生物化學(xué)講義

1、生物化學(xué)講義 第二章第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能 一、概述一、概述 ) ) 三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 五、蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)、分離純化與鑒定五、蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)、分離純化與鑒定 生物化學(xué)講義 了解蛋白質(zhì)的元素組成；掌握蛋白質(zhì)的基本結(jié) 構(gòu)單位氨基酸的基本結(jié)構(gòu)；了解氨基酸的分 類；了解稀有氨基酸和非蛋白質(zhì)氨基酸；掌握 氨基酸的各種理化性質(zhì)；掌握肽鍵、肽鏈和蛋 白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的概念，同時了解蛋白質(zhì)一級結(jié) 構(gòu)的表示方法；掌握二肽及多肽的形成過程； 了解蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定方法。 。 生物化學(xué)講義 思考題思考題 1. 蛋白質(zhì)分為哪

2、些類型？各行使何種功能？蛋白質(zhì)分為哪些類型？各行使何種功能？ 2. 自然界存在的氨基酸種類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)？自然界存在的氨基酸種類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)？ 3. 肽鍵有何特點？對蛋白質(zhì)構(gòu)象的形成有何肽鍵有何特點？對蛋白質(zhì)構(gòu)象的形成有何 影響？影響？ 4. 何謂蛋白質(zhì)的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)？維何謂蛋白質(zhì)的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)？維 系蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力有哪些？系蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力有哪些？ 5. 何謂蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域？何謂蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域？ 6. 試述蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)與功能的試述蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)與功能的 關(guān)系。關(guān)系。 7. 何謂蛋白質(zhì)的變性作用與復(fù)性作用？何謂蛋白質(zhì)的變性作用與

3、復(fù)性作用？ 生物化學(xué)講義 一、概述一、概述 （一）蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義和元素組成（一）蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義和元素組成 （二）蛋白質(zhì)的分類（二）蛋白質(zhì)的分類 生物化學(xué)講義 （一）蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義和元素組成（一）蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義和元素組成 1. 蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義蛋白質(zhì)的生物學(xué)意義 （1）蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的多樣性）蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的多樣性 酶的催化功能、控制生長和分化、代謝調(diào)節(jié)酶的催化功能、控制生長和分化、代謝調(diào)節(jié) 功能、運動功能、運輸作用、免疫保護(hù)作用、接功能、運動功能、運輸作用、免疫保護(hù)作用、接 受和傳遞信息、貯存營養(yǎng)功能、結(jié)構(gòu)支持作用受和傳遞信息、貯存營養(yǎng)功能、結(jié)構(gòu)支持作用。 （2）蛋白質(zhì)生

4、物學(xué)功能的復(fù)雜性）蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的復(fù)雜性 某一功能的發(fā)揮往往受到多種因素的影響與某一功能的發(fā)揮往往受到多種因素的影響與 調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 生物化學(xué)講義 2. 蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成 一般含有：碳（一般含有：碳（5055） 、氮（、氮（15 18）、氧（）、氧（2023）、氫（）、氫（68 ）、硫（）、硫（04）。）。 在某些蛋白質(zhì)中，還含有一些微量元素在某些蛋白質(zhì)中，還含有一些微量元素 如：磷、鐵、銅、鉬、碘、鋅等。如：磷、鐵、銅、鉬、碘、鋅等。 蛋白質(zhì)元素組成的一個特點：蛋白質(zhì)元素組成的一個特點：各種蛋白各種蛋白 質(zhì)的氮含量比較恒定，平均值為質(zhì)的氮含量比較恒定，平均值為16左右左右。

5、 用凱氏定氮法測定氮的含量，計算蛋白質(zhì)用凱氏定氮法測定氮的含量，計算蛋白質(zhì) 的含量（由氮的含量乘以的含量（由氮的含量乘以6.256.25）出來。）出來。 生物化學(xué)講義 （二）蛋白質(zhì)的分類（二）蛋白質(zhì)的分類 1.1.按蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類按蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類 2. 2.按蛋白質(zhì)的功能分類按蛋白質(zhì)的功能分類 3. 3.按蛋白質(zhì)的組成和溶解性分類按蛋白質(zhì)的組成和溶解性分類 生物化學(xué)講義 1.1. 按蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類按蛋白質(zhì)的構(gòu)象分類 分為球狀蛋白質(zhì)分為球狀蛋白質(zhì) 和纖維狀蛋白質(zhì)和纖維狀蛋白質(zhì)。 球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì) （globular globular protein protein） 血紅蛋白、肌紅血紅

