第一章-蛋白质的结构和功能

生物化学Biochemistry第一章蛋白质的结构与功能第一节蛋白质是生命的物质基础一、蛋白质是构成生物体的基本成分二、蛋白质具有多样性的生物学功能1、生物催化作用2、代谢调节作用3、免疫保护作用4、转运与贮存作用5、运动与支持作用6、控制生长和分化作用第一章蛋白质的结构与功能第三节蛋白质的化学组成一、蛋白质的元素组成C、H、O、N和S，另外还含有磷、碘及铁、铜锰和锌等金属元素。N为特征元素，平均含16％蛋白质含量＝生物样品中N×6.25第一章蛋白质的结构与功能二、蛋白质的基本组成蛋白质的基本组成单位为氨基酸(一)氨基酸的结构RCCOOH

NH2

H第一章蛋白质的结构与功能(二)氨基酸分类1、中性氨基酸2、碱性氨基酸3、酸性氨基酸(三)氨基酸的理化性质1、两性解离及等电点(三)氨基酸的理化性质2、紫外吸收性质20种氨基酸中，有三种氨基酸具有苯环结构，凡是具有苯环结构的物质都具有紫外吸收的性质。氨基酸紫外区的特征吸收峰在280nm。第一章蛋白质的结构与功能第三节蛋白质的分子结构一、蛋白质的一级结构(prmarystructure)：蛋白质分子中氨基酸的组成、排列顺序和连接方式。(一)肽键和肽链肽键：一个α－氨基酸的α－氨基与另一个α－氨基酸的α－羧基间脱水后所形成的键称肽键。肽链(peptidebond)：许多氨基酸靠肽键连接起来所形成的不带分枝的链状结构称肽链。谷胱甘肽（GSH）的生理功能：（1）是体内重要的抗氧化剂；（2）参与氨基酸的跨膜转运；（3）参与机体的生物转化。

二、蛋白质的构象蛋白质的构象(conformation)又称空间结构、立体结构、高级结构或三维结构。是蛋白质分子在一级结构的基础上肽链进行折叠的结果。是蛋白质分子中原子和基团在三维空间上的排列、分布及肽链的走向。是蛋白质表现其生物学功能或活性所必需的。高级可分为二、三和四级结构。(一)蛋白质的的二级结构：多肽链的主链骨架中若干肽单位，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以氢键为主要的次级键而形成的有规则的构象。1、肽单位(peptideunit)：两个氨基酸脱水后形成肽键时，所形成的结构称为肽单位。2、二级结构的主要形式(secondarystructure)α－螺旋β－折叠(β片层)β－转角无规结构肽链：许多氨基酸靠肽键连接起来所形成的不带分枝的链状结构称肽链。(1)α－螺旋结构要点：①α－螺旋结构为右手螺旋，每3.6个氨基酸完成一个螺旋，螺旋上升0.54nm，每个氨基酸残基平均上升的高度为0.15nm，肽键平面与螺旋轴平行。②稳定α－螺旋结构的力为氢键。③肽链中氨基酸侧链分布在螺旋的外侧。(2)β-折叠(β-片层β-pleatedsheetstructure)β-片层的结构要点：①肽链相对伸展成锯齿状，侧链基团伸在肽链的上下两侧。②两条以上肽链(或同一条多肽链的不同部分)平行排列，相邻肽键相互交替形成许多氢键。氢键是维持β-片层的主要次级键。③肽链平行的走向有顺式和反式两种，肽链的N端在同侧为顺式，N端不在同侧称反式。(3)β-转角(β-bendorβ-turn)：伸展的肽链进行1800回折时所形成的结构，成U字形。该结构由四个氨基酸残基所组成，维持此结构的次级键也是氢键。(4)无规线团结构部分蛋白质中α－螺旋结构所占比例蛋白质名称α－螺旋结构β-片层蛋白质名称α－螺旋结构β-片层

