02第二讲蛋白质结构与功能(一)剖析课件.ppt

1、上堂课复习：上堂课复习：如何理解蛋白质工程？其研究体系的主线是什么？如何理解蛋白质工程？其研究体系的主线是什么？蛋白质工程诞生和标志？蛋白质工程诞生和标志？1983年，美国GENE公司Dr.UlmerScience发表了“”专论，标志“-”诞生了蛋白质工程和基因工程的关键区别？蛋白质工程和基因工程的关键区别？阐述蛋白质工程的理论基础与基本设计原理。阐述蛋白质工程的理论基础与基本设计原理。蛋白质工程基本途径和主要操作程序。蛋白质工程基本途径和主要操作程序。按预期的结构和功能按预期的结构和功能设计、新型蛋白质设计、新型蛋白质基因修饰或基因合成基因修饰或基因合成定向改造蛋白质定向改造蛋白质u空间三维

2、结构空间三维结构u结构与功能关系结构与功能关系 基基 础础 符合需要符合需要 性能优良性能优良 功能强大功能强大蛋白质工程蛋白质工程 天然蛋白质天然蛋白质新型蛋白质新型蛋白质蓝蓝 图图生命活动的基础生命活动的基础蛋白质：生命活动的执行者，如：新陈代谢、生长繁殖（生老病死）蛋白质：生命活动的执行者，如：新陈代谢、生长繁殖（生老病死）造福人类造福人类结构决定功能结构决定功能结构和功能关系结构和功能关系蛋白质工程的重要研究蛋白质工程的重要研究内容内容和和基础基础第一节 蛋白质组成和基本结构-淀粉酶的蛋白质立体结构图蛋白质的应用蛋白质的应用 洗涤酶制剂：蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶过氧化物酶洗涤酶

3、制剂：蛋白酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶过氧化物酶 （焙烤酶制剂，增加面包体积改善面团性质和瓤结构）（焙烤酶制剂，增加面包体积改善面团性质和瓤结构）酿酒酿酒饲料饲料造纸造纸医药医药农业农业（应用广泛）（应用广泛）例：聚例：聚-谷基酸：谷基酸：水凝胶水凝胶、絮凝剂絮凝剂、重金属、重金属吸附剂吸附剂、饲料、饲料添加剂添加剂、骨质疏松、骨质疏松预防药物预防药物、医用、医用生物粘生物粘合剂合剂、酶固定剂、防冻剂酶固定剂、防冻剂、生物、生物可降解的塑料。可降解的塑料。例：聚天冬氨酸：例：聚天冬氨酸：冷却水处理系统的冷却水处理系统的水垢处理水垢处理剂、环境温和的剂、环境温和的去垢剂去垢剂、金属、金属抗腐蚀剂

4、抗腐蚀剂、矿浆、矿浆液化剂液化剂、皮革皮革鞣制剂鞣制剂、化妆品、化妆品添加剂添加剂。人工合成，已经大规模生产人工合成，已经大规模生产如：重组集落刺激因子（如：重组集落刺激因子（CSFCSF）、促红细胞生成素（）、促红细胞生成素（EPOEPO）、白细胞介素（）、白细胞介素（ILIL）、）、干扰素、生长激素等干扰素、生长激素等元素元素比例（比例（%）C5055H67O1924N1319S04P、Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo样品中蛋白质样品中蛋白质含量含量估算估算=样品中样品中含氮量含氮量6.25凯氏定氮凯氏定氮一、蛋白质的分子组成一、蛋白质的分子组成1、蛋白质元素组成、蛋白质元素组成磷脂蛋白

5、2、蛋白质的基本单位（？）、蛋白质的基本单位（？）氨基酸蛋白质分子基本化学单位常见常见20种种L-AACOOHCHH2NR氨基酸机构通式氨基酸机构通式1 1、氨基酸包括：、氨基酸包括：天然天然蛋白质蛋白质氨基酸、氨基酸、非天然蛋白质氨基酸非天然蛋白质氨基酸2 2、组成蛋白质氨基酸、组成蛋白质氨基酸 2020种种L L型氨基酸型氨基酸 名称及简写符号（三字母和单字母）名称及简写符号（三字母和单字母）3 3、基本结构（手性分子）、基本结构（手性分子）v非天然蛋白质氨基酸：非天然蛋白质氨基酸：不参与构成蛋白质的氨基酸，约不参与构成蛋白质的氨基酸，约150150种，包括种，包括l一些是一些是D-D-氨