6、蛋白、肌紅 蛋白等。蛋白等。 生物化學(xué)講義 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì) （fibroue fibroue proteinprotein） 膠原蛋白、彈性膠原蛋白、彈性 蛋白、角蛋白、蛋白、角蛋白、 絲心蛋白等。絲心蛋白等。 生物化學(xué)講義 催化蛋白（酶）催化蛋白（酶） 調(diào)節(jié)蛋白調(diào)節(jié)蛋白 結(jié)構(gòu)蛋白結(jié)構(gòu)蛋白 運輸?shù)鞍走\輸?shù)鞍?貯藏蛋白貯藏蛋白 運動蛋白運動蛋白 防御蛋白防御蛋白 電子傳遞蛋白電子傳遞蛋白 2.2.按蛋白質(zhì)的功能分類按蛋白質(zhì)的功能分類 生物化學(xué)講義 3.3.按蛋白質(zhì)的組成和溶解性分類按蛋白質(zhì)的組成和溶解性分類 單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì) （simple proteinsimple protei

7、n） 結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) （complex proteincomplex protein） 生物化學(xué)講義 二、蛋白質(zhì)的基本組成單位二、蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸氨基酸 （一）氨基酸的結(jié)構(gòu)（一）氨基酸的結(jié)構(gòu) （二）氨基酸的分類（二）氨基酸的分類 （三）氨基酸的性質(zhì)（三）氨基酸的性質(zhì) 生物化學(xué)講義 C H COOHR NH 2 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式 （一）（一） 氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位-氨基酸的結(jié)構(gòu)通式氨基酸的結(jié)構(gòu)通式 側(cè)鏈側(cè)鏈 生物化學(xué)講義 COOHC H 2 C H 2 C N H C H H 2 脯氨酸脯氨酸 亞氨基亞氨基 生物化學(xué)講義 （二）氨基酸

8、的分類（二）氨基酸的分類 1 1. .編碼氨基酸編碼氨基酸 2. 2.非編碼氨基酸非編碼氨基酸 3.3.非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸 氨基酸名稱符號R 基化學(xué)結(jié)構(gòu)等電點分類 H3C H3C Ala ( alanine ) CH CH 3 H3C CH CH 3 CH 2 H3CCH CH 3 CH 2 H3C CH 2 N CH 2 CH 2 CH 2 S CH 2 H2C H2CCH N COOH H 纈氨酸纈氨酸 亮氨酸亮氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸 色氨酸色氨酸 蛋氨酸蛋氨酸 脯氨酸脯氨酸 Val Pro Trp Met Leu Ile Phe 異亮氨酸異亮氨酸 ( valine ) ( le

9、ucine ) ( phenylalanine ) ( tryptophan ) ( methionine ) ( proline ) ( isoleucine ) 6.02 5.97 5.98 6.02 5.48 5.89 5.75 6.30 非非 極極 性性 氨氨 基基 酸酸 （8 種）種） 丙氨酸丙氨酸 1.1. 編碼氨基酸編碼氨基酸 CH2 HN CHC NH N H 氨基酸名稱符號R基化學(xué)結(jié)構(gòu)等電點分類 CH2CH2CH2 CH2CH2H3N + CH2CH2 NHC NH2 H2N + OOC - CH2CH2 OOC - CH2 His組氨酸 賴氨酸 精氨酸 天冬氨酸 谷氨酸 (

10、 histidine ) ( lysine ) ( arginine ) ( aspartic acid ) ( glutamic acid ) Lys Arg Asp Glu 7.59 9.74 10.76 2.97 3.22 帶 正 電 荷 極 性 氨 基 酸 帶 負(fù) 電 荷 極 性 氨 基 酸 第21種氨基酸硒代半胱氨酸 生物化學(xué)講義 2.2. 非編碼氨基酸非編碼氨基酸 沒有相應(yīng)的三聯(lián)體遺傳密碼。由沒有相應(yīng)的三聯(lián)體遺傳密碼。由 編碼氨基酸經(jīng)羥基化、甲基化、磷酸編碼氨基酸經(jīng)羥基化、甲基化、磷酸 化等修飾形成的衍生物?；刃揎椥纬傻难苌铩?例如：膠原蛋白和彈性蛋白中的例如：膠原蛋白和彈性蛋

11、白中的 4-羥脯氨酸羥脯氨酸 、5-羥賴氨酸等。羥賴氨酸等。 生物化學(xué)講義 3.3.非蛋白質(zhì)氨基酸非蛋白質(zhì)氨基酸 在生物體內(nèi)，還發(fā)現(xiàn)在生物體內(nèi)，還發(fā)現(xiàn)150150多種不參與蛋多種不參與蛋 白質(zhì)組成的氨基酸。白質(zhì)組成的氨基酸。 這些非蛋白質(zhì)氨基酸多是重要的代謝這些非蛋白質(zhì)氨基酸多是重要的代謝 物前體或代謝中間產(chǎn)物。物前體或代謝中間產(chǎn)物。 生物化學(xué)講義 1.1.氨基酸的兩性解離及等電點氨基酸的兩性解離及等電點 氨基酸是兩性電解質(zhì)（氨基酸是兩性電解質(zhì)（ampholyteampholyte） C H COOHR NH 2 （三）氨基酸的性質(zhì)（三）氨基酸的性質(zhì) 生物化學(xué)講義 氨基酸兩性解離氨基酸兩性解離

