1、第第 一一 章章chemistry of Protein本章的重点和难点本章的重点和难点重点重点：掌握组成蛋白质的氨基酸的结构特点、分类、：掌握组成蛋白质的氨基酸的结构特点、分类、三个字母代号及重要理化性质；三个字母代号及重要理化性质；掌握蛋白质掌握蛋白质1-41-4级结构特点、作用力；级结构特点、作用力；了解蛋白质结构与功能的关系；了解蛋白质结构与功能的关系；了解蛋白质的重要理化性质。了解蛋白质的重要理化性质。难点难点：氨基酸结构特点、酸碱性质、等电点；蛋白质：氨基酸结构特点、酸碱性质、等电点；蛋白质 各级结构的概念和特点、结构与功能的关系；各级结构的概念和特点、结构与功能的关系；蛋白质重要
2、理化性质的应用。蛋白质重要理化性质的应用。第一节第一节 概概 述述二、蛋白质在生命中的重要性 恩格斯曾指出：恩格斯曾指出：“生命是蛋白体的存在方式，这种存在方生命是蛋白体的存在方式，这种存在方式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我式本质上就在于这些蛋白体的化学组成部分的不断的自我更新。更新。”第一，蛋白体是生命的物质基础；第一，蛋白体是生命的物质基础；第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式；第二，生命是物质运动的特殊形式，是蛋白体的存在方式；第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断第三，这种存在方式的本质就是蛋白体与其外部自然界不断 的新陈代谢。的新陈代谢。
3、1.1.蛋白质是生物体内必不可少的重要成分，蛋白质是生物体内必不可少的重要成分，是构成生物体是构成生物体最基本的结构物质和功能物质。最基本的结构物质和功能物质。蛋白质占干重蛋白质占干重 人体中（中年人）人体中（中年人）人体人体 45%45%水水55%55%细菌细菌 50%50%80%80%蛋白质蛋白质19%19%真菌真菌 14%14%52%52%脂肪脂肪19%19%酵母菌酵母菌 14%14%50%50%糖类糖类1%1%白地菌白地菌 50%50%无机盐无机盐7%7%三、三、蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能2.2.蛋白质是一种生物功能的主要体现者，蛋白质是一种生物功能的主要体现
4、者，它参与了几它参与了几乎所有的生命活动过程。乎所有的生命活动过程。1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递3.3.外源蛋白质有营养功能，可作为生产加工的对象。外源蛋白质有营养功能，可作为生产加工的对象。Fireflies emit light catalyzed by luciferase（荧光素酶）（荧光素酶）with ATPA few examples on protein diversi
5、tyErythrocytes（红细胞）（红细胞）contain a large amount of hemoglobins（血红蛋白）（血红蛋白）,the oxygen-transporting protein.The protein keratin（角蛋白）（角蛋白）is the chief structural components of hair,horn,wool,nails and feathers.四、蛋白质的元素组成四、蛋白质的元素组成1.1.主要有主要有C C、H H、O O、N N和和S S，有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属或金属元素元素铁、铜、锌、锰、钴、钼铁
6、、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。碳碳 5050 氢氢 7 7 氧氧 2323 氮氮 16%16%硫硫 0-30-3 其他其他 微量微量（1 1）一切蛋白质都含）一切蛋白质都含N N元素，且各种蛋白质的含氮量很接近，元素，且各种蛋白质的含氮量很接近，平均为平均为1616；100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g)=每克样品含氮的克数每克样品含氮的克数 6.251001/16%2.2.蛋白质元素组成的特点：蛋白质元素组成的特点：凯氏定氮法测定粗蛋白含量凯氏定氮法测定粗蛋白含量五、蛋白质的分类五、蛋白质的分类 （一）、（一）、依据蛋白质的外形分为球状蛋白质和纤
7、维状蛋白质依据蛋白质的外形分为球状蛋白质和纤维状蛋白质 1.1.球状蛋白质：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，球状蛋白质：外形接近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属于这一类大多数蛋白质属于这一类。2.2.纤维状蛋白质：分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋纤维状蛋白质：分子类似纤维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋 白质和不溶性纤维状蛋白质。白质和不溶性纤维状蛋白质。（二）、（二）、简单蛋白和结合蛋白简单蛋白和结合蛋白 1.1.简单蛋白：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由简单蛋白：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基酸组成的氨基酸组成的 肽链，不含其它成分
