動(dòng)物生物化學(xué)課件：蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1、第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能Chapter2StructureandFunctionofProtein本章重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：掌握組成蛋白質(zhì)的氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、分類、三個(gè)字母代號(hào)及重要理化性質(zhì)；掌握蛋白質(zhì)1-4級(jí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、作用力；了解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；掌握蛋白質(zhì)的重要理化性質(zhì)難點(diǎn)：氨基酸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、酸堿性質(zhì)、等電點(diǎn)；蛋白質(zhì)各級(jí)結(jié)構(gòu)的概念和特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；蛋白質(zhì)重要理化性質(zhì)的應(yīng)用。第一節(jié)蛋白質(zhì)在生命活動(dòng)中的重要作用生命是蛋白體的存在方式，這種存在方式本質(zhì)上就在于這些蛋白體的化學(xué)組成部分的不斷自我更新。恩格斯反杜林論1878一、蛋白質(zhì)的定義?蛋白質(zhì)（protein,簡(jiǎn)寫pro）:是由20種L-

2、“-氨基酸按一定的序列通過酰胺鍵（肽鍵）縮合而成的，具較穩(wěn)定構(gòu)象并具一定生物功能的生物大分子。?Protein一詞來自希臘文Proteios”，意即第一位的”、最重要的?18世紀(jì)中葉Beccari首次報(bào)道應(yīng)用稀酸、稀堿和鹽類可從動(dòng)、植物組織中分離到含氮類物質(zhì)。?1838年荷蘭化學(xué)家Mulder將之應(yīng)用于從動(dòng)、植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜的有機(jī)含氮化合物。?蛋白質(zhì)是一類含氮的生物高分子，分子量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。例如，血紅蛋白的分子式是C3032H4816O812N780S8Fe4。二、生物學(xué)功能1、酶蛋白：催化作用。蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶等。酶類：一類是蛋白質(zhì)（蛋白酶），另一類為核酸（核酶）2、調(diào)節(jié)蛋白：物

3、質(zhì)代謝一一激素蛋白質(zhì)或多肽類激素遺傳信息表達(dá)一一組蛋白、阻遏蛋白、轉(zhuǎn)錄因子3、運(yùn)輸?shù)鞍祝哼\(yùn)輸功能。血紅蛋白、Na+-K+-ATPase、葡萄糖運(yùn)輸載體、脂蛋白、電子傳遞體4、運(yùn)動(dòng)蛋白：運(yùn)動(dòng)作用。肌肉收縮（肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白）、細(xì)菌的鞭毛運(yùn)動(dòng)5、防御蛋白：防御功能。抗體、補(bǔ)體、干擾素、凝血酶和血纖維蛋白原等6、貯存及營(yíng)養(yǎng)蛋白：貯存及營(yíng)養(yǎng)功能。鐵蛋白、酪蛋白卵清蛋白等7、受體蛋白：接受和傳遞信息的作用。神經(jīng)遞質(zhì)、激素、藥物等受體8、結(jié)構(gòu)蛋白：結(jié)構(gòu)成分和機(jī)械支撐作用。膜蛋白、角蛋白、結(jié)締組織的膠原蛋白、血管和皮膚的彈性蛋白等9、電子傳遞蛋白：傳遞電子。鐵硫蛋白、細(xì)胞色素等10、特殊蛋白：功能各異。毒

4、蛋白：動(dòng)物、植物、微生物所分泌，蛇毒、蜂毒、蝎毒、蔗麻毒素、細(xì)菌腸毒素甜果蛋白：蔬菜、水果第二節(jié)蛋白質(zhì)的分類、依據(jù)分子外形1、球形蛋白質(zhì)：球形或橢圓形，可溶性，能結(jié)晶。絕大多數(shù)蛋白均屬此類。2、纖維蛋白質(zhì)：纖維狀或短棒狀，可溶（肌球蛋白、纖維蛋白原等）或不溶（膠原蛋白、彈性蛋白、絲心蛋白、角蛋白等）。二、依據(jù)分子組成1、簡(jiǎn)單蛋白（單純蛋白）：完全由氨基酸構(gòu)成根據(jù)溶解性質(zhì)：能強(qiáng)madnaona殿修M忙郵般黑靴餓去稿五機(jī)Ft,Mo.皿Za|失H煦腦髓白嫌啾蛾鼬muxMH紹民璃器白般露崛白2、結(jié)合蛋白質(zhì)：蛋白部分和非蛋白部分（輔基）依據(jù)輔基不同：方類：*怖白類DNAM”鰲祥麒I超擦Ml鎰掇iSHW好