6、基酸或氨基酸或、-氨基酸。氨基酸。l一些氨基酸是重要的代谢物前体或中间产物，如：一些氨基酸是重要的代谢物前体或中间产物，如：瓜氨酸瓜氨酸和和鸟氨酸鸟氨酸是合成是合成精氨酸精氨酸的中间产物，的中间产物，-丙氨酸是是泛酸，辅酶丙氨酸是是泛酸，辅酶A A前体等的前体前体等的前体-氨基丁酸氨基丁酸是神经传递的化学介质是神经传递的化学介质v非极性非极性中性中性氨基酸氨基酸：R基基 不带电荷不带电荷 或或 极性极微弱，具有极性极微弱，具有疏水性疏水性 （9种）种）甘氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、脯氨酸。丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、

7、脯氨酸。v极性极性中性中性氨基酸氨基酸：R基基 极性极性亲水亲水，但不解离或极弱解离，但不解离或极弱解离 （6种）种）丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨丝氨酸、苏氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺酰胺、天门冬、天门冬酰胺酰胺。含有含有羟基、巯基和酰胺基羟基、巯基和酰胺基等。等。v酸性氨基酸酸性氨基酸：R基基 极性极性 解离解离，水溶液中呈酸性，水溶液中呈酸性，带带负负电荷电荷，亲水亲水性强。性强。（2种）种）天门冬氨酸、谷氨酸天门冬氨酸、谷氨酸。（羧基）（羧基）v碱性氨基酸碱性氨基酸：R基基 极性极性 解离解离，水溶液中显碱性，水溶液中显碱性，带带正正电荷电荷，亲水亲水性强。性强。（3种）种

8、）组氨酸、赖氨酸、精氨酸。组氨酸、赖氨酸、精氨酸。（氨基或亚氨基）（氨基或亚氨基）蛋白质分类（按蛋白质分类（按R侧链结构）侧链结构）丙氨酸丙氨酸Ala蛋氨酸蛋氨酸Met脯氨酸脯氨酸Pro缬氨酸缬氨酸Val亮氨酸亮氨酸Leu异亮氨酸异亮氨酸Ile苯丙氨酸苯丙氨酸Phe甘氨酸甘氨酸Gly色氨酸色氨酸Trp丝氨酸丝氨酸Ser组氨酸组氨酸His半胱氨酸半胱氨酸Cys苏氨酸苏氨酸Thr天冬酰胺天冬酰胺Asn谷胺酰胺谷胺酰胺Gln酪氨酸酪氨酸Tyr天冬氨酸天冬氨酸Asp谷氨酸谷氨酸Glu赖氨酸赖氨酸Lys精氨酸精氨酸Arg20种氨基酸（复习），要求记忆三字符缩写种氨基酸（复习），要求记忆三字符缩写构型构型

9、构型一个分子中原子的特定空间排布方式一个分子中原子的特定空间排布方式l 不同构型分子间除镜面对称外，不能以任何方式重合不同构型分子间除镜面对称外，不能以任何方式重合l 一种构型改变为另一种构型，必须有一种构型改变为另一种构型，必须有共价键共价键的断链和的断链和重新形成重新形成；L-型型D-型型构象组成分子的原子或基团，组成分子的原子或基团，绕绕单键单键旋转，旋转，形成的不同形成的不同空间排布空间排布 当一种构象转变为另一种构象时当一种构象转变为另一种构象时不要求不要求有有共价键的断链和重新形成共价键的断链和重新形成构象构象构型和构象的差异？构型和构象的差异？氨基酸的立体异构氨基酸的立体异构uD

10、、L是一种相对构型，是一种相对构型，不不表表示旋光性，即与其旋光性（示旋光性，即与其旋光性（+）、）、（-）无关。）无关。u旋光性用（）或（）表示。旋光性用（）或（）表示。u（+）及（）及（-）甘油醛作为其他）甘油醛作为其他旋光性异构体物质的构型的比旋光性异构体物质的构型的比较标准，较标准，并人为地规定。并人为地规定。u在费歇尔投影式中，手性碳上在费歇尔投影式中，手性碳上的的OH排在横线右边的为右旋甘排在横线右边的为右旋甘油醛作为油醛作为D型型，手性碳上的，手性碳上的OH排在排在横线左边横线左边的为的为左旋甘油醛左旋甘油醛作为作为L型型。氨基酸的光吸收氨基酸的光吸收v构成蛋白质的构成蛋白质的2

