15页/共52页164、储存功能：储存某种物质铁蛋白、卵清蛋白（氮素是生长的限制

性养分）

5、运动功能：可以给予细胞运动能力肌动蛋白、微管蛋白、动力蛋白和驱动

蛋白6、结构成分：给细胞和组织提供强度和保护

胶原蛋白、蛋白聚糖7、支架作用：通过蛋白-蛋白相互作用来识别和结

合其它蛋白中的某些结构元件并装配成多蛋白复合体，参与对激素和其它信号分子的协调和通讯第16页/共52页8、防御和进攻：对机体的正常运行具有保护能力

免疫球蛋白，抗冻蛋白、凝血酶、血

纤蛋白原9、异常功能（其它功能）：具有的功能不易归属如应乐果甜蛋白、胶质蛋白17蛋白质的序列异构现象是生物功能多样性的结构基础(四)、功能的多样性第17页/共52页18(一)、肽和肽链的结构

含几个氨基酸残基的肽称为几肽二、肽氨基酸通过肽键线性聚合成肽

小肽，寡肽，多肽，氨基酸残基蛋白质由肽链组成，肽是氨基酸的线性聚合物第18页/共52页19(一)、肽和肽链的结构肽的命名:从N端开始到C端，SGF，FGS

肽链的结构通式肽的主链结构相同,由N-Cα-C序列重复排列第19页/共52页20(二)、肽的物理化学性质1、离子晶格

熔点高

溶液中为偶极离子形式

酸碱性（末端氨基、羧基和R基）Glu、Lys2、滴定曲线：

小肽与氨基酸类似

滴定曲线有等电点，为多价离子等电点

第20页/共52页21肽α－COOHpKaα－NH3+pKaR基pKapIGly－Asp2.818.604.453.63Gly－Gly3.068.13——5.59Ala－Gly3.178.24——5.70Gly－Ala3.267.91——5.58Gly－Gly－Gly3.267.91——5.58Ala－Ala－Ala－Ala3.427.94——5.68Ala－Ala－Lys－Ala3.588.0110.589.30表4－5某些肽的pKa第21页/共52页22(二)、肽的物理化学性质4、化学反应

肽链末端-COOH和-NH2的反应，如肽的定性弱酸性加热3、肽具有旋光性第22页/共52页23

含两个或两个以上肽键的化合物与CuSO4在碱性溶液中反应生成蓝紫色复合物双缩脲反应利用该反应可定性了解蛋白质水解程度，测定蛋白质含量二肽和氨基酸无此反应第23页/共52页24(三)、活性多肽

动植物体内存在许多具有生理活性的多肽，多肽药物已获得人们的重视二肽：肌肽β-Ala-His，抗氧化，抗自由基，消炎，调节免疫。甜二肽AspartameAsp-Phe-OCH3,

比蔗糖甜200倍第24页/共52页25(三)、活性多肽

三肽：谷胱甘肽γ-Glu-Cys-Gly，维持红细胞内蛋白质（如血红蛋白）中Cys-SH处于还原态第25页/共52页26(三)、活性多肽四肽：促胃酸激素五肽：脑啡肽，内源性吗啡，与吗啡受体结合蛋氨酸脑啡肽TyrGlyGlyPheMet

亮氨酸脑啡肽TyrGlyGlyPheLeu八肽：有些蕈(mushroom)可以致人于死地，因为它能产生剧毒毒素，其中一种叫

α-鹅膏蕈碱第26页/共52页27(三)、活性多肽

α-鹅膏蕈碱是一个环状八肽，能与真核生物的RNA聚合酶结合，抑制其酶活性，使RNA的合成停止。但它不影响原核生物的RNA合成第27页/共52页28

九肽：牛催产素牛加压素L-Val－L-Pro－D-Phe－L-LeuL-Leu－D-Phe－L-Pro－L-ValL-OrnL-Orn

十肽：短杆菌肽抗生素,抑制革兰氏阳性菌,局部用于治疗及预防化脓性病症第28页/共52页29(三)、活性多肽十六肽：内啡肽，有镇痛作用二十四肽：促皮质素，治关节炎，商品化二十六肽：蜂素溶血肽，抗关节炎五十一肽：胰岛素，降血糖

血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）Captopril、Enalapril

血管紧张素转化酶（ACE）抑制剂（ACEI）的开发是近代高血压治疗史上的重大进展第29页/共52页30三、蛋白质一级结构的测定

生物化学中的里程碑

1953年，F.Sanger

牛胰岛素(bovineinsulin)氨基酸序列蛋白质100000基因序列Sanger法氨基酸顺序三维结构生物功能为结构与活性关系(SARS)的研究提供信息第30页/共52页31(一)、蛋白质测序的策略样品：均一，纯度>97%，已知相对分子量

