蛋白质的结构和功能4

人类基因组计划

HGP(humangenomeproject)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法国、德国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。

本文档共90页；当前第1页；编辑于星期三\18点6分研究内容：遗传图谱，物理图谱，序列图谱，基因图谱本文档共90页；当前第2页；编辑于星期三\18点6分

研究人员曾经预测人类约有7～10万个基因，但人类基因总数实际在2.6383万到3.9114万个之间，不超过40,000，只是线虫或果蝇基因数量的两倍，人有而鼠没有的基因只有300个。本文档共90页；当前第3页；编辑于星期三\18点6分蛋白质组学转录组学功能RNA组学代谢组学糖组学……本文档共90页；当前第4页；编辑于星期三\18点6分生物化学研究的主要内容生物分子的结构与功能物质代谢及其调节基因信息传递及其调控本文档共90页；当前第5页；编辑于星期三\18点6分第一章

蛋白质的结构和功能

StructureandFunctionofProtein本文档共90页；当前第6页；编辑于星期三\18点6分

蛋白质(protein)是许多氨基酸(aminoacid)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。本文档共90页；当前第7页；编辑于星期三\18点6分蛋白质的生物学重要性蛋白质是生物体的基本组成部分含量高 人体固体成分的45%，细胞干重的70%以上分布广 所有的器官组织都含有蛋白质，细胞的各个部分都含有蛋白质种类多本文档共90页；当前第8页；编辑于星期三\18点6分蛋白质的生物学重要性蛋白质具有重要的生物学功能生物催化剂代谢调节免疫防护物质的转运与存储运动与支持细胞间信息传递氧化供能本文档共90页；当前第9页；编辑于星期三\18点6分第一节

蛋白质的分子组成本文档共90页；当前第10页；编辑于星期三\18点6分蛋白质的元素组成主要元素C(50~55%),H(6~7%),O(19~24%),N(13~19%),S(0~4%)次要元素P,Fe,Cu,Zn,I,…

本文档共90页；当前第11页；编辑于星期三\18点6分体内主要的含氮物质是蛋白质各种蛋白质的平均含氮量为16%100g样品中蛋白质的含量

=每克样品中含氮克数×6.25×1001/16%本文档共90页；当前第12页；编辑于星期三\18点6分三聚氰胺的含氮量为66%左右。三聚氰胺的价格只有蛋白原料的1/5。三聚氰胺作为一种白色结晶粉末，无特殊气味，微溶于冷水，溶于热水，掺杂后不易被发现。

本文档共90页；当前第13页；编辑于星期三\18点6分一、氨基酸蛋白质的基本组成单位组成人体蛋白质的氨基酸只有20种，且都是L--氨基酸(甘氨酸除外)。本文档共90页；当前第14页；编辑于星期三\18点6分H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R本文档共90页；当前第15页；编辑于星期三\18点6分(一)氨基酸的分类根据侧链的结构和理化性质分五类：非极性脂肪族氨基酸：侧链含烃链的氨基酸极性中性氨基酸：侧链有极性但不带电荷芳香族氨基酸：侧链含芳香基团酸性氨基酸：侧链含负性解离基团碱性氨基酸：侧链含正性解离基团本文档共90页；当前第16页；编辑于星期三\18点6分非极性脂肪族氨基酸本文档共90页；当前第17页；编辑于星期三\18点6分

极性中性氨基酸本文档共90页；当前第18页；编辑于星期三\18点6分芳香族氨基酸本文档共90页；当前第19页；编辑于星期三\18点6分酸性氨基酸本文档共90页；当前第20页；编辑于星期三\18点6分

碱性氨基酸本文档共90页；当前第21页；编辑于星期三\18点6分特殊氨基酸脯氨酸(Pro)，环型结构，属于亚氨基酸。脯氨酸在蛋白质合成加工时可被羟基化修饰成羟脯氨酸。本文档共90页；当前第22页；编辑于星期三\18点6分甘氨酸(Gly)无旋光性、无L-、D-型之分本文档共90页；当前第23页；编辑于星期三\18点6分半胱氨酸(Cys)+胱氨酸-HH本文档共90页；当前第24页；编辑于星期三\18点6分习惯分类法：芳香族氨基酸:Trp,Tyr,Phe含羟基氨基酸:Tyr,Thr,Ser含硫氨基酸:Cys,Met支链氨基酸:Val,Leu,Ile杂环族氨基酸:His,Trp杂环族亚氨基酸:Pro本文档共90页；当前第25页；编辑于星期三\18点6分二、肽(一)肽(peptide)