8、。肽链，不含其它成分。（1 1）清蛋白和球蛋白：广泛存在于动物组织中，易溶于水，球蛋白）清蛋白和球蛋白：广泛存在于动物组织中，易溶于水，球蛋白 微溶于水，易溶于稀酸中。微溶于水，易溶于稀酸中。（2 2）谷蛋白和醇溶谷蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀）谷蛋白和醇溶谷蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀 碱中，后者可溶于碱中，后者可溶于70708080乙醇中。乙醇中。（3 3）精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。）精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。（4 4）硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角）硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角
9、蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。2.2.结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成（1 1）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞 色素等。色素等。（2 2）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。（3 3）脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。）脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清如血清-、-脂蛋白等。脂蛋白等。（4 4）核蛋白：由简单蛋白与核酸结
10、合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。）核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。（5 5）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性 蛋白、丝心蛋白等。蛋白、丝心蛋白等。（三）、（三）、按功能分为活性蛋白和非活性蛋白按功能分为活性蛋白和非活性蛋白（四）、（四）、按营养价值分为完全蛋白和不完全蛋白按营养价值分为完全蛋白和不完全蛋白 蛋白质的互补作用蛋白质的互补作用第第 二二 节节 氨基酸化学（重点）氨基酸化学（重点）一、氨基酸的结构与分类一、氨基酸的结构与分类(2).除甘氨酸外，其它所有氨基酸
11、分子中的除甘氨酸外，其它所有氨基酸分子中的-碳原子都为不对称碳原碳原子都为不对称碳原 子。子。A.氨基酸都具有旋光性；氨基酸都具有旋光性；B.每一种氨基酸都具有每一种氨基酸都具有D-型和型和L-型两种立体异构体。目前已型两种立体异构体。目前已 知的天然蛋白质中氨基酸都为知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。型。（一）氨基酸的结构（一）氨基酸的结构 氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。从氨基酸是蛋白质水解的最终产物，是组成蛋白质的基本单位。从蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸和羟脯氨酸蛋白质水解物中分离出来的氨基酸有二十种，除脯氨酸和羟脯氨酸外，这些天然氨基酸在结构上
12、的共同特点为：外，这些天然氨基酸在结构上的共同特点为：(1).分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的-碳原子上都有一碳原子上都有一 个氨基，因而称为个氨基，因而称为-氨基酸。氨基酸。COOHH2N CH -碳原子基团 R R基团-氨基酸基本结构通式n-碳原子碳原子n不对称碳原子不对称碳原子n旋光性旋光性nD-型和型和L-型两种立体异构体型两种立体异构体H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H（二）氨基酸的分类（二）氨基酸的分类*20 20种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分
13、类如下:中性AA（1）按R基团的酸碱性分 酸性AA 碱性AA（2）按R基团的疏水性和亲水性分 疏水性R基团AA 亲水性R基团AA （3）按R基团的化学结构分 脂肪族A 芳香族AA 杂环族AA甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.301.（非极性）疏水性氨基酸（非极