11、0种氨基酸种氨基酸都都没有没有光吸收，但在光吸收，但在远紫外区远紫外区(220nm)均有光吸收。均有光吸收。Why？v在在近紫外近紫外区区(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。能力。Why？酪氨酸酪氨酸 max275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸苯丙氨酸 max257nm，257=2.0 x102;色氨酸色氨酸 max280nm，280=5.6x103;定量关系定量关系 A=abc苯丙氨酸苯丙氨酸（Phe）二、肽和多肽链1.肽键肽键/酰胺键酰胺键2.寡肽：寡肽：12-203.多肽：大于多肽：大于204.多肽链的多肽链的构

12、型构型：反式（：反式（tran）/顺式（顺式（cis）5.多肽链的多肽链的构象构象（C-N扭角扭角,C-C扭角扭角）6.序列读法：左序列读法：左右，右，N NC，氨基端，氨基端羧基端羧基端肽单位和多肽链肽单位和多肽链氨基酸多肽链肽键 一个氨基酸的一个氨基酸的羧基羧基与与下一个氨基酸的下一个氨基酸的氨基氨基经经过缩合反应形成的过缩合反应形成的共价共价键键天然蛋白质通过通过肽键肽键将多个氨将多个氨基酸连接在一起构基酸连接在一起构成成多肽链多肽链折叠v一个氨基酸的一个氨基酸的氨基氨基与另一个氨基酸的与另一个氨基酸的羧基羧基之间失水之间失水形成的形成的酰胺键酰胺键称为称为肽键肽键，所形成的化合物称为，

13、所形成的化合物称为肽肽。H2NCHCOOHR1+H2NCHCOOHR2NCHCOOHR2HH2NCHCR1O肽键二肽l由两个氨基酸组成的肽称为由两个氨基酸组成的肽称为二肽二肽，由多个氨基酸组成的肽则，由多个氨基酸组成的肽则称为称为多肽多肽。氨基酸氨基酸残基残基？v氨基酸连接成多肽时，由氨基酸的主链和侧链组氨基酸连接成多肽时，由氨基酸的主链和侧链组成的一个成的一个基本单位基本单位。（氨基酸在形成肽键以后保。（氨基酸在形成肽键以后保留的部分）留的部分）v组成多肽的氨基酸组成多肽的氨基酸单元单元称为称为氨基酸氨基酸残基残基。v若称为氨基酸，一种省略的读法，不准确？若称为氨基酸，一种省略的读法，不准确

14、？多肽链多肽链第一个氨基酸具有自由的第一个氨基酸具有自由的,称为称为氨基端氨基端或或N N端端主链（肽键连接部分）主链（肽键连接部分）最末一个氨基酸具有自由的最末一个氨基酸具有自由的,称为称为羧基端羧基端或或C C端端多肽链多肽链CCNCCNCCNCCNCCH2CHCH2CH2CH2COO-OHCO2HCH2CONH2OHCH3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnCH3N-端C-端肽键v氨基酸顺序：氨基酸顺序：在多肽链中，氨基酸在多肽链中，氨基酸残基残基按一定的顺序排列的顺序。按一定的顺序排列的顺序。v末端末端：通常在多肽链的一端含有一个游离的：通常在多肽链的一端含

15、有一个游离的-氨基，称为氨基，称为氨基端或氨基端或N-N-端端；在另一端含有一个游离的；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基，称为羧基端羧基端或或C-C-端端。v氨基酸的顺序氨基酸的顺序读写读写是从是从N-N-端的端的氨基酸残基开始，氨基酸残基开始，以以C-C-端氨基酸残基端氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：Ser-Val-Tyr-Asp-Ser-Val-Tyr-Asp-GlnGln肽键-1肽键肽键-2-2v特点：氮原子的特点：氮原子的孤对电子孤对电子与与羰基羰基具有明显的具有明显的共轭共轭作用作用。v肽键中的肽键中的C-NC-N键具有键具

16、有部分双键性质部分双键性质，不能不能自由旋自由旋转。转。v肽平面：组成肽平面：组成肽键的原子（肽键的原子（6 6个）个）处于处于同一平面同一平面。v在大多数情况下，以在大多数情况下，以反式结构反式结构存在（分子内原子存在（分子内原子间的斥力）。间的斥力）。CONCN+O-CNCOHC肽键肽键-3肽键具有局部双键性质，具有反式和顺式两种构型 肽键平面肽键平面二级结构的基础二级结构的基础 肽单元呈刚性平面（肽键平面）肽单元呈刚性平面（肽键平面）由于局部双键性质，由于局部双键性质，肽键连接肽键连接的基团处于同一平面的基团处于同一平面，具有确，具有确定的键长和键角，是多肽链中定的键长和键角，是多肽链中