12、 RCOOHCH NH2 RCOOCH NH3 + - 中性分子形式中性分子形式 兩性離子形式兩性離子形式 生物化學(xué)講義 RCOOHCH NH3 RCOO-CH NH3 + RCOO-CH NH2 + OH- H+ 生物化學(xué)講義 對某種氨基酸來講，當(dāng)溶液在某一對某種氨基酸來講，當(dāng)溶液在某一 特定的特定的 pH pH 時，氨基酸所帶凈電荷為時，氨基酸所帶凈電荷為 零（即正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等）零（即正電荷數(shù)與負(fù)電荷數(shù)相等） ， 在電場中，既不向正極移動，也不向在電場中，既不向正極移動，也不向 負(fù)極移動。這時，溶液的負(fù)極移動。這時，溶液的pH pH 稱為該稱為該 氨基酸的等電點氨基酸的等電點(is

13、oelectric (isoelectric point)point)，用，用pIpI表示。表示。 兩性解離物質(zhì)所帶靜電荷為零時溶液的兩性解離物質(zhì)所帶靜電荷為零時溶液的pHpH。 氨基酸的等電點氨基酸的等電點 生物化學(xué)講義 （1 1）不同氨基酸，由于）不同氨基酸，由于R R 基團(tuán)結(jié)構(gòu)的基團(tuán)結(jié)構(gòu)的 不同，有不同的等電點。在一定實驗條不同，有不同的等電點。在一定實驗條 件下，等電點是氨基酸的特征常數(shù)。件下，等電點是氨基酸的特征常數(shù)。 （2 2）當(dāng)氨基酸處于等電點狀態(tài)時，其）當(dāng)氨基酸處于等電點狀態(tài)時，其 溶解度最小，容易發(fā)生沉淀。溶解度最小，容易發(fā)生沉淀。 利用這一特性，可以從各種氨基酸的利用這一特

14、性，可以從各種氨基酸的 混合物溶液中，分離制取某種氨基酸混合物溶液中，分離制取某種氨基酸。 氨基酸等電點的作用氨基酸等電點的作用 生物化學(xué)講義 （1 1）氨基酸的構(gòu)型）氨基酸的構(gòu)型 除甘氨酸以外，其余除甘氨酸以外，其余 20 20 種氨基酸種氨基酸 的的 CC都是不對稱碳原子（手性）。都是不對稱碳原子（手性）。 C R COOH NH 2 H2NC R COOH HH L-型氨基酸 D-型氨基酸 2.2.氨基酸的光學(xué)活性與吸收光譜氨基酸的光學(xué)活性與吸收光譜 生物化學(xué)講義 甘氨酸的結(jié)構(gòu)式甘氨酸的結(jié)構(gòu)式 H NH 2 CCOOH H 生物化學(xué)講義 參與蛋白質(zhì)組成的氨基酸在可見光區(qū)都沒參與蛋白質(zhì)組成

15、的氨基酸在可見光區(qū)都沒 有光吸收；有光吸收； 在紫外光區(qū)只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨在紫外光區(qū)只有色氨酸、酪氨酸和苯丙氨 酸有吸收光的能力。其最大吸收波長酸有吸收光的能力。其最大吸收波長 ( ()分別為分別為280280nmnm、275275nmnm、257257nmnm； 是利用紫外分光光度計，在是利用紫外分光光度計，在280280nmnm波長處，波長處， 測定蛋白質(zhì)濃度的基礎(chǔ)。測定蛋白質(zhì)濃度的基礎(chǔ)。 （2 2）吸收光譜）吸收光譜 生物化學(xué)講義 三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) （一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) （二）蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)（二）蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 生物化學(xué)講義 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)

16、層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次 生物化學(xué)講義 一級結(jié)構(gòu)（一級結(jié)構(gòu)（primary structureprimary structure）；）； 二級結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)（secondary structuresecondary structure）；）； 超二級結(jié)構(gòu)（超二級結(jié)構(gòu)（supersecondary supersecondary structure structure）；）； 結(jié)構(gòu)域（結(jié)構(gòu)域（structural domainstructural domain）；）； 三級結(jié)構(gòu)（三級結(jié)構(gòu)（tertiary structuretertiary structure）；）； 四級結(jié)構(gòu)（四級結(jié)構(gòu)（quarter