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。本文档共90页；当前第26页；编辑于星期三\18点6分+-HOH肽键甘氨酰甘氨酸本文档共90页；当前第27页；编辑于星期三\18点6分

多肽链本文档共90页；当前第28页；编辑于星期三\18点6分二肽、三肽、五肽……寡肽(oligopeptide)、多肽(polypeptide)氨基末端(aminoterminal)，也叫N-端羧基末端(carboxylterminal)，也叫C-端氨基酸残基(residue)多肽链(polypeptidechain)多肽链从氨基末端走向羧基末端多肽与蛋白质本文档共90页；当前第29页；编辑于星期三\18点6分N末端C末端牛核糖核酸酶本文档共90页；当前第30页；编辑于星期三\18点6分(二)生物活性肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)本文档共90页；当前第31页；编辑于星期三\18点6分谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成的三肽谷氨酸的-羧基形成肽键-SH为活性基团为酸性肽是体内重要的还原剂本文档共90页；当前第32页；编辑于星期三\18点6分GSH的生物学功能GSH的巯基具有还原性，保护体内蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使其处于活性状态。还原细胞内产生的H2O2，使其变成H2O。GSH的巯基有嗜核特性，能与外源的嗜电子毒物结合，阻断这些化合物与DNA、RNA或蛋白质结合，保护机体免遭毒物损害。本文档共90页；当前第33页；编辑于星期三\18点6分GSH过氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH还原酶NADPH+H+NADP+本文档共90页；当前第34页；编辑于星期三\18点6分第二节

蛋白质的分子结构本文档共90页；当前第35页；编辑于星期三\18点6分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)高级结构或空间构象本文档共90页；当前第36页；编辑于星期三\18点6分一、蛋白质的一级结构定义：在蛋白质分子中，从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。主要化学键：主要化学键是肽键，蛋白质分子中二硫键的位置也属于一级结构的范畴。本文档共90页；当前第37页；编辑于星期三\18点6分牛胰岛素的一级结构本文档共90页；当前第38页；编辑于星期三\18点6分人胰岛素的一级结构本文档共90页；当前第39页；编辑于星期三\18点6分二、蛋白质的二级结构定义：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。主要化学键：氢键

本文档共90页；当前第40页；编辑于星期三\18点6分蛋白质二级结构的主要形式-螺旋(-helix)-折叠(-pleatedsheet)-转角(-turn)无规则卷曲(randomcoil)本文档共90页；当前第41页；编辑于星期三\18点6分(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构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元。本文档共90页；当前第42页；编辑于星期三\18点6分相邻肽单元的旋转性本文档共90页；当前第43页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第44页；编辑于星期三\18点6分蛋白质二级结构的模型本文档共90页；当前第45页；编辑于星期三\18点6分(二)-螺旋(-helix)本文档共90页；当前第46页；编辑于星期三\18点6分左手螺旋和右手螺旋本文档共90页；当前第47页；编辑于星期三\18点6分结构要点:多肽链主链围绕中心轴形成右手螺旋，侧链伸向螺旋外侧。本文档共90页；当前第48页；编辑于星期三\18点6分每圈螺旋含3.6个氨基酸，螺距为0.54nm。每个肽键的羰基氧和第四个肽键的氨基氢形成的氢键保持螺旋稳定。氢键与螺旋长轴基本平行。*Pro的N上缺少H，不能形成氢键，经常出现在-螺旋的末端，它改变多肽链的方向并终止螺旋。本文档共90页；当前第49页；编辑于星期三\18点6分

脯氨酸(Pro)本文档共90页；当前第50页；编辑于星期三\18点6分(三)-折叠(-pleatedsheet)本文档共90页；当前第51页；编辑于星期三\18点6分(三)-折叠(-pleatedsheet)结构要点：多肽链充分伸展，每个肽单元以C为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，侧链交替地位于锯齿状结构的上下方两段以上-折叠结构平行排列，可以顺向平行，也可以反向平行每两条链之间的肽键形成氢键，从而维持-折叠结构的稳定本文档共90页；当前第52页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第53页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第54页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第55页；编辑于星期三\18点6分(四)-转角和无规卷曲-转角(-turn)肽链内形成180º回折通常含有4个氨基酸残基，第一个残基的羰基氧与第四个残基的氨基氢形成氢键第二个氨基酸残基通常为脯氨酸无规卷曲没有确定规律性的肽链结构本文档共90页；当前第56页；编辑于星期三\18点6分N—4CH—CC3CHN—HO=C2CHNC—1CH—NRRHOHRROHO本文档共90页；当前第57页；编辑于星期三\18点6分(五)模体在蛋白质分子中，2个或2个以上具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。二级结构组合形式有3种：

