第一章蛋白质结构与功能(1.2节).ppt

1、Chapter 1 Structure and Function of Protein,第一章 蛋白质的结构与功能,蛋白质(protein, Pr)是由许多氨基酸（amino acid，AA）通过肽键相连形成的高分子含氮化合物。,Whats Protein?,蛋白质研究的历史,1833年，从麦芽中分离淀粉酶；随后从胃液中分离到类似胃蛋白酶的物质。 1864年，血红蛋白被分离并结晶。 19世纪末，证明蛋白质由氨基酸组成，并合成了多种短肽。 20世纪初，发现蛋白质的二级结构；完成胰岛素一级结构测定。 20世纪中叶，各种蛋白质分析技术相继建立，促进了蛋白质研究迅速发展； 1962年，确定了血红蛋白的

2、四级结构。 20世纪90年代，功能基因组与蛋白质组研究地展开。,蛋白质的生物学重要性,1. 生物体的重要组成成分 2. 具有重要的生物学功能 3. 氧化供能,？,（含量高、分布广）,Section 1 The Molecular Components of Protein,第一节 蛋白质的分子组成,要求掌握：,元素组成C、H、O、N、S 分子组成氨基酸 （种类、分类、结构特点、 理化性质）,一、组成人体蛋白质的一套20种氨基酸,蛋白质分子中主要的元素有：C、H、O、N、S等。N(16%)，故每克氮相当于6.25克蛋白质。 每克样品含氮克数6.25 100= 100g样品中蛋白质含量（g%）,一

3、）元素组成,测得1g肝组织样品中的氮含量为0.04g，肝组织中蛋白质的含量？ A. 25 g B. 2.50 g% C. 25 g% D. 3. 0 g% E. 6.25 g,0.046.25 100= 25（g%）,测得一蛋白质样品中的氮含量为0.40g，此样品约含蛋白质多少克？ A. 2.00g B. 2.50g C. 6.40g D. 3.00g E. 6.25g,二）蛋白质分子的结构单位氨基酸,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、脯氨酸除外）。,氨基酸的名称与符号,20种氨基酸的基本结构,C,H,H2N,COOH,R,碳原

4、子,不对称碳原子,侧链,-氨基酸的立体异构体,L型氨基酸(或左手氨基酸，法文Levo，左； 反之是D型氨基酸(或右手氨基酸，法文Dextro，右。,甘氨酸不能旋转，属于 -氨基酸,脯氨酸 （亚氨基酸）,脯氨酸属于L- -亚氨基酸,下列哪种氨基酸不具有旋光性/手性碳/镜像结构？ A. Gly B. Pro C. Trp D. Tyr E. His,下列哪种氨基酸为非编码氨基酸 A. 半胱氨酸 B. 组氨酸 C. 鸟氨酸 D. 丝氨酸 E. 亮氨酸,非极性脂肪族氨基酸 极性中性氨基酸 芳香族氨基酸 酸性氨基酸 碱性氨基酸,二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类,芳香族氨基酸:侧链含芳香基团,酸

5、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,几种特殊氨基酸,脯氨酸：亚氨基酸,半胱氨酸,半胱氨酸,胱氨酸,胱氨酸,H,H,_,氨基酸残基中决定蛋白质理化性质的主要因素是 A. 含有氮元素 B. 含有-羧基 C. 含有-氨基 D. 含有侧链基团 E. 彼此以肽键相连,下列含不离解极性R基氨基酸是 A. 谷氨酸 B. 天冬氨酸 C. 精氨酸 D. 组氨酸 E. 丝氨酸,下列酸性氨基酸的是 A. 谷氨酸 B. 赖氨酸 C. 精氨酸 D. 组氨酸 E. 丝氨酸,三、氨基酸的理化性质,（一）氨基酸具有两性解离的性质 两性解离： 酸性溶液NH 2 NH3+ 碱性溶液COOH COO ,溶

6、液pH值与氨基酸等电点的关系,等电点（isoelectric point, 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。,血清白蛋白（pI=4.7）在下列哪种pH值溶液中带正电荷? A. pH 4.0 B. pH 5.0 C. pH 6.0 D. pH 7.0 E. pH 8.0,若用重金属沉淀pI为8的蛋白质时，该溶液的pH值应为： A8 B8 C8 D8 E8,氨基酸的等电点是指 A 氨基酸溶液的pH值等于7时溶液的pH值 B 氨基酸溶液的pH值等于7.4时溶液的pH值 C 氨基酸分子呈正离子状态时