5、醫(yī)白盍«五機(jī)制向3Zi«工R值而uMW一鈦婚白”骷noil靦卻HimiL於酬楣城民好h白m於強(qiáng)白第三節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成一、元素組成主要：C、H、O、N少量：S微量：磷、鐵、銅、碘、鋅、鋁、硒等特點(diǎn)：N在各種蛋白質(zhì)中白平均含量為16%用定氮法（凱氏定氮法）可測(cè)定蛋白質(zhì)含量：蛋白質(zhì)含量（g）=蛋白質(zhì)含氮量x6.25二、基本組成單位：氨基酸（aminoacid,aa）（一）氨基酸的基本結(jié)構(gòu)20種（22種：硒代半胱氨酸、口比咯賴氨酸，UGA）基本氨基酸:19種氨基酸，一種亞氨基酸（脯氨酸）天然蛋白質(zhì)中存在的氨基酸有20種（22種），細(xì)菌到人類，所有物種中一切蛋白質(zhì)都是由這下圖是氨基

6、酸的結(jié)構(gòu)通式：均由相應(yīng)的遺傳密碼編碼（編碼氨基酸）20種（22種）氨基酸構(gòu)成的。COOHIH2NCHRCOOHIHCNH2R所有的氨基酸的共同特點(diǎn)是分子中同時(shí)具有1個(gè)竣基（COOH）和1個(gè)氨基（NH2）,不同氨基酸之間的差異在于側(cè)鏈的R基團(tuán)結(jié)構(gòu)不同。構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸主要是L-型D型極為罕見（二）氨基酸的分類20（22）種，且均屬L-,它們的R基在水溶液基團(tuán)在水溶液中有極性,自然界中的氨基酸有300余種，但組成蛋白質(zhì)的氨基酸僅有氨基酸（甘氨酸除外）。按照側(cè)鏈R基結(jié)構(gòu)或極性（疏水性程度）性質(zhì)可以分為4類：1、非極性R側(cè)鏈氨基酸8種在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起著重要作用（蛋白質(zhì)的疏水核心）中是疏水的

7、、不解離、中性、不帶電荷。1.非極性疏水性氨基酸2、極性R側(cè)鏈不帶電荷（中性）的氨基酸7種這類氨基酸的側(cè)鏈都能與水形成氫鍵，因此很容易溶于水，R不解離或微弱解離。名稱央義三字母單字母pI絲氨酸SerineSerS5.68蘇氨酸ThreonineThrT6.53酪氨酸TyrosineTyrY5.66半胱氨酸CysteineCysC5.02天冬酰胺AsparagineAsnN5.41谷氨酰胺GlutamineGlnQ5.65甘氨酸GlycineGlyG5.973、極性R側(cè)鏈帶負(fù)電荷的氨基酸（酸Taa）2種R基團(tuán)在水溶液中解離，有極性與親水性。名稱英文三字母單字母pI天冬氨酸Asparticacid

8、AsnD2.97谷氨酸GlutamicacidGlnE3.224、極性側(cè)鏈R帶止電荷的氨基酸（堿性aa）3種R基在水溶液中解離，后極性與親水性。名稱英文三字母單字母PI賴氨酸LysineLysK9.74組氨酸HistidineHisH7.59精氨酸ArginineArgR10.76根據(jù)R側(cè)鏈結(jié)構(gòu)分為脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和雜環(huán)氨基酸。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分為必需氨基酸、半必需氨基酸和非必需氨基酸。（三）非編碼的蛋白質(zhì)氨基酸（稀有氨基酸）也稱修飾氨基酸，是在蛋白質(zhì)合成后，由基本氨基酸修飾而來。（1） 4-羥脯氨酸（2） 5-羥賴氨酸主要存在于結(jié)締組織的纖維狀蛋白中。（3） 6-N-甲基賴氨酸：存在于