14、性）疏水性氨基酸色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.极性（亲水）中性氨基酸极性（亲水）中性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸谷氨酸 glut
15、amic acid Glu E 3.22赖氨酸赖氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76组氨酸组氨酸 histidine His H 7.593.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸：中性中性aa：甘、丙、缬、亮、异亮、丝、苏：甘、丙、缬、亮、异亮、丝、苏 酸性酸性aa及酰胺：谷氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸及酰胺：谷氨酸、谷氨酰胺、天门冬氨酸 及天门冬酰胺及天门冬酰胺 碱性碱性aa：精、赖、组：精、赖、组 芳香族芳香族aa：苯丙、色、酪苯丙、色、酪 杂环杂环aa：脯、组脯、组 课后自己总结：课后自己总结：含含S
16、的的aa？含酚羟基的含酚羟基的aa?含羟基的含羟基的aa?含含酰胺基酰胺基的的aa?含含二硫键的二硫键的aa?（三）人体所需的八种必需氨基酸（三）人体所需的八种必需氨基酸 赖氨酸赖氨酸(Lys)缬氨酸缬氨酸(Val)蛋氨酸蛋氨酸(Met)色氨酸色氨酸(Trp)亮氨酸亮氨酸(Leu)异亮氨酸异亮氨酸(Ile)苏氨酸苏氨酸(Thr)苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe)婴儿时期所需婴儿时期所需:精氨酸精氨酸(Arg)、组氨酸、组氨酸(His)早产儿所需：色氨酸早产儿所需：色氨酸(Trp)、半胱氨酸、半胱氨酸(Cys)（四）几种特殊的氨基酸（四）几种特殊的氨基酸 脯氨酸脯氨酸（唯一的唯一的亚氨基酸）亚氨基酸）什
17、么是什么是亚氨基酸亚氨基酸？CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3 半胱氨酸半胱氨酸+胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HO
18、IICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 氨基酸衍生物氨基酸衍生物二、氨基酸的重要理化性质二、氨基酸的重要理化性质1.两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。所处溶液的酸碱度。等电点等电点(isoelectric point,pI)在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子的溶液中，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。此时溶液的电中性。此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电等电点点。pH=pI+OH-pHpI+H+OH-
19、+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+侧链不含离解基团的中性氨基酸：pI=(pK1+pK2)/2 酸性氨基酸：pI=(pK1+pKR-COO-)/2 碱性氨基酸：pI=(pK2+pKR-NH2)/2 COOHCHH3N+R-pK1+H+H+C O O-CHH3N+RH+H+p K2-C O O-CHH2NRAn acidic amino acid pI=(pK1+pKR)/2A bas
20、ic amino acid pI=(pKR+pK2)/22.紫外吸收紫外吸收 大多数蛋白质含大多数蛋白质含有有色氨酸、酪氨酸和色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸苯丙氨酸这三种氨基这三种氨基酸残基，所以在酸残基，所以在280nm有最大吸收，有最大吸收，测定蛋测定蛋白质溶液的光吸收值白质溶液的光吸收值是分析溶液中蛋白质是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方含量的快速简便的方法。法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。与酮酸。水合茚三酮变为还原型茚三酮；水合茚三酮变为还原型茚三酮；加热过程中酮酸裂解
21、，放出加热过程中酮酸裂解，放出CO2，自身变为少一个碳的醛。水合，自身变为少一个碳的醛。水合茚三酮变为还原型茚三酮；茚三酮变为还原型茚三酮；NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。3.与茚三酮的反应与茚三酮的反应 n反应要点：反应要点：A.该反应由该反应由NH2与与COOH共同参与，共同参与，-氨基酸氨基酸特有的反应；特有的反应；B.茚三酮是强氧化剂；茚三酮是强氧化剂；C.该反应非常灵敏，可在该反应非常灵敏，可在570nm测定吸光值；测定吸光值；D.测定范围：测定范围：0.550g/mL；E.脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物