本文档共90页；当前第58页；编辑于星期三\18点6分模体(motif)是蛋白质分子具有特定空间构象和特殊功能的结构成分。其中一类就是具有特殊功能的超二级结构。一些常见的模体： 锌指 螺旋-环-螺旋 螺旋-转角-螺旋 碱性亮氨酸拉链本文档共90页；当前第59页；编辑于星期三\18点6分DNA结合蛋白的锌指结构模体本文档共90页；当前第60页；编辑于星期三\18点6分钙结合蛋白中结合钙离子的模体本文档共90页；当前第61页；编辑于星期三\18点6分亮氨酸拉链本文档共90页；当前第62页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第63页；编辑于星期三\18点6分三、蛋白质的三级结构定义：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置，也就是整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。稳定因素：次级键——疏水作用、离子键(盐键)、氢键和VanderWaals力共价键——二硫键也参与维持三级结构本文档共90页；当前第64页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第65页；编辑于星期三\18点6分N端C端肌红蛋白(Mb)本文档共90页；当前第66页；编辑于星期三\18点6分结构域

分子量较大的蛋白质三级结构常可折叠成多个结构较为紧密的区域，各行其功能，称为结构域(domain)，它是三级结构层次上的局部折叠区域。3-磷酸甘油醛脱氢酶亚基本文档共90页；当前第67页；编辑于星期三\18点6分大多数结构域含有序列上连续的100至200个氨基酸残基，若用限制性蛋白酶水解，含多个结构域的蛋白质常分解出独立的结构域，而各结构域的构象可以基本不改变，并保持其功能超二级结构则不具备这种特点。结构域可看作是球状蛋白质的独立折叠单位，有较为独立的三维空间结构。本文档共90页；当前第68页；编辑于星期三\18点6分纤连蛋白分子的结构域本文档共90页；当前第69页；编辑于星期三\18点6分四、四级结构亚基(subunit)：许多功能性蛋白质分子含有2条或2条以上多肽链。每一条多肽链都有完整的三级结构，称为亚基。四级结构：亚基间以非共价键连接并呈特定的三维空间排布。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。各亚基间的结合力主要是氢键、离子键。本文档共90页；当前第70页；编辑于星期三\18点6分血红蛋白本文档共90页；当前第71页；编辑于星期三\18点6分血红蛋白本文档共90页；当前第72页；编辑于星期三\18点6分血红蛋白本文档共90页；当前第73页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第74页；编辑于星期三\18点6分第四节蛋白质的理化性质及其分离纯化本文档共90页；当前第75页；编辑于星期三\18点6分一、蛋白质的理化性质(一)蛋白质的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条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团。本文档共90页；当前第76页；编辑于星期三\18点6分蛋白质的等电点(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成为蛋白质的等电点。本文档共90页；当前第77页；编辑于星期三\18点6分本文档共90页；当前第78页；编辑于星期三\18点6分AminoacidpIM.W.Glycine5.9775Alanine6.0089Valine5.96117Leucine5.98131Isoleucine6.02131Phenylalanine5.48165Proline6.30115tryptophan5.89204serine5.68105tyrosine5.66181AminoacidpIM.W.cystein5.07121methionine5.74149asparagine5.41132glutamine5.65146cystein5.60119asparticacid2.97133glutamicacid3.22147Lysine9.74146Arginine10.76174Histidine7.59155本文档共90页；当前第79页；编辑于星期三\18点6分人体大部分蛋白质的pI为5.0左右,因此在生理pH7.4环境下带负电荷。pI>7.4:碱性蛋白质，如鱼精蛋白、组蛋白pI<7.4:酸性蛋白质，如胃蛋白酶、丝蛋白利用蛋白质两性电离的性质，可以通过电泳、离子交换层析等技术分离蛋白质。本文档共90页；当前第80页；编辑于星期三\18点6分(二)蛋白质的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KD之间，其分子的直径可达1~100nm，为胶粒范围之内。胶体性质：布朗运动、丁达尔现象、电泳现象、不能透过半透膜、具有吸附能力本文档共90页；当前第81页；编辑于星期三\18点6分维持蛋白质胶体稳定性的因素：表面电荷水化膜本文档共90页；当前第82页；编辑于星期三\18点6分+++++++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