9、肌球蛋白中（4） r-竣基谷氨酸存在于凝血酶原及某些結(jié)合Ca2+離子的蛋白質(zhì)中（5） 3,5-二碘酪氨酸：甲狀腺素（甲狀腺蛋白中）（6）磷酸絲氨酸：存在于酪蛋白、胃蛋白酶（7）鎖鏈素：由4個(gè)Lys組成（彈性蛋白中）等等，種類多，數(shù)量少。（四）非蛋白質(zhì)氨基酸不組成蛋白質(zhì)，但有生理功能（1） L-型a基酸的衍生物L(fēng)-瓜氨酸、L-鳥氨酸是尿素循環(huán)的中間物，游離存在。（2） D-型氨基酸D-Glu、D-Ala（肽聚糖中）、D-Phe（短桿菌肽S）D-型氨基酸沒有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，僅存在繳氨霉素、短桿菌肽等極少數(shù)寡肽之中，極少數(shù)在蛋白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)。（3） 3-、丫-、8-氨基酸3-Ala（泛素的前體）、丫-氨基丁酸

10、（神經(jīng)遞質(zhì)）。（五）氨基酸的理化性質(zhì)1、一般物理性質(zhì)外觀：白色結(jié)晶，各有特殊晶形熔點(diǎn)：很高，200300C溶解性：除酪氨酸、天冬氨酸、半胱氨酸、胱氨酸難溶于水外，一般能溶于水、稀酸或稀堿。除脯氨酸能溶于有機(jī)溶劑外，其他不溶于有機(jī)溶劑，常用乙醇分離氨基酸。2、光學(xué)性質(zhì)（1）紫外吸收性Tyr、Phe、Trp的R基含有共軻雙鍵，在220-300nm近紫外區(qū)有吸收。入（nm）eTyr2781.4X103Phe2592.0X102Trp2795.6X103蛋白質(zhì)在280nm有最大吸收值(2)旋光性oh*;CHjOH出礎(chǔ)LT蟠口-甘曲旺COOHCOOHIB>IIt-+CH,CH,除甘氨酸外，其余19

11、種氨基酸都有至少個(gè)不對(duì)稱碳原子，故具有旋光性。?右旋（+）:能使偏振光向右?左旋（-）:能使偏振光向左3、兩性解離和等電點(diǎn)兩性離子：同一分子上帶有數(shù)量相等的正負(fù)兩種電荷的離子，也稱兼性離子或偶極離子。氨基酸為兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。兩性離子帶電情況受到溶液pH的影響。aa解離方式取決于所處環(huán)境的pH：OHCOOHir力酸性溶液中的祖縣酸R*OH*H*CHCOOH*住晶體狀態(tài)或水溶液中的料晶酸KH.N-CHCOO'+H.O、lb在減性溶液中的也戰(zhàn)酸pHvplpH=plpH>pI氨基酸等電點(diǎn)：在某一pH條件下，氨基酸帶等量的正、負(fù)電荷，即凈電荷為零，在直流電場(chǎng)中

12、，氨基酸既不向陽(yáng)極也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pl)。在pl時(shí)，氨基酸的導(dǎo)電率最低，溶解度最小，容易發(fā)生沉淀。pH>pl時(shí)，氨基酸帶負(fù)電荷，-COOH解離成-COO-,向正極移動(dòng)。pH=pl時(shí)，氨基酸凈電荷為零pH<pl時(shí)，氨基酸帶正電荷，-NH2解離成-NH3+,向負(fù)極移動(dòng)。等電點(diǎn)的計(jì)算等電點(diǎn)相當(dāng)于該氨基酸兩性離子狀態(tài)兩側(cè)基團(tuán)pK值之和的一半。對(duì)一個(gè)較基、一個(gè)氨基的氨基酸：pI=1/2(pK1+pK2)即：等電點(diǎn)pH值與離子濃度無(wú)關(guān)，只取決于兼性離子兩側(cè)基團(tuán)的pK值。對(duì)有三個(gè)可解離基團(tuán)的氨基酸：如：酸性氨基酸、堿性氨基酸