22、质，在脯氨酸与茚三酮直接生成黄色物质，在440nm测定（不释测定（不释放放NH3），谷氨酰胺和天门冬酰胺与茚三酮直接生成棕色），谷氨酰胺和天门冬酰胺与茚三酮直接生成棕色物质。物质。n应用：应用：A.氨基酸定量分析（先用层析法分离）氨基酸定量分析（先用层析法分离）B.氨基酸自动分析仪：氨基酸自动分析仪：用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定性定用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定性定量，记录结果。量，记录结果。蛋白质的分子结构包括：蛋白质的分子结构包括：一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)三级结构三级结
23、构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)高级高级结构结构第三节、蛋白质的分子结构第三节、蛋白质的分子结构（一）基本概念（一）基本概念*肽键肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合氨基脱水缩合而形成的化学键。而形成的化学键。一、肽一、肽(peptide)NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH
24、-C-N-CH-COOHHHHO*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。合物。*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。*由十个以内由十个以内氨基酸氨基酸相连而相连而成成的的肽肽称为称为寡寡肽肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连由更多的氨基酸相连形成的肽称形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自
25、由氨基的一端的一端C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链的表示方法：多肽链的表示方法：从从N N端开始到端开始到C C端端 可用可用aaaa中文第一个字或英文连字体或单字母中文第一个字或英文连字体或单字母 中间用中间用“”或或”-”-”连接连接 多肽有两端：多肽有两端：多肽链多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。酸之间以肽键连接而成的一种结构。N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶（一）（一）定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序顺序，指蛋白质的
26、指蛋白质的aa组成和排序、二硫键数目、组成和排序、二硫键数目、肽链数目、末端肽链数目、末端aa的的种类等等。种类等等。二、蛋白质的一级结构二、蛋白质的一级结构 主要的化学键主要的化学键肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。目目 录录（二）、多肽链中氨基酸序列分析（二）、多肽链中氨基酸序列分析 分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成 测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基 把肽链水解成片段，分别进行分析把肽链水解成片段，分别进行分析 测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用测定各肽段的氨基酸排列顺序
27、，一般采用Edman降解法降解法一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序结果。后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序结果。将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序 将肽段分离并测出顺序将肽段分离并测出顺序专一性裂解专一性裂解末端氨基酸测定末端氨基酸测定二硫键拆开二硫键拆开纯蛋白质纯蛋白质n反应特点反应特点:A.为为-NH2的反应；的反应；B.氨基酸氨基酸-NH2的一个的一个H原子可被烃基取代原子可被烃基取代(卤代烃卤代烃)；C.在弱碱性条件下，与
28、在弱碱性条件下，与DNFB发生芳环取代，生成二硝基苯发生芳环取代，生成二硝基苯 氨基酸。氨基酸。n应用：应用：鉴定多肽或蛋白质的鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸，首先由末端氨基酸，首先由Sanger应用，应用，确定了胰岛素的一级结构，肽分子与确定了胰岛素的一级结构，肽分子与DNFB反应，得反应，得DNP-肽，水肽，水解解DNP-肽，得肽，得DNP-N端氨基酸及其他游离氨基酸，分离端氨基酸及其他游离氨基酸，分离DNP-氨基酸。氨基酸。(1)与与2，4-二硝基氟苯（二硝基氟苯（DNFB）反应）反应nEdmanEdman 降解法降解法（苯异硫氰酸酯法）苯异硫氰酸酯法）:氨基酸顺序分析法实际上也氨基酸