血红蛋白78

0

羧肽酶38

17细胞色素C39

0

核糖核酸酶26

35溶菌酶40

12

凝乳蛋白酶14

45(3)超二级结构(super-secondarystructure)：多肽链内顺序相邻的二级结构常常在空间折叠中靠近，彼此相互作用，形成有规则的二级结构聚集体。属二级结构与结构域之间的层次。(4)结构域(domain)：介于超二级结构与三级结构之间的层次，由于多肽链上相邻的超二级结构紧密联系，进一步折叠形成一个或多个相对独立的致密的三维实体称结构域。结构域是蛋白质发挥功能的基本单位。小的蛋白质分子只有一个结构域，而大分子蛋白质有多个结构域，独立的结构域完成独立的功能。(五)蛋白质的三级结构(tertiarystructure)：多肽链在二级结构的基础上所进行的折叠和盘旋。或多肽链中个元素在空间的相对位置。N

His12CHis119Lys41细胞色素c分子的空间结构不变的AA残基(六)蛋白质的四级结构(quarternarystructure)：两条或两条以上肽链构成的蛋白质，其中每条多肽链均具有独立的三级结构，每条多肽链称为一个亚基。由亚基相互聚合而成的结构称四级结构。血红蛋白四级结构

各级结构间的关系：维持蛋白质高级结构的力(键)1、氢键2、盐键3、二硫键4、疏水作用5、范德华氏力蛋白质的分类根据形状分类根据组成分类根据功能分类根据溶解度分类可溶性蛋白醇溶性蛋白不溶性蛋白第四节蛋白质的结构与功能一、蛋白质一级结构与功能的关系1、一级结构不同、生物功能各异加压素：H2N-Cys-Tyr-Phe-Glu-Cys-Pro-Arg-Gly-COOH

催产素：H2N-Cys-Tyr-Ile-Glu-Cys-Pro-Arg-Leu-COOH促肾上腺皮质激素（ACTH）和β-促黑激素（β-MSH）一级结构比较2、一级结构中“关键”部分相同、生物功能相同3、一级结构的变化与疾病的关系

-链N端氨基酸排列顺序12345678

Hb-B（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…

Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…二、蛋白质空间构象与功能的关系蛋白质前体的活化蛋白质变性与复性蛋白质的变构与活性调节猪胰岛素原激活成形成胰岛素示意图

核糖核酸酶变性与复性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis变性复性血红蛋白输氧功能和构象变化O2HbHb-O2O2血红蛋白和肌红蛋白的氧合曲线活动肌肉毛细血管中的PO2020406080100肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin三、蛋白质的结构与生物进化第五节蛋白质的性质一、蛋白质分子的大小、形状及分子量的测定凝胶过滤法SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳法超速离心法质谱法蛋白质分子量一般在1×104～1×106Da范围或更大。logM=a-b

Ve

VM=

SRTD(1-υρ)M：分子量，υ：蛋白质偏微比容，ρ：溶剂密度，D：扩散系数，S：沉降系数，R：气体常数，T：绝对温度。二、蛋白质的变性：在某些物理和化学的因素作用下，使蛋白质分子的空间构象发生改变或破坏，导致其理化性质的改变及生物活性的丧失的现象称蛋白质的变性。1、变性的本质(1)蛋白质变性后分子从规则的紧密结构变为无规则的松散状态(2)变性只涉及次级键的断裂核糖核酸酶变性与复性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis变性复性2、变性作用的特征(1)生物活性丧失(2)某些理化性质的改变a变性后失去结晶能力b变性后溶解度降低c变性后蛋白质的粘度增加、扩散系数降低d变性后蛋白质中肽链相对伸展，肽键暴露易于消化3、变性作用的因素和程度4、变性作用的意义物理因素化学因素生物因素变性程度因素5、蛋白质变性后的复性三、蛋白质的两性电离与等电点pH=pI

净电荷=0

pH<

pI净电荷为正pH>pI净电荷为负PrCOOHNH3++H++

OH-+H++

OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+

当蛋白质溶液在某一定pH值时，使某特定蛋白质分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极移动，此时溶液的pH值即为该蛋白质的等电点（isoelectricpoint，pI）。四、蛋白质的胶体性质--------++++++++++++++++--------蛋白质胶体颗粒的沉淀

带正电