13、的pl計(jì)算：a、先寫出其解離公式；b、后取兼性離子兩側(cè)基團(tuán)的pK值的平均值天冬氨酸：coohcxxrKHjN+C-H11bHN'-HM|2.Ofl|CHtCH>corrCOOHCOOHCOO-COO-IHzNICHtIcrarR-"Kt+P&U=】X(2.貨43.86)=2.98£i賴氨酸:COOH匚OO一COO-COO-YHKiH*N+YH科一J,*Kw1HaN-CHJlaiML118-95JId53(CH,).(CHM(CHd1NH3NHiNHyNHiR°R-Pl-g-yX95,10.53)=9.74總結(jié)a、各種氨基酸的pl不同；b、同一

14、pH下，各種氨基酸所帶電荷不同；pH<plaa+pH>plaa-用離子交換、電泳將氨基酸分開c、pl時(shí)，氨基酸溶解度最小，易沉淀；可分離氨基酸。4、氨基酸的重要化學(xué)反應(yīng)(1)成肽反應(yīng)：一個(gè)氨基酸的-竣基和另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而成的化合物。(2)與苗三酮反應(yīng)苛三酮在弱酸中與“-氨基酸共熱，引起氨基酸的氧化脫氨，脫竣反應(yīng)，最后，苛三酮與反應(yīng)產(chǎn)物氨和還原苛三酮反應(yīng)，生成紫色物質(zhì)(入max=570nm)。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。Pro、Hy-Pro與苛三酮反應(yīng)直接形成黃色化合物(入max=440nm)(3)桑格(Sanger)反應(yīng)：2

15、.4一二硝基氟苯(DNFB)a氨基酸+DNFB-DNP氨基酸黃色，層析法鑒定，用于測(cè)定多肽的N-末端氨基酸(4)埃德曼反應(yīng)(Admanreaction)異硫氟酸苯酯，PITC“氨基酸+PITC-PTC氨基酸(苯氨基硫甲酰氨基酸)一PTH-氨基酸(苯乙內(nèi)酰硫月尿氨基酸)無(wú)色，可以用層析法分離鑒定。用來鑒定多肽的N-末端氨基酸第三節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)MolecularStructureofProtein1、 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次一級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)2、 肽與肽鍵3、 概念肽(peptide)：一個(gè)氨基酸的-竣基和另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而成的化合物。肽鍵(peptidebond):氨基酸

16、間脫水后形成的共價(jià)鍵稱肽鍵(酰胺鍵)。肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。氨基酸殘基(residue):肽鏈中的每個(gè)氨基酸單位，被稱為* 兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽，有幾個(gè)氨基酸殘基就叫幾肽。* 由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide),由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。* 多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。多肽鏈有兩端N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端C末端：多肽鏈中有自由竣基的一端2、肽的表示法：A.結(jié)構(gòu)式表示法B.中文名稱：絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸C.三

17、字母寫法：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu或D.單字母寫法：SGYAL3、 天然存在的活性肽(1) 谷胱甘肽(glutathione,GSH)Glu-Cys-Gly紅細(xì)胞中的疏基緩沖劑。參與氧化還原過程，清除內(nèi)源性過氧化物和自由基，維護(hù)蛋白質(zhì)活性中心的疏基處于還原狀態(tài)。(2) 短桿菌肽(抗生素)和繳氨霉素短桿菌肽是由短桿菌產(chǎn)生的10肽環(huán)。抗革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，臨床用于治療化膿性病癥。L-OrnL-LeuD-PheL-ProL-ValL-OrnL-LeuD-PheL-ProL-Val腦啡肽(5肽)Met-腦啡肽：TyrGlyGlyPheMet具有鎮(zhèn)痛作用。三、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)(一)蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)

18、的定義及表示法一級(jí)結(jié)構(gòu)(又稱化學(xué)結(jié)構(gòu)或共價(jià)結(jié)構(gòu))：是指蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的排列順序，包括二硫鍵的位置和數(shù)目。主要的化學(xué)鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的表示法與肽相同，多用縮寫符號(hào)來表示肽鏈的結(jié)構(gòu)和名稱。(二)蛋白質(zhì)測(cè)序的一般步驟(1) 測(cè)定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目(2) 拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈。(3) 斷裂鏈內(nèi)二硫鍵。(4) 分析多肽鏈的N末端和C末端。(5) 測(cè)定多肽鏈的氨基酸組成。(6) 多肽鏈部分裂解成肽段。(7) 測(cè)定各個(gè)肽段的氨基酸順序(8) 確定肽段在多肽鏈中的順序。(9) 確定多肽鏈中二硫鍵的位置。(三)測(cè)序前的準(zhǔn)備