29、顺序分析法实际上也是一种是一种N-N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链端分析法。此法的特点是能够不断重复循环，将肽链N-N-端氨基酸残基逐一进行标记和解离。端氨基酸残基逐一进行标记和解离。n肽链（肽链（N端氨基酸）与端氨基酸）与PITC偶联，生成偶联，生成PTH-氨基酸，分离氨基酸，分离PTH-氨基酸。氨基酸。n氨基酸自动测序仪就是根据这个原理设计的。氨基酸自动测序仪就是根据这个原理设计的。(2)与异硫氰酸苯酯（与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应）的反应n用用DNS-氯氯(二甲基萘磺酰氯二甲基萘磺酰氯)测定测定N端氨基酸端氨基酸n水解后的水解后的DNS-氨基酸不需分离，可直接用电泳
30、或层析法鉴定，由于氨基酸不需分离，可直接用电泳或层析法鉴定，由于DNS有强烈荧光，灵敏度比有强烈荧光，灵敏度比DNFB法高法高100倍，比倍，比Edman法高几到法高几到十几倍，可用于微量氨基酸的定量。十几倍，可用于微量氨基酸的定量。(3)用于氨基酸顺序分析的其他颜色反应用于氨基酸顺序分析的其他颜色反应三、蛋白质的二级结构三、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构，即该段肽链主链骨架盘绕折叠，依靠氢盘绕折叠，依靠氢键维持固定所形成的有规律性的结构。它键维持固定所形成的有规律性的结构。它并并不涉及氨基酸残基侧链的构象。不涉及氨
31、基酸残基侧链的构象。定义定义 主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 （一）肽单元（一）肽单元参与肽键的参与肽键的6个原子个原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，位于同一平面，C 1和和C 2在平面上所处的位置在平面上所处的位置为反式为反式(trans)构型，此同一平构型，此同一平面上的面上的6个原子构成了所谓的个原子构成了所谓的肽肽单元单元(peptide unit)。组成肽键的原子处于同一平面；肽键中的C-N键具有部分双键性质，不能自由旋转；在大多数情况下，以反式结构存在。肽键的特点肽键的特点几个基本概念几个基本概念n肽单位：指多肽链上从一个肽单位：指多肽链上从一个a-碳原子到相邻的
32、碳原子到相邻的a-碳原子之碳原子之间的结构，它是肽链主链骨架中的重复结构。间的结构，它是肽链主链骨架中的重复结构。n肽平面：由于肽键具有部分双键的性质，因而不能自由旋肽平面：由于肽键具有部分双键的性质，因而不能自由旋转，使得肽键所连接的转，使得肽键所连接的6个原子处于同一个平面上。这个个原子处于同一个平面上。这个平面称为肽平面。平面称为肽平面。na-碳原子的二面角：多肽链中碳原子的二面角：多肽链中C-N和和C-C之间之间都是单键，都是单键，可以自由旋转，其中可以自由旋转，其中C-N旋转角度由旋转角度由 表示。表示。C-C间旋间旋转角度由转角度由 表示，它们被称为表示，它们被称为a-碳原子的二面
33、角。碳原子的二面角。n肽单位的三个显著特征：肽平面、肽单位的三个显著特征：肽平面、a-碳原子的二面角、反碳原子的二面角、反式结构。式结构。n一级结构的最小单位是一级结构的最小单位是aa残基，高级结构的最小单位是肽残基，高级结构的最小单位是肽单位。单位。（二）、蛋白质二级结构的主要形式（二）、蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规则卷曲无规则卷曲 (random coil)1.1.-螺旋螺旋（1）什么是什么是a-螺旋结构螺旋结构?定义定义 指肽链主链骨架围绕中心轴盘绕折叠所形成的有规则的结指肽链主链骨架围绕
34、中心轴盘绕折叠所形成的有规则的结构，每圈螺旋含构，每圈螺旋含3.6个个aa残基。螺旋的螺距为残基。螺旋的螺距为0.54nm，结构的稳结构的稳定是靠链内的氢键。定是靠链内的氢键。结构特征结构特征 *类似棒状结构，紧密卷曲的多肽链构成了棒的中心部类似棒状结构，紧密卷曲的多肽链构成了棒的中心部 分，侧链分，侧链R R伸出到螺旋的外面，完成一个螺旋需伸出到螺旋的外面，完成一个螺旋需3.63.6个氨个氨 基酸残基，螺旋每上升一圈，螺距为基酸残基，螺旋每上升一圈，螺距为0.54nm0.54nm，相邻两个，相邻两个 氨基酸残基之间的轴心距为氨基酸残基之间的轴心距为0.15nm0.15nm；*a-螺旋结构的稳
35、定主要靠链内氢键，氢键形成于第一个螺旋结构的稳定主要靠链内氢键，氢键形成于第一个 氨基酸残基的羧基与线性顺序中的第五个氨基酸的氨氨基酸残基的羧基与线性顺序中的第五个氨基酸的氨 基，氢键环内包含基，氢键环内包含1313个原子，因此个原子，因此a-螺旋通常的表示法为螺旋通常的表示法为 n ns s(n(n为每螺旋中包含的氨基酸残基数，为每螺旋中包含的氨基酸残基数，s s为氢键环内包含的为氢键环内包含的 原子数）；原子数）；*大多数蛋白质中的大多数蛋白质中的a-螺旋为右手螺旋。螺旋为右手螺旋。*有些结构不易形成有些结构不易形成a-螺旋螺旋不易形成不易形成a-螺旋；螺旋；n多聚大侧链多聚大侧链aaaa