Sanger法测序步骤1、测定多肽链数目

确定N-末端或C-末端残基的摩尔数末端残基的摩尔数蛋白质摩尔数＞1

多条肽链＝1

单体，一条肽链末端残基不相同时，表明蛋白质由不同肽链组成

第31页/共52页32变性剂：8M尿素，6M盐酸胍断裂二硫桥2、建立测序参考点

鉴定末端残基，测定每条多肽链的氨基酸组成3、降解多肽链

得到二套以上的肽段进行组成和末端残

基分析4、氨基酸测序（Edman法、酶解法、质谱法）5、构建完整肽链6、确定二硫键位置拆分亚基第32页/共52页33(二)、N-末端和C-末端氨基酸残基的鉴定

1、N-末端分析1）二硝基氟苯（DNFB或FDNB）法

Sanger反应第33页/共52页34(二)、N-末端和C-末端氨基酸残基的鉴定2）丹磺酰氯（dansylchloride，

DNS）法5-dimethylamino-naphthaline-1-sulfonylchloride优点：灵敏度比DNFB法高100倍

第34页/共52页353）苯异硫氰酸酯（PITC）法Edman法特点：能依次从肽的N-端逐一切割氨基酸残基4）氨肽酶法

亮氨酸氨肽酶，焦谷氨酸氨肽酶特点：从肽链N-端逐一降解氨基酸，适用于N-

端的氨基酸残基被封闭的肽（如环肽）

第35页/共52页36(二)、N-末端和C-末端氨基酸残基的鉴定

2、C-末端分析1）肼解法：

Gln、Asn、Cys被破坏,Arg转变为鸟氨酸第36页/共52页372）还原法还原，水解，用HPLC等方法分离鉴定3）羧肽酶法特点：从羧端逐一降解氨基酸

CPA：水解除Pro、Arg、Lys外的所有

C-末端残基

CPB：只水解Arg、Lys为末端的肽链

CPY：所有氨基酸第37页/共52页38(三)、二硫键断裂第38页/共52页39(四)、氨基酸组成分析酸水解方法：6mol/LHCl,110℃特点：氨基酸不消旋缺点：Trp完全破坏

Ser、Thr、Tyr部分破坏

Gln、Asn的酰氨基被水解碱水解方法：5mol/LNaOH，110℃特点：Trp可定量回收缺点：大部分氨基酸被破坏

第39页/共52页40(四)、氨基酸组成分析AA残基鸡溶菌酶牛β乳球蛋白菠菜铁氧还蛋白烟草花叶病毒外壳蛋白马细胞色素c牛核糖核酸酶人碳酸酐酶蚕丝心蛋白Ala12159146121945Val6971439179Leu82181262202Ile6104963101Pro284844177Met24002420Phe342843114Trp62131061Gly123661231674Ser1077160153017Thr788161010142Cys85512812Tyr344446823Asn135210510171Gln39493790Asp81111835144Glu2169795134Lys614421910185Arg1131112473His121034112总数12916097158104124260206第40页/共52页41(五)、多肽链的部分裂解降解分离1、酶切法：优点：专一性强，断裂点明

确，反应产率高酶：蛋白水解酶（protease）常见蛋白酶：

胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶，

嗜热菌蛋白酶，胃蛋白酶等

在肽链内有固定的酶切位

点，也叫内切酶或内肽酶

（endopeptidase）

第41页/共52页421)胰蛋白酶(Trypsin)特点：水解碱性氨基酸的-COOH形成的肽键马来酸酐可保护Lys1,2­环己二酮能修饰Arg胍基2）糜蛋白酶(Chymotrypsin)

水解-COOH端为芳香族的氨基酸

也水解疏水氨基酸Leu、Met或His的-COOH端肽键

裂解能力受邻近氨基酸残基影响

碱性残基和酸性残基

第42页/共52页第43页/共52页443）嗜热菌蛋白酶（Thermolysin）依赖Zn2＋和Ca2＋，可用来断裂较短的多肽链4）胃蛋白酶（Pepsin）要求芳香氨基酸和疏水氨基酸，断裂肽键

的二侧残基都是疏水氨基酸。最适pH＝25）木瓜蛋白酶（Papain）

对免疫球蛋白有特殊作用6）葡萄球菌蛋白酶(Staphylococcalprotease)磷酸缓冲液(pH7.8):Glu和Asp的-COOH端肽键碳酸氢铵缓冲液(pH7.8)

或醋酸缓冲液(pH4.0)：