19、工作1、蛋白質(zhì)的純度鑒定純度97%±,均一。聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE腰求一條帶DNS-Cl(二甲氨基蔡磺酰氯)法測(cè)N端氨基酸SDS-PAGE2、測(cè)定分子量，估算氨基酸殘基數(shù)，確定肽鏈數(shù)凝膠過濾法沉降系數(shù)法蛋白質(zhì)分子量=aa數(shù)目*110四、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)(一)概念-螺旋、3折疊、3-轉(zhuǎn)角、二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽主鏈骨架的局部空間構(gòu)象。主要有a無(wú)規(guī)卷曲。構(gòu)型在一個(gè)化合物分子中，原子的空間排列，這種排列的改變，會(huì)涉及到共價(jià)鍵的生成與破壞，但與氫鍵無(wú)關(guān)。構(gòu)象多肽鏈中的一切原子，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生不同的空間排布，這種空間排布的改變，僅涉及到氫鍵等次級(jí)鍵的生成與破壞，但不涉及共價(jià)鍵的生成與斷裂。

20、（2） 肽單位（肽單元）與二面角肽單元：參與肽鍵的6個(gè)原子C1、C、ONH、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式（trans）構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單位（peptideunit）或稱肽單元。兩面角（dihedralangle）在多肽鏈里，C”碳原子剛好位于互相連接的兩個(gè)肽平面的交線上。C”碳原子上的Ca-N和Ca-C都是單鍵，可以繞鍵軸旋轉(zhuǎn)，其中以Ca-N旋轉(zhuǎn)的角度稱為小，而以Ca-C旋轉(zhuǎn)的角度稱為小，這就是a-碳原子上的一對(duì)二面角。當(dāng)（W）旋轉(zhuǎn)鍵兩側(cè)的主鏈呈順式時(shí)，規(guī)定（3）=0°從Ca沿鍵軸方向看，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的（W）角為正值，反之為負(fù)值。和W同

21、時(shí)為0的構(gòu)象實(shí)際不存在二面角（、W）所決定的構(gòu)象能否存在，主要取決于兩個(gè)相鄰肽單位中非鍵合原子間的接近有無(wú)阻礙。Ca上的R基的大小與帶電性影響和W。（3） 二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本類型1、 a螺旋（1） a螺旋的一般特征（內(nèi)容）：多肽鏈主鏈骨架圍繞一個(gè)中心軸盤繞，形成右手螺旋手。每一螺旋圈包含3.6個(gè)a.a殘基，每圈螺距0.54nm,每個(gè)aa殘基沿軸上升0.15nm,繞軸旋轉(zhuǎn)100°。相鄰的螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵。氫鍵的方向與“螺旋的方向幾乎平行。與a-碳原子相連的R側(cè)鏈，位于a螺旋的外側(cè)，對(duì)“螺旋的形成和穩(wěn)定有較大的影響。R側(cè)鏈對(duì)口-螺旋的影響多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團(tuán)的氨基酸殘基,（如L

22、ys,或Asp,或Glu）,不能形成穩(wěn)定的“一螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。Gly在肽中連續(xù)存在時(shí)，不易形成“一螺旋。R基大（如Ile）不易形成a一螺旋。Pro（脯氨酸）中止a螺旋。R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于a一螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成a螺旋。2、 3-折疊（3-pleatedsheet）兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈（或同一肽鏈的不同肽段）側(cè)向聚集在一起，相鄰肽鏈主鏈上的NH和C=0之間形成氫鏈，這樣的多肽構(gòu)象就是3-折疊片。每一個(gè)多肽鏈稱為一個(gè)3-折疊股。平行式：所有參與3-折疊的肽鏈的N端在同一方向。反平行式：肽鏈的極性一順一倒，N端間隔相同反平3-折