7、溶液的pH值 D 氨基酸分子呈负离子状态时溶液的pH值 E 氨基酸分子的正电荷与负电荷相等时溶液的pH值, 光吸收：280nm Trp, Tyr 260nm Phe 应用：紫外分光光度法测定蛋白质的含量,（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质,（一）氨基酸通过肽键 连接而形成肽 (peptide) -羧基-氨基 肽键(peptide bond),四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链,肽键（peptide bond）的概念：,一个氨基酸分子的-羧基与另一个氨基酸分子的-氨基在适当的条件下经脱水缩合连接的键即为肽键。,多肽链的形成及其方向性,多肽链有两端,N 末端：多肽链中有自由氨基的一端

8、C 末端：多肽链中有自由羧基的一端,N C,寡肽(oligopeptide)：或等于51，且具有特定空间结构的肽,（二）体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽（glutathione, GSH）,还原型与氧化型谷胱甘肽的相互转变,Glu-Cys-Gly | S | S | Glu-Cys-Gly,2 Glu-Cys-Gly | SH,还原型谷胱甘肽（GSH）,氧化型谷胱甘肽（GSSG）,GSH过氧化物酶,GSH还原酶,NADPH+H+,NADP+,还原型与氧化型谷胱甘肽的相互转变,1.解毒作用 2.参与氧化还原反应 3.保护巯基酶的活性 4.维持红细胞膜结构的稳定,谷胱甘肽的生理功用,体内

9、许多激素属寡肽或多肽,神经肽(neuropeptide),2.多肽类激素及神经肽,Section 2 Molecular Structure of Protein,第二节 蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构包括:,一级结构(primary structure) 二级结构(secondary structure) 三级结构(tertiary structure) 四级结构(quaternary structure),概念：蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。 主要的化学键:肽键、二硫键,一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的 一级结构,A Two Time Nobel Laureate in

10、Chemistry,The English biochemist Frederick Sanger (1918) was awarded the 1958 Nobel Prize in chemistry for his discovery of the chemical structure of insulin and another one in 1980 for creating a way to sequence genes.,1） A、B两条链 2） 51个氨基酸残基：A21，B30 3）二硫键：链间2个、A链内1个,(Insulin),二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构,两个

11、重要概念： 肽键平面 主链、侧链构像,肽键具有部分双键的性质,（一）肽键平面,肽键平面由于肽键具有部分双键的性质，使参与肽键构成的六个原子被束缚在同一平面上，这一平面称为肽键平面（酰胺平面，肽单元）。,肽键平面/酰胺平面是刚性平面结构,peptide unit,主链、侧链构像,概念：蛋白质多肽链主链原子局部的空间结构。 主要的化学键:氢键,二、多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构,蛋白质二级结构的类型,1、-螺旋（-helix） 2、-折叠（-pleated sheet） 3、-转角（-turn） 4、无规卷曲（random coil）,（二）常见的蛋白质二级结构,1. -螺旋（-helix）

12、：,-螺旋是多肽链的主链原子沿一中心轴盘绕所形成的有规律的螺旋构象，其结构特征为： 为一右手螺旋； 螺旋每圈包含3.6个氨基酸残基，螺距为5.44埃； 螺旋以氢键维系（1-4 ）。 （4）侧链R基团位于螺旋的外侧。, 极大的侧链基团，如Phe、Trp、Leu、His 连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基 Pro等亚氨基酸,影响- 螺旋稳定的因素：,2. -折叠（-pleated sheet）：,-折叠是由若干肽段或肽链排列起来所形成的扇面状片层构象，其结构特征为： 由若干条肽段或肽链平行或反平行排列组成片状结构； 主链骨架伸展呈锯齿状； 借相邻主链之间的氢键维系。 （4）侧链R基团交替位于片