17、nary structurequarternary structure） 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次 生物化學(xué)講義 （一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu) 概念：多肽鏈上各種氨基酸殘基的排列概念：多肽鏈上各種氨基酸殘基的排列 順序，即氨基酸序列稱為蛋白質(zhì)的一級順序，即氨基酸序列稱為蛋白質(zhì)的一級 結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)（primary structureprimary structure）。）。 （51Aa，5733 u） 生物化學(xué)講義 1.1.肽和肽鍵肽和肽鍵 肽肽 由氨基酸構(gòu)成的線形聚合物稱為肽由氨基酸構(gòu)成的線形聚合物稱為肽 （peptidepeptide）。）。二個氨基酸分子縮合二個氨基酸分子

18、縮合 而成的肽，稱為二肽（而成的肽，稱為二肽（dipeptidedipeptide）。 N H C O C N H C O COHH H R1 R2 H 生物化學(xué)講義 生物化學(xué)講義 肽鍵（肽鍵（peptide bonepeptide bone） 多肽鏈（多肽鏈（polypeptide chainpolypeptide chain） H NC O 氨基酸殘基 CC O N H H R O CN H O CN H C C 肽鍵肽單位 肽鏈主鏈 O CN H C C O CN H C O CN H C O COHN H 肽鍵氮氧原子共振產(chǎn)生：肽鍵氮氧原子共振產(chǎn)生：（1 1） 部分雙鍵性質(zhì)；（部分雙鍵

19、性質(zhì)；（2 2）多肽主鏈酰）多肽主鏈酰 胺平面；（胺平面；（3 3）CC處于順式或反處于順式或反 式構(gòu)型；（式構(gòu)型；（4 4）二面角；（）二面角；（5 5）偶）偶 極性（極性（N N末端，末端，C C末端）末端）。 生物化學(xué)講義 氨基酸殘基（氨基酸殘基（amino acid residueamino acid residue） R H H N O CC 氨基酸殘基 HOH 生物化學(xué)講義 蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的表示法蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的表示法 肽鍵肽鍵 H2NCO H CH3 S COOH NHCCO H NHCCO H NHCCO H NHC HHCH2 C H CH2 OH CH2 CH2 中文氨基酸

20、殘基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙中文氨基酸殘基命名法：酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙 氨酰甲硫氨酸氨酰甲硫氨酸 三字母符號表示法：三字母符號表示法：TyrTyrGlyGlyGlyGlyPhePheMetMet 單字母符號表示法：單字母符號表示法：Y YG GG GF FM M 生物化學(xué)講義 谷胱甘肽谷胱甘肽 腦啡肽（腦啡肽（5 5肽肽） 短桿菌肽短桿菌肽S S（1010肽肽） 肽類激素肽類激素 3.天然活性肽天然活性肽 生物化學(xué)講義 （二）蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)（二）蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu) 蛋白蛋白 質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)指的是蛋白質(zhì)分子質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)指的是蛋白質(zhì)分子 中全部原子和基團(tuán)相互間的立體關(guān)系，中全部原子和基團(tuán)相互

21、間的立體關(guān)系， 包括全部原子和基團(tuán)的排列、分布及肽包括全部原子和基團(tuán)的排列、分布及肽 鏈的走向。又稱為蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)、鏈的走向。又稱為蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)、 空間結(jié)構(gòu)或構(gòu)象，可分為二級、超二級、空間結(jié)構(gòu)或構(gòu)象，可分為二級、超二級、 結(jié)構(gòu)域、三級和四級結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)域、三級和四級結(jié)構(gòu)。 生物化學(xué)講義 1 1. .蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu) 2.2.蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 3.3.蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu) 4 4. .蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu) 5 5. .穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力 生物化學(xué)講義 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次 生物化學(xué)

22、講義 1.1.基本知識基本知識 （1 1）構(gòu)型與構(gòu)象）構(gòu)型與構(gòu)象 構(gòu)型（構(gòu)型（configurationconfiguration） 構(gòu)象（構(gòu)象（conformationconformation）19691969年，年，IUPACIUPAC （2 2）蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)原理蛋白質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)原理 肽單位與二面角肽單位與二面角 將多肽鏈的基本結(jié)構(gòu)中，將多肽鏈的基本結(jié)構(gòu)中，- -C C-CO-NH-C-CO-NH-C- - 這一主鏈骨架的重復(fù)單位叫肽單位（這一主鏈骨架的重復(fù)單位叫肽單位（PaulingPauling 和和CoreyCorey在在19511951年根據(jù)年根據(jù)X-X-射線衍射結(jié)果，提出射線

23、衍射結(jié)果，提出 蛋白質(zhì)肽單位平面原則蛋白質(zhì)肽單位平面原則 3 3）。）。 生物化學(xué)講義 肽單位平面結(jié)構(gòu)肽單位平面結(jié)構(gòu) N H C O C N H C O C OHH H R1 R2 H 氨基酸殘基 CC O N H H R O CN H O CN H C C 肽鍵肽單位 肽鏈主鏈 O CN H C C O CN H C O CN H C O COHN H 生物化學(xué)講義 肽單位立體結(jié)構(gòu)肽單位立體結(jié)構(gòu) 生物化學(xué)講義 生物化學(xué)講義 二面角（二面角（dihedral angledihedral angle） 肽平面肽平面1 1 圍繞圍繞 CC2 2N N1 1 單鍵旋轉(zhuǎn)， 單鍵旋轉(zhuǎn)， 其旋轉(zhuǎn)的角度用其

