蛋白质的结构与功能4

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.氧化供能当前第1页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质的分子组成

TheMolecularComponentofProtein第一节当前第2页\共有73页\编于星期六\11点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、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。当前第3页\共有73页\编于星期六\11点各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。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测氮的方法：凯氏定氮法当前第4页\共有73页\编于星期六\11点一、氨基酸

——组成蛋白质的基本单位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）。当前第5页\共有73页\编于星期六\11点H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R当前第6页\共有73页\编于星期六\11点氨基酸的旋光异构当前第7页\共有73页\编于星期六\11点非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸的分类当前第8页\共有73页\编于星期六\11点色氨酸

tryptophanTryW

5.89丝氨酸

serineSerS

5.68酪氨酸

tyrosineTryY

5.66

半胱氨酸

cysteineCysC

5.07

蛋氨酸

methionine

MetM

5.74天冬酰胺

asparagineAsnN

5.41

谷氨酰胺

glutamineGlnQ

5.65

苏氨酸

threonineThrT5.602.极性中性氨基酸当前第9页\共有73页\编于星期六\11点甘氨酸

glycine

Gly

G

5.97丙氨酸

alanineAlaA

6.00缬氨酸

valineValV

5.96亮氨酸

leucineLeuL

5.98异亮氨酸

isoleucineIleI

6.02苯丙氨酸

phenylalaninePheF

5.48脯氨酸

prolineProP

6.30非极性疏水性氨基酸当前第10页\共有73页\编于星期六\11点天冬氨酸

asparticacidAspD

2.97谷氨酸

glutamicacidGluE

3.22赖氨酸

lysineLysK

9.74精氨酸

arginineArgR

10.76组氨酸

histidineHisH

7.593.酸性氨基酸4.碱性氨基酸当前第11页\共有73页\编于星期六\11点几种特殊氨基酸脯氨酸（亚氨基酸）当前第12页\共有73页\编于星期六\11点

半胱氨酸

+胱氨酸二硫键-HH当前第13页\共有73页\编于星期六\11点（二）氨基酸的理化性质1.两性解离及等电点等电点(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。当前第14页\共有73页\编于星期六\11点pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性离子阳离子阴离子当前第15页\共有73页\编于星期六\11点2.紫外吸收色氨酸、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。当前第16页\共有73页\编于星期六\11点3.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。当前第17页\共有73页\编于星期六\11点二、肽*肽键(peptidebond)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。（一）肽(peptide)当前第18页\共有73页\编于星期六\11点+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键当前第19页\共有73页\编于星期六\11点肽键有部分双键性质肽键由于共振而具有部分双键性质，因此，肽键比一般C-N键短，且不能自由旋转肽键原子及相邻的a碳原子组成肽平面相邻的a碳原子呈反式构型当前第20页\共有73页\编于星期六\11点肽键比一般C-N键短肽键为一平面相邻的a碳原子呈反式构型当前第21页\共有73页\编于星期六\11点*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)。当前第22页\共有73页\编于星期六\11点N末端：多肽链中有自由氨基的一端C末端：多肽链中有自由羧基的一端多肽链有两端*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。当前第23页\共有73页\编于星期六\11点N末端C末端牛核糖核酸酶当前第24页\共有73页\编于星期六\11点（二）生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)当前第25页\共有73页\编于星期六\11点GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH还原酶NADPH+H+NADP+当前第26页\共有73页\编于星期六\11点

体内许多激素属寡肽或多肽神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽当前第27页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质的分子结构

TheMolecularStructureofProtein

第二节当前第28页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质的分子结构包括一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构当前第29页\共有73页\编于星期六\11点定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。

当前第30页\共有73页\编于星期六\11点一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。当前第31页\共有73页\编于星期六\11点二、蛋白质的二级结构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

。定义

主要的化学键：

氢键

当前第32页\共有73页\编于星期六\11点（一）肽单元参与肽键的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)

。当前第33页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质二级结构的主要形式

-螺旋(-helix)

-折叠(-pleatedsheet)

-转角(-turn)无规卷曲(randomcoil)

当前第34页\共有73页\编于星期六\11点（二）-螺旋当前第35页\共有73页\编于星期六\11点（三）-折叠当前第36页\共有73页\编于星期六\11点（四）-转角和无规卷曲-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。当前第37页\共有73页\编于星期六\11点（五）模体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，被称为模体(motif)。当前第38页\共有73页\编于星期六\11点钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构当前第39页\共有73页\编于星期六\11点（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响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。当前第40页\共有73页\编于星期六\11点三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。主要的化学键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）定义当前第41页\共有73页\编于星期六\11点当前第42页\共有73页\编于星期六\11点肌红蛋白(Mb)N端C端当前第43页\共有73页\编于星期六\11点纤连蛋白分子的结构域（二）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)。当前第44页\共有73页\编于星期六\11点（三）分子伴侣分子伴侣(chaperon)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。*分子伴侣在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。当前第45页\共有73页\编于星期六\11点亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构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)。当前第46页\共有73页\编于星期六\11点血红蛋白的四级结构

当前第47页\共有73页\编于星期六\11点从一级结构到四级结构血红蛋白当前第48页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷曲与折叠Primary

structureSecondary

structure当前第49页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构蛋白质的四级结构是亚基的空间排列Polypeptide

(singlesubunit

oftransthyretin)Transthyretin,withfour

identicalpolypeptidesubunitsTertiary

structureQuaternary

structure当前第50页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三节当前第51页\共有73页\编于星期六\11点（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构与功能的关系牛核糖核酸酶的一级结构二硫键当前第52页\共有73页\编于星期六\11点天然状态，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，无活性当前第53页\共有73页\编于星期六\11点（二）一级结构与功能的关系例：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)当前第54页\共有73页\编于星期六\11点（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构二、蛋白质空间结构与功能的关系目录当前第55页\共有73页\编于星期六\11点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）随O2浓度变化而改变。（二）血红蛋白的构象变化与结合氧当前第56页\共有73页\编于星期六\11点肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线当前第57页\共有73页\编于星期六\11点*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)当前第58页\共有73页\编于星期六\11点当前第59页\共有73页\编于星期六\11点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。当前第60页\共有73页\编于星期六\11点变构效应(allostericeffect)蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。当前第61页\共有73页\编于星期六\11点（三）蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象疾病：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。当前第62页\共有73页\编于星期六\11点蛋白质构象改变导致疾病的机理：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、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。当前第63页\共有73页\编于星期六\11点疯牛病中的蛋白质构象改变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-折叠正常疯牛病当前第64页\共有73页\编于星期六\11点第四节蛋白质的理化性质与分离纯化ThePhysicalandChemicalCharactersandSeparationandPurificationofProtein当前第65页\共有73页\编于星期六\11点（一）蛋白质的两性电离一、理化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。*蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)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。当前第66页\共有