36、；n多聚相同电荷多聚相同电荷aaaa。2.2.-折叠折叠 3.-转角和无规则卷曲转角和无规则卷曲-转角转角无规则卷曲是用来阐述没有确定规律性的那无规则卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。部分肽链结构。turn(-bend or hairpin发卡发卡 turn)is also a common secondary structure found where a polypeptide chain abruptly reverses its direction.Relative probabilities that a given amino acid will occur in th
37、e three common types of secondary structure.(三三)超二级结构和结构域超二级结构和结构域（）超二级结构（）超二级结构在蛋白质分子中，由若在蛋白质分子中，由若干相邻的二级结构单元组合干相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，形在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能辨成有规则的、在空间上能辨认的二级结构组合体。几种认的二级结构组合体。几种类型的超二级结构：类型的超二级结构：；Rossmann卷曲卷曲 在球状蛋白质中，常见两个在球状蛋白质中，常见两个聚集体连在一起，形成聚集体连在一起，形成 结构。结构。（）结构域（）结构域 对于较大的蛋白质分子
38、或亚基，多肽链往往由两个或两个以上对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体就称结构域。就称结构域。结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。结构域一般由结构域一般由100200个氨基酸残基组成，氨基酸可以是连续的，个氨基酸残基组成，氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的也可以是不连续的 结构域之间常形成裂隙，比较
39、松散，往往是蛋白质优先被水解的部结构域之间常形成裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上 结构域之间由结构域之间由“铰链区铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 Structural domains in the polypeptide troponin(肌肌钙蛋白钙蛋白)C,two separate calcium-bind
40、ing domains（3 3）分子伴侣分子伴侣(chaperon)分子伴侣分子伴侣通过提供一个保护环境从而加速蛋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。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，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；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；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分子伴侣在蛋
41、白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。四、蛋白质的三级结构四、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等力等 主要的化学键：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。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。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。（一）（一）定义定义 亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。是氢键和离子键。五、蛋白质的四级结构五、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蛋白质分子中各亚基的空
42、间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，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，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。血红蛋白的四级结构的测定由佩鲁茨血红蛋白的四级结构的测定由佩鲁茨 1958年完成，其结构要点为：年完成，其结构要点为：球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基两条两条链，两条链，两条链，链，22 链：链：141个残基；个残基；链：链：146个残个残基基分子量分子量65 000含四个血红