24、旋轉(zhuǎn)的角度用 表示；表示； 肽平面肽平面2 2 也可也可 以圍繞以圍繞 CC2 2C C2 2 單鍵旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)單鍵旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn) 的角度用的角度用表示。表示。 ( (右為正右為正, ,左為負(fù)左為負(fù)) ) N1 C 2 C2 生物化學(xué)講義 多肽鏈主鏈骨架的構(gòu)象是由每個多肽鏈主鏈骨架的構(gòu)象是由每個C C的成對的成對 二面角（二面角（，）所決定的。）所決定的。 非鍵合原子間的最小接觸距離非鍵合原子間的最小接觸距離 在相鄰的兩個肽單位的構(gòu)象中，非鍵合原在相鄰的兩個肽單位的構(gòu)象中，非鍵合原 子間的接近有無障礙，是否符合標(biāo)準(zhǔn)接觸距子間的接近有無障礙，是否符合標(biāo)準(zhǔn)接觸距 離，即能量是否達(dá)到最低，也是肽鏈構(gòu)象

25、能離，即能量是否達(dá)到最低，也是肽鏈構(gòu)象能 否穩(wěn)定存在的重要立體化學(xué)原則。否穩(wěn)定存在的重要立體化學(xué)原則。 生物化學(xué)講義 2. 二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu) 概概 念念 指多肽鏈主鏈在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，指多肽鏈主鏈在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 某些肽段借助氫鍵進(jìn)一步盤旋或折疊，某些肽段借助氫鍵進(jìn)一步盤旋或折疊， 從而形成有規(guī)律的構(gòu)象。從而形成有規(guī)律的構(gòu)象。 主要類型主要類型 - -螺旋、螺旋、-折疊片、折疊片、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)轉(zhuǎn)角、無規(guī) 卷曲。卷曲。 生物化學(xué)講義 （1 1）-螺旋螺旋 即每個氨基酸殘基（即每個氨基酸殘基（n n）的的C CO O 與另一個氨與另一個氨 基酸殘基（基酸殘基（n+4n+4）的的N NH H

26、形成氫鍵。形成氫鍵。 CHCO)3(NHCN OH R Pauling Pauling 和和CoreyCorey于于1951 1951 年提出蛋白質(zhì)的年提出蛋白質(zhì)的-螺旋螺旋 （-helix-helix）結(jié)構(gòu)模型。結(jié)構(gòu)模型。 羊毛等纖維狀蛋白質(zhì)中，球狀蛋白中也廣泛存在。它是蛋白質(zhì)主鏈的一種羊毛等纖維狀蛋白質(zhì)中，球狀蛋白中也廣泛存在。它是蛋白質(zhì)主鏈的一種 典型結(jié)構(gòu)形式典型結(jié)構(gòu)形式 . 生物化學(xué)講義 每隔每隔3.6個氨基酸殘基，螺旋上升一圈，每圈間距個氨基酸殘基，螺旋上升一圈，每圈間距0.54nm. 氫鍵環(huán)內(nèi)包括氫鍵環(huán)內(nèi)包括13個主鏈原子，因此稱這種螺旋為個主鏈原子，因此稱這種螺旋為3.613螺旋

27、。螺旋。 生物化學(xué)講義 生物化學(xué)講義 生物化學(xué)講義 生物化學(xué)講義 電子顯微鏡下的人體頭發(fā)電子顯微鏡下的人體頭發(fā) 生物化學(xué)講義 （2 2）-折疊折疊 （a）Antiparallel -折疊：折疊：伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片伸展的多肽鏈靠氫鍵聯(lián)結(jié)而成的鋸齒狀片 層結(jié)構(gòu)，存在于纖維蛋白，球狀蛋白也有。層結(jié)構(gòu)，存在于纖維蛋白，球狀蛋白也有。 又稱為又稱為 -折疊片（折疊片（-pleated sheet-pleated sheet）。）。 生物化學(xué)講義 反平行式較為穩(wěn)定，例如在絲心蛋白中存在穩(wěn)定反平行式較為穩(wěn)定，例如在絲心蛋白中存在穩(wěn)定 的反平行的反平行折疊。折疊。 生物化學(xué)講義 （3 3）-