23、疊比平行的更穩(wěn)定。3、 3-轉(zhuǎn)角（3-turn）也稱3-回折（reverseturn）、3-彎曲（3-bend）球狀蛋白質(zhì)分子中出現(xiàn)的180°回折,由第一個(gè)a.a殘基的C=O與第四個(gè)氨基酸殘基的N-H間形成氫鍵。3轉(zhuǎn)角的特征：由多肽鏈上4個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成。主鏈骨架以1800返回折疊。第一個(gè)a.a殘基的C=O與第四個(gè)a.a殘基的N-H生成氫鍵C1a與C4a之間距離小于0.7nm多數(shù)由親水氨基酸殘基組成。4、 無(wú)規(guī)卷曲沒有規(guī)律的多肽鏈主鏈骨架構(gòu)象。往往與生物活性有關(guān)無(wú)規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。維系蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力是氫鍵五、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域1、超二級(jí)結(jié)構(gòu)

24、定義：在蛋白質(zhì)分子中，由若干個(gè)相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)單元(a-螺旋、3-折疊、3-轉(zhuǎn)角及無(wú)規(guī)卷曲)組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能夠辨認(rèn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合體，充當(dāng)三級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。2、類型(1) aa結(jié)構(gòu)(復(fù)繞“-螺旋)由兩股或三股右手a-螺旋彼此纏繞而成的左手超螺旋。存在于a-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纖維蛋白原中。(2) 3a3結(jié)構(gòu)兩段平行式的3-折疊通過一段連接鏈(x結(jié)構(gòu))連接而形成的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。3x3單位最簡(jiǎn)單的3a3結(jié)構(gòu)是由二段平行式的3-鏈和一段連接鏈組成Rossmann折疊最常見的3a3結(jié)構(gòu)是由三段平行式的3-鏈和二段a-螺旋構(gòu)成(3) 333結(jié)構(gòu)3曲折和回形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3、

25、 結(jié)構(gòu)域(domain,motif)定義：在二級(jí)結(jié)構(gòu)及超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊，組裝成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、近似球形的三維實(shí)體。,結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的折疊單位較小的蛋白質(zhì)分子或亞基往往是單結(jié)構(gòu)域的。，結(jié)構(gòu)域一般有100200氨基酸殘基。,結(jié)構(gòu)域之間常常有一段柔性的肽段相連，形成所謂的錢鏈區(qū)，使結(jié)構(gòu)域之間可以發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。結(jié)構(gòu)域承擔(dān)一定的生物學(xué)功能，幾個(gè)結(jié)構(gòu)域協(xié)同作用，可體現(xiàn)出蛋白質(zhì)的總體功能。例如，脫氫酶類的多肽主鏈有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，一個(gè)為NAD+吉合結(jié)構(gòu)域，一個(gè)是起催化作用的結(jié)構(gòu)域，兩者組合成脫氫酶的脫氫功能區(qū)。,結(jié)構(gòu)域間的裂縫，常是酶的活性部位，也是反應(yīng)物的出入口。六、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)

26、：1、概念：整個(gè)多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上盤旋、折疊，形成的特定的整個(gè)空間結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)是多肽鏈中所有原子在三維空間的排布方式。2、三級(jí)結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：許多在一級(jí)結(jié)構(gòu)上相差很遠(yuǎn)的aa堿基在三級(jí)結(jié)構(gòu)上相距很近。球形蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)很密實(shí)，大部分的水分子從球形蛋白的核心中被排出，這使得極性基團(tuán)間以及非極性基團(tuán)間的相互用成為可能。大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有幾個(gè)結(jié)構(gòu)域。3、維持三級(jí)(空間)結(jié)構(gòu)的作用力：(1)氫鍵(2)范德華力(分子間及基團(tuán)間作用力)：取向力：極性基團(tuán)間誘導(dǎo)力：極性與非極性基團(tuán)間分散力：非極性基團(tuán)間(3)疏水相互作用(4)離子鍵(鹽鍵)(5)二硫鍵，二硫鍵

27、不指導(dǎo)多肽鏈的折疊，三級(jí)結(jié)構(gòu)形成后，二硫鍵可穩(wěn)定此構(gòu)象。(6)配位鍵。七、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。第五節(jié)多肽、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、多肽結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級(jí)結(jié)構(gòu)多肽鏈中個(gè)別氨基酸改變可能改變功能Cys-Tyr-Phe-Glu-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly加壓素Cys-Tyr-Phe-Glu-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly加壓素1SS1Cys-Tyr-Ile-Glu-