17、的的刚性结构刚性结构。（C-N扭角扭角,C-C扭角扭角）v在生物体中，在生物体中，多肽多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位亚单位。v许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。具有特殊许多分子量比较小的多肽以游离状态存在。具有特殊的生理功能，常称为的生理功能，常称为活性肽活性肽。如：脑啡肽；激素类多肽；胸腺肽；肽类抗生素；如：脑啡肽；激素类多肽；胸腺肽；肽类抗生素；谷胱甘肽；蛇毒多肽等谷胱甘肽；蛇毒多肽等。天然存在的重要多肽天然存在的重要多肽小结v蛋白质分子组成蛋白质分子组成 20种种L-型氨基酸及其分类型氨基酸及其分类v肽和多肽肽和多肽肽键和肽平面肽键和肽平面I

18、蛋白质的结构层次蛋白质的结构层次一级结构：一级结构：二级结构：二级结构：-螺旋，螺旋，-折叠，回折，环肽链，折叠，回折，环肽链，无规则卷曲无规则卷曲 超二级结构（膜体）：超二级结构（膜体）：-结构域：结构域：三级结构：三级结构：四级结构：四级结构：COOHNH亮丝苏半半谷异甘2 氨基酸残基在蛋白质多肽链中的排列顺序氨基酸残基在蛋白质多肽链中的排列顺序.v 组成蛋白质的组成蛋白质的20种种氨基酸氨基酸，按，按遗传密码遗传密码编码编码的的顺序顺序，通过通过肽键肽键连接起来的连接起来的多肽链多肽链。一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构核糖核酸酶的氨基酸排列顺序核糖核酸酶的氨基酸排列顺序即蛋白质一级结

19、构和高级结构的关系即蛋白质一级结构和高级结构的关系一级结构指氨基酸的排列顺序，是高一级结构指氨基酸的排列顺序，是高级结构的基础。级结构的基础。一级结构蕴含着多肽链的折叠密码，一级结构蕴含着多肽链的折叠密码，决定多肽链的折叠方式和高级结构。决定多肽链的折叠方式和高级结构。不能完全了解蛋白质分子的生物学活不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。性和理化性质。二、蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构：指多肽链指多肽链主链主链构象（构象（主链主链的排列方式）；的排列方式）；多肽链多肽链本身本身折叠或盘曲折叠或盘曲所形成的所形成的局部局部空间构象空间构象；多肽链多肽链主链主链中中各原子

20、各原子（不涉及侧链和其它部分不涉及侧链和其它部分）在在局部局部的空间排布。的空间排布。一段连续的肽单位一段连续的肽单位-氢键氢键排列成的具有排列成的具有周期性结构周期性结构的构象。的构象。蛋白质蛋白质二级结构二级结构主要作用力主要作用力氢键氢键 种类：种类：-螺旋、螺旋、-折叠、折叠、转角和无规则卷曲等转角和无规则卷曲等 基本组件：基本组件：一螺旋、一螺旋、-折叠、折叠、转角转角蛋白质蛋白质空间构象空间构象的作用力的作用力次级作用力次级作用力(主要作用力主要作用力)氢键：氢键：二级结构二级结构的主要作用力的主要作用力范德华力范德华力疏水作用疏水作用库仑力库仑力（静电引力）（静电引力）化学键化学键二硫键二硫键：稳定构象，稳定构象，多在多在 转角附近形成转角附近形成配位键配位键（金属离子作为辅基的蛋白）（金属离子作为辅基的蛋白）维系空间构象维系空间构象的作用力有哪些？的作用力有哪些？二、蛋白质的二级结构v思考题：思考题：2020种氨基酸的三字缩写种氨基酸的三字缩写哪些氨基酸在近紫外区有吸收，为什么？哪些氨基酸在近紫外区有吸收，为什么？什么是肽键、肽平面、为何呈刚性结构？什么是肽键、肽平面、为何呈刚性结构？肽链的氨基酸序列读写的起始端是什么？肽链的氨基酸序列读写的起始端是什么？构型和构象有何不同，举例说明？构型和构象有何不同，举例说明？