28、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 蛋白質(zhì)分子中連接不同結(jié)構(gòu)單位的蛋白質(zhì)分子中連接不同結(jié)構(gòu)單位的180180o o轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)稱為轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)稱為-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 （ -turn-turn）。）。由氨基酸殘基（由氨基酸殘基（n n）的的C CO O 與另一個氨基酸殘與另一個氨基酸殘 基（基（n+3n+3）的的N NH H 形成氫鍵。形成氫鍵。 生物化學(xué)講義 （4 4）無規(guī)卷曲）無規(guī)卷曲 沒有規(guī)律性的多肽主鏈骨架的構(gòu)沒有規(guī)律性的多肽主鏈骨架的構(gòu) 象，就是無規(guī)卷曲象，就是無規(guī)卷曲（random coilrandom coil， 、角度角度 不定）；球蛋白分子不定）；球蛋白分子 中，往往含有較多的無規(guī)卷曲；無中，往往含有較多的無規(guī)卷曲；無

29、 規(guī)卷曲往往有利于多肽鏈形成靈活規(guī)卷曲往往有利于多肽鏈形成靈活 的、具有特異生物活性的構(gòu)象。的、具有特異生物活性的構(gòu)象。 生物化學(xué)講義 （1 1）超二級結(jié)構(gòu)）超二級結(jié)構(gòu) 相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元（主要是相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元（主要是 螺旋和螺旋和折疊）組合在一起，折疊）組合在一起， 形成有規(guī)則的、空間上能夠辨認(rèn)的形成有規(guī)則的、空間上能夠辨認(rèn)的 二級結(jié)構(gòu)的組合體，充當(dāng)三級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)的組合體，充當(dāng)三級結(jié)構(gòu) 的 構(gòu) 件 ， 稱 為 超 二 級 結(jié) 構(gòu)的 構(gòu) 件 ， 稱 為 超 二 級 結(jié) 構(gòu) （supersecondary structuresupersecondary structure）。）。 3. 3

30、. 超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 生物化學(xué)講義 常見的組合形式：常見的組合形式：、 生物化學(xué)講義 （2 2）結(jié)構(gòu)域）結(jié)構(gòu)域 多肽鏈在二多肽鏈在二 級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)或超二 級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ) 上，進(jìn)一步卷上，進(jìn)一步卷 曲折疊成為相曲折疊成為相 對獨立、近似對獨立、近似 球形的三維實球形的三維實 體稱為結(jié)構(gòu)域體稱為結(jié)構(gòu)域 （structure structure domaindomain），），是是 三級結(jié)構(gòu)的局三級結(jié)構(gòu)的局 部折疊區(qū)。部折疊區(qū)。 IgG分子的12個結(jié)構(gòu)域 CH3 CH2 VL 補(bǔ)體結(jié)合部位 抗原結(jié)合部位 CL CH1 L H VH S S SS SS SS 生物化

31、學(xué)講義 結(jié)構(gòu)域之間常常只有一段肽鏈相結(jié)構(gòu)域之間常常只有一段肽鏈相 連，形成所謂連，形成所謂“鉸鏈區(qū)鉸鏈區(qū)”（hinge hinge regionregion），），使結(jié)構(gòu)域容易發(fā)生相對使結(jié)構(gòu)域容易發(fā)生相對 運 動 。 結(jié) 構(gòu) 域 之 間 的 這 種 柔 性運 動 。 結(jié) 構(gòu) 域 之 間 的 這 種 柔 性 （flexibilityflexibility）有利于如酶和抗體有利于如酶和抗體 活性的發(fā)揮?；钚缘陌l(fā)揮。 生物化學(xué)講義 4.4.三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu) 多肽鏈在二級多肽鏈在二級 結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)結(jié)構(gòu)、超二級結(jié) 構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基 礎(chǔ)上，主鏈構(gòu)象礎(chǔ)上，主鏈構(gòu)象 和側(cè)鏈構(gòu)象相互和側(cè)鏈構(gòu)象相互

32、 作用，進(jìn)一步盤作用，進(jìn)一步盤 曲折疊形成特定曲折疊形成特定 的球狀分子結(jié)構(gòu)，的球狀分子結(jié)構(gòu)， 稱 作 三 級 結(jié) 構(gòu)稱 作 三 級 結(jié) 構(gòu) （tertiary tertiary structure structure） 。 三級結(jié)構(gòu)是指多三級結(jié)構(gòu)是指多 肽鏈中所有原子肽鏈中所有原子 的空間排布。的空間排布。 肌紅蛋白肌紅蛋白 myoglobin 生物化學(xué)講義 5. 5. 四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu) 由兩條或兩條由兩條或兩條 以上具有三級結(jié)以上具有三級結(jié) 構(gòu)的多肽鏈聚合構(gòu)的多肽鏈聚合 而成的特定三維而成的特定三維 結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）稱結(jié)構(gòu)（構(gòu)象）稱 為蛋白質(zhì)的四級為蛋白質(zhì)的四級 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)（quarter-qu