43、素辅基含四个血红素辅基亲水性侧链基团在分子表面，疏水亲水性侧链基团在分子表面，疏水性基团在分子内部性基团在分子内部蛋白质分子中的结构层次蛋白质分子中的结构层次:一级结构一级结构二级结构二级结构超二级结构超二级结构结构域结构域三级结构三级结构亚基亚基 四级结构四级结构目目 录录维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分子的一级结构：肽键、二硫键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的二级结构：氢键维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力维系蛋白质分子的三级结构：疏水相互作用力 氢键氢键 范德华力范德华力 盐键盐键维系蛋白质分子的四级结构：范德华力、盐键维系蛋白质分子的四级结构：范德
44、华力、盐键第四节第四节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系（一）一级结构决定其空间结构（一）一级结构决定其空间结构 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性如何证明？如何证明？-AnfinsenAnfinsen的实验的实验AnfinsenAnfinsen的实验的实验 有活性球状分子核糖核酸酶（氢键、二硫键）有活性球状分子核糖核酸酶（氢键、二硫键）8M8M尿素、巯
45、基尿素、巯基乙醇乙醇变性为伸展的分子，生物活性消失变性为伸展的分子，生物活性消失透析除去变性剂和还原透析除去变性剂和还原剂剂酶的活性大部分恢复，伸展的多肽链重新折叠，二硫键正确配对；酶的活性大部分恢复，伸展的多肽链重新折叠，二硫键正确配对；还原后的核糖核酸酶还原后的核糖核酸酶8M8M尿素重新氧化尿素重新氧化无活性错乱的核糖核酸无活性错乱的核糖核酸酶酶微量巯基乙醇微量巯基乙醇有活性核糖核酸酶（二硫键正确配对）。有活性核糖核酸酶（二硫键正确配对）。说明什么问题？说明什么问题？A A：蛋白质的变性是可逆的，变性蛋白质在一定条件下是：蛋白质的变性是可逆的，变性蛋白质在一定条件下是 可以恢复活性的；可以
46、恢复活性的；B B：恢复的原因是在一定条件下可自身折叠成天然构象；：恢复的原因是在一定条件下可自身折叠成天然构象；C C：前两项根源是蛋白质之所以能形成复杂的三级结构，：前两项根源是蛋白质之所以能形成复杂的三级结构，所需要的全部信息都包含在一级结构中；所需要的全部信息都包含在一级结构中；D D：一级结构决定它的高级结构。：一级结构决定它的高级结构。（二）一级结构与功能的关系（二）一级结构与功能的关系1 1、同源蛋白质的研究：也叫同功能蛋白质，有助于研究、同源蛋白质的研究：也叫同功能蛋白质，有助于研究生物进化。生物进化。A A、同源蛋白质的概念：、同源蛋白质的概念：是指在不同生物体中实现同一功能
47、的蛋白质。它的一是指在不同生物体中实现同一功能的蛋白质。它的一级结构中有许多位置的级结构中有许多位置的aaaa对所有种属来说都是相同的，称对所有种属来说都是相同的，称为不变残基。其他位置的为不变残基。其他位置的aaaa差异较大，称为可变残基。这差异较大，称为可变残基。这种种aaaa顺序中的相似性称为顺序同源现象。顺序中的相似性称为顺序同源现象。B B、举例：、举例：如细胞色素如细胞色素c c，120120个物种，个物种，2828个个aaaa位置不变，是维持位置不变，是维持构象上发挥功能的必要部位。可变残基随进化而变异，亲构象上发挥功能的必要部位。可变残基随进化而变异，亲缘关系越近，缘关系越近，
48、aaaa差异越小（绘出进化树）。差异越小（绘出进化树）。2 2、一级结构相同，功能相同，一级结构的细小变化导致功、一级结构相同，功能相同，一级结构的细小变化导致功能完全不同。能完全不同。A A、分子病的概念：由于遗传基因的突变导致蛋白质分子、分子病的概念：由于遗传基因的突变导致蛋白质分子 结构的改变或某种蛋白质缺乏引起的疾病。结构的改变或某种蛋白质缺乏引起的疾病。B B、例如：镰刀性贫血病、例如：镰刀性贫血病N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)Mutat
49、ion and molecular interactions changes二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构 与功能与功能 1 1、结构、结构 肌红蛋白肌红蛋白：一条肽链。一个血红素辅基，一条肽链。一个血红素辅基，75%75%为为-螺旋，内部为螺旋，内部为非极性非极性aaaa，血红素在表面，通过，血红素在表面，通过His93His93和和His64His64与内部相连，与内部相连，His64His64存在于第六位配位键上，可避免存在于第六位配位键上，可避免FeFe2+2+氧化。氧化。血红蛋白血红蛋白：四条肽
50、链。四条肽链。2 2条条 链，链，2 2条条 链，链，4 4个血红素辅基，每条个血红素辅基，每条1 1个，由个，由4 4个原卟啉和个原卟啉和1 1个铁原子组成，形成个铁原子组成，形成6 6个配位键，个配位键，4 4个与原卟啉的个与原卟啉的N N原子结合，原子结合，1 1个与个与His93His93结合，另结合，另1 1个可与个可与O O2 2或水结合，当未与或水结合，当未与O O2 2结合时。结合时。FeFe2+2+处于高自旋状态，使这种处于高自旋状态，使这种6 6位结合形成一个位结合形成一个“圆屋顶圆屋顶”，FeFe2+2+高出屋顶，不稳；当与高出屋顶，不稳；当与O O2 2结合后，结合后，