13、状结构的上下方,3. -转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在,-转角特征：180回折；四个氨基酸残基；氢键,核糖核酸酶分子中的二级结构,模体（motif）是具有特殊功能的超二级结构，由二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合。 二级结构组合形式有3种：，,4.模体是具有特殊功能的超二级结构,钙结合蛋白中结合钙离子的模体,锌指结构,-螺旋-转角（或环）-螺旋模体 链-转角-链模体 链-转角-螺旋-转角-链模体,模体常见的形式,概念：肽链中所有原子在三维空间的排布位置。 主要的化学键:次级键（疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等），但也有共价键

14、，如二硫键等。,三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构（tertiary structure ）,（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置,胰岛素分子的三级结构,磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构,SARS病毒主蛋白酶 （SARS-CoV Mpro）的三级结构,纤连蛋白分子的结构域,（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区,在一级结构上相距较远的氨基酸残基，通过三级结构的形成，多肽链的弯折，彼此聚集在一起，从而形成一些在功能上相对独立的，结构较为紧凑的区域，称为结构域 (domain) 。,纤连蛋白(fibronectin)分子的结构域,型胶原酶的结构域,分子

15、伴侣 chaperon,定义：指影响、诱导多肽链形成正确的空间结构的一类蛋白质分子。 具体作用： 提供保护环境 可逆结合 修改错误折叠 参与二硫键形成,蛋白质的四级结构：蛋白质分子中各亚基的空间排布、亚基间的相互作用和接触部位的布局。 亚基 (subunit)：参与构成蛋白质四级结构的、每一条具有完整三级结构的多肽链。 主要化学键：氢键和离子键,四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构（quaternary structure ）,亚基的立体排布方式,血红蛋白(hemoglobin)的四级结构,同二聚体,异二聚体,亚基分子结构相同,亚基分子结构不同,小结：蛋白质分子的结构层次,五、蛋白质的分

16、类,* 根据蛋白质组成成分,* 根据蛋白质形状,六、蛋白质组学,（一）蛋白质组学基本概念,蛋白质组（proteome）:一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质”。 蛋白质组学(proteomics) ：研究蛋白质组的学科 。,（二）蛋白质组学研究技术平台,蛋白质组学是高通量，高效率的研究:,双向电泳分离样品蛋白质 蛋白质点的定位、切取 蛋白质点的质谱分析,（三）蛋白质组学研究的科学意义,由A、B两条多肽链组成的活性胰岛素分子是 A. 具有一级结构的蛋白质 B. 具有二级结构的蛋白质 C. 具有三级结构的蛋白质 D. 具有四级结构的蛋白质 E. 属于多肽，而不属于

17、蛋白质,蛋白质高级结构的形成和稳定主要依靠 A. 肽键 B. 二硫键 C. 侧链基团间的交联键 D. 侧链基团间的非共价键 E. 侧链基团间的共价键,下列除哪项之外都是肽键的特点 A. 具部分双键性质 B. 与肽键直接相连的原子共平面 C. 是一种共价键 D. 多肽链中氨基酸残基的主要连接键 E. 由于它可任意旋转，使多肽链能折迭成千姿百态的空间构象,关于-螺旋正确的是： A螺旋中每36个氨基酸残基为一周 B为右手螺旋结构 C两螺旋之间借二硫键维持其稳定 D氨基酸侧链R基团分布在螺旋外侧,蛋白质的一级结构是指下面的哪种情况 A. 氨基酸的种类和数量 B. 分子中的各种化学键 C. 多肽链的形态

18、和大小 D. 氨基酸残基的排列顺序 E. 分子中的共价键,蛋白质分子中次级键的特点是 A. 数目多，键能高 B. 数目多，键能低 C. 参与主链结构与侧链结构的维系 D. 多为酰胺键 E. 只存在于亲水环境中,对具有四级结构的蛋白质分子进行末端分析时，所得结果应是 A. 只有一个自由的-氨基和-羧基 B. 只有自由的-氨基而无自由的-羧基 C. 只有自由的-羧基而无自由的-氨基 D. 既无自由的-氨基也无自由的-羧基 E. 有一个以上的自由-氨基和-羧基,具有四级结构的蛋白质特征是： A分子中必定含有辅基 B在两条或两条以上具有三级结构多肽链的基础上，肽链进一步折叠，盘曲形成 C每条多肽链都具有独立的生物学活性 D依赖肽键维系四级结构的稳定性 E由两条或两条以上具在三级结构的多肽链组成,关于蛋白质分子三级结构的描述，其中错