33、arter- n a r y s t r u c -n a r y s t r u c - tureture）。）。涉及亞涉及亞 基的種類、數(shù)目基的種類、數(shù)目 和亞基的空間排和亞基的空間排 布，包括亞基間布，包括亞基間 的接觸位點和相的接觸位點和相 互作用關(guān)系，但互作用關(guān)系，但 不包括亞基本身不包括亞基本身 的構(gòu)象。的構(gòu)象。 -亞基亞基（subunitsubunit） 血紅蛋白血紅蛋白 hemoglobin -亞基亞基 血紅素血紅素 （ haem） 生物化學(xué)講義 煙草花葉病毒（煙草花葉病毒（TMV）示意圖示意圖 由由2 1302 130個相個相 同亞基構(gòu)成的同亞基構(gòu)成的 螺旋對稱性柱螺旋對稱性

34、柱 形蛋白質(zhì)外殼，形蛋白質(zhì)外殼， 緊密排列于一緊密排列于一 含有含有6 3906 390個核個核 苷酸的單鏈苷酸的單鏈RNARNA 分子周圍。解分子周圍。解 離的離的TMVTMV外殼亞外殼亞 基和基和RNARNA，在合在合 適的條件下能適的條件下能 自裝配成完整自裝配成完整 的的TMVTMV。 生物化學(xué)講義 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次 生物化學(xué)講義 5 5. . 穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的作用力 生物化學(xué)講義 四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系四、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 （一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 （二）蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的

35、關(guān)系 生物化學(xué)講義 1. 一級結(jié)構(gòu)變異與生物進(jìn)化一級結(jié)構(gòu)變異與生物進(jìn)化 在不同生物體中行使相同或相似功能的在不同生物體中行使相同或相似功能的 蛋白質(zhì)，稱為同功能蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)，稱為同功能蛋白質(zhì)。 它們的氨基酸序列具有明顯的相似性，它們的氨基酸序列具有明顯的相似性， 這種現(xiàn)象稱為序列同源，有明顯序列同源這種現(xiàn)象稱為序列同源，有明顯序列同源 的蛋白質(zhì)，也稱同源蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)，也稱同源蛋白質(zhì)。 （一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 生物化學(xué)講義 （1 1）同源蛋白質(zhì)完全相同的氨基酸殘基，稱不）同源蛋白質(zhì)完全相同的氨基酸殘基，稱不 變殘基，它們決定了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能

36、。變殘基，它們決定了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能。 （2 2）有相當(dāng)大變化的氨基酸殘基，稱為可變殘）有相當(dāng)大變化的氨基酸殘基，稱為可變殘 基，它們的差異體現(xiàn)了種屬特異性?；?，它們的差異體現(xiàn)了種屬特異性。 因此，對不同生物來源的同功能蛋白質(zhì)的一級因此，對不同生物來源的同功能蛋白質(zhì)的一級 結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較研究：可以幫助我們了解哪些氨基結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較研究：可以幫助我們了解哪些氨基 酸對其活性是重要的，哪些是不重要的；可為生酸對其活性是重要的，哪些是不重要的；可為生 物進(jìn)化提供新的可靠依據(jù)。物進(jìn)化提供新的可靠依據(jù)。 同源蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的種屬差異與保守性同源蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的種屬差異與保守性 生物化學(xué)講義 2.2.一級結(jié)構(gòu)變

37、異與分子病一級結(jié)構(gòu)變異與分子病 （1 1）分子?。┓肿硬?基因突變基因突變 AaAa變異變異 蛋白結(jié)構(gòu)和功能改變引起的遺傳病。蛋白結(jié)構(gòu)和功能改變引起的遺傳病。 （2 2）鐮刀型紅細(xì)胞貧血?。╃牭缎图t細(xì)胞貧血病 由由HbHb分子分子亞基亞基N N末端序列的一級結(jié)構(gòu)改變引起末端序列的一級結(jié)構(gòu)改變引起HbHb表面電表面電 荷和等電點變化，溶解度降低并出現(xiàn)不正常線形締合。荷和等電點變化，溶解度降低并出現(xiàn)不正常線形締合。 HbS HbA -鏈N-末端序列 ValHisLeuThrProLysGluGlu ValHisLeuThrProLysGluVal 12345678 生物化學(xué)講義 正常紅細(xì)胞和鐮刀狀

38、紅細(xì)胞的掃描電鏡圖譜正常紅細(xì)胞和鐮刀狀紅細(xì)胞的掃描電鏡圖譜 ？ 生物化學(xué)講義 一級結(jié)構(gòu)相似，可能會有相同的功能；一級結(jié)構(gòu)有一級結(jié)構(gòu)相似，可能會有相同的功能；一級結(jié)構(gòu)有 差異，功能會不同。如差異，功能會不同。如OXOX與與ADH:ADH: 牛催產(chǎn)素牛催產(chǎn)素 Cys.Tyr.Ile.Gln.Asn.Cys. Pro. Leu.Gly-NH 2 Cys.Tyr.Phe.Gln.Asn.Cys.Pro.Arg.Gly-NH2 . SS 123456789 SS 牛加壓素牛加壓素 3. 多肽激素的一級結(jié)構(gòu)與功能多肽激素的一級結(jié)構(gòu)與功能 （ADH） （OX） 生物化學(xué)講義 不同生物（哺乳動物、鳥類、魚不同

39、生物（哺乳動物、鳥類、魚 類）來源胰島素分子一級結(jié)構(gòu)，發(fā)類）來源胰島素分子一級結(jié)構(gòu)，發(fā) 現(xiàn)組成的現(xiàn)組成的 51 51 個氨基酸殘基中，只個氨基酸殘基中，只 有有 24 24 個氨基酸殘基始終保持不變，個氨基酸殘基始終保持不變， 為不同生物所共有，為維持高級結(jié)為不同生物所共有，為維持高級結(jié) 構(gòu)和生物活性所必需。構(gòu)和生物活性所必需。 4.不同生物來源的胰島素一級結(jié)構(gòu)比較不同生物來源的胰島素一級結(jié)構(gòu)比較 生物化學(xué)講義 5.5.一級結(jié)構(gòu)斷裂與功能激活一級結(jié)構(gòu)斷裂與功能激活 有些蛋白質(zhì)常以無活性的前體形式產(chǎn)有些蛋白質(zhì)常以無活性的前體形式產(chǎn) 生和貯存。在機(jī)體需要時，切去部分肽生和貯存。在機(jī)體需要時，切去部

40、分肽 段之后，才變成有活性的蛋白質(zhì)。如參段之后，才變成有活性的蛋白質(zhì)。如參 與蛋白質(zhì)消化的各種蛋白酶、參與血液與蛋白質(zhì)消化的各種蛋白酶、參與血液 凝固的凝血酶、凝血因子等。凝固的凝血酶、凝血因子等。 激活（激活（activationactivation）：）：使前體蛋白質(zhì)使前體蛋白質(zhì) 變成活性蛋白質(zhì)的過程，稱為激活變成活性蛋白質(zhì)的過程，稱為激活。 生物化學(xué)講義 生物化學(xué)講義 （二）蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象與功能的關(guān)系 1 1. .變構(gòu)調(diào)節(jié)活性變構(gòu)調(diào)節(jié)活性 2 2. .變性喪失活性變性喪失活性 生物化學(xué)講義 血紅蛋白血紅蛋白 -亞基亞基 -亞基（亞基（ - subunit） 血紅素

41、血紅素 （ haem） 生物化學(xué)講義 血紅蛋白的變構(gòu)現(xiàn)象（變構(gòu)時的亞基移動）血紅蛋白的變構(gòu)現(xiàn)象（變構(gòu)時的亞基移動） 生物化學(xué)講義 血紅蛋白和肌紅蛋血紅蛋白和肌紅蛋 白的氧合曲線不同，白的氧合曲線不同， 前者是前者是 S S 形曲線，后形曲線，后 者是雙曲線。者是雙曲線。 - -亞基可與氧結(jié)合，亞基可與氧結(jié)合， 而而-亞基由于存在空亞基由于存在空 間位阻，幾乎不與氧間位阻，幾乎不與氧 結(jié)合。當(dāng)結(jié)合。當(dāng)-亞基與氧亞基與氧 結(jié)合后，發(fā)生三級結(jié)結(jié)合后，發(fā)生三級結(jié) 構(gòu)的變化，此變化使構(gòu)的變化，此變化使 相鄰的相鄰的-亞基發(fā)生三亞基發(fā)生三 級結(jié)構(gòu)的變化，與氧級結(jié)構(gòu)的變化，與氧 結(jié)合使血紅蛋白結(jié)合結(jié)合使血紅

42、蛋白結(jié)合 氧的能力在短時間內(nèi)氧的能力在短時間內(nèi) 迅速上升，從，而使迅速上升，從，而使 曲線程曲線程S S 形。形。 氧飽和度（%） 生物化學(xué)講義 （一）蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)（一）蛋白質(zhì)的重要性質(zhì) （二）蛋白質(zhì)分離純化的原則與方法（二）蛋白質(zhì)分離純化的原則與方法 五、蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)、分離純化與鑒定五、蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)、分離純化與鑒定 生物化學(xué)講義 1 1. .蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點蛋白質(zhì)的兩性解離與等電點 2 2. .蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 3 3. .蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng)蛋白質(zhì)的呈色反應(yīng) （一）蛋白質(zhì)的重要性質(zhì)（一）蛋白質(zhì)的重要性質(zhì) 生物化學(xué)講義 蛋白質(zhì)的等電點（蛋白質(zhì)的等電點（isoelectric pointisoelectric point） 當(dāng)溶液在某個當(dāng)溶液在某個pHpH時，使蛋白質(zhì)分子所時，