28、Asn-Cys-Pro-Leu-Gly催產(chǎn)素Cys-Tyr-Phe-Glu-Asn-Cys-Pro-Arg-Gly加壓素1SS1二、同功能蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的種屬差異與保守性同源蛋白質(zhì)：在不同的生物體內(nèi)行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。如：血紅蛋白在不同的脊椎動(dòng)物中都具有輸送氧氣的功能，細(xì)胞色素在所有的生物中都是電子傳遞鏈的組分。1、胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)比較有24個(gè)氨基酸殘基位置始終不變：A.B鏈上6個(gè)Cys不變，其余18個(gè)氨基酸多數(shù)為非極性側(cè)鏈，對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)起重要作用。其它可變氨基酸對(duì)穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)作用不大，但對(duì)免疫反應(yīng)起作用。豬與人接近，而狗則與人不同，因此可用豬的胰島素治療人的糖尿病。2、細(xì)

29、胞色素C一級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)比較分子量：12500左右氨基酸殘基：100個(gè)左右，單鏈。25種生物中，細(xì)胞色素C的不變殘基35個(gè)。60種生物中，細(xì)胞色素C的不變殘基27個(gè)。親源關(guān)系越近的，其細(xì)胞色素C的差異越小。親源關(guān)系越遠(yuǎn)的，其細(xì)胞色素C的差異越大。人與黑猩猩0人與猴1人與狗10人與酵母44三、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)的突變一分子病分子?。夯蛲蛔円鸬哪硞€(gè)功能蛋白的某一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基發(fā)生了遺傳性替代從而導(dǎo)致整個(gè)分子的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，功能部分或全部喪失。四、蛋白質(zhì)前體的激活五、血紅蛋白質(zhì)變構(gòu)與運(yùn)輸氧的功能1、寡聚蛋白與別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)蛋白：除了有活性部位（結(jié)合底物）外，還有別構(gòu)部位（結(jié)合調(diào)節(jié)物）。有時(shí)活性部位和

30、別構(gòu)部位分屬不同的亞基（活性亞基和調(diào)節(jié)亞基），活性部位之間以及活性部位和調(diào)節(jié)部位之間通過蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化而相互作用。別構(gòu)效應(yīng)（變構(gòu)效應(yīng)）蛋白質(zhì)與配基結(jié)合，改變了蛋白質(zhì)的構(gòu)象，從而改變蛋白質(zhì)的生物活性的現(xiàn)象。2、血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能（1） 血紅蛋白的結(jié)構(gòu)：HbA:a23298%,HbA2:a2322%接近于球體，4個(gè)亞基分別在四面體的四個(gè)角上，每個(gè)亞基上有一個(gè)血紅素輔基。a、3鏈的三級(jí)結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白的很相似在血液中結(jié)合并轉(zhuǎn)運(yùn)O2（2）血紅蛋白的氧合曲線四個(gè)亞基之間具有正協(xié)同效應(yīng)，因此，它的氧合曲線是S型曲線(三圈江零«情勒班肉中明,ms-fla血缸墨白的乜毒Mq曲熱KX）H泡中的心小結(jié)

31、蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)決定其功能,出比里¥-ilj必iy-3擊叫ftwr）陽(yáng)S-9，肌紅白和血就鬢白的也含曲蛛的比較蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定高級(jí)結(jié)構(gòu)和功能。一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)12600牛胰RNase變性-復(fù)性實(shí)驗(yàn)：124個(gè)a.a殘基4個(gè)鏈內(nèi)二硫鍵。分子量:（8M尿素+3硫基乙醇）變性、失活-透析后構(gòu)象恢復(fù)，活性恢復(fù)95犯上，而二硫鍵正確復(fù)性的概率是1/105。六、蛋白質(zhì)的變性和復(fù)性（一）蛋白質(zhì)變性的定義：天然蛋白質(zhì)分子受到某些理化因素的影響時(shí)，其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化，從而引起生物功能的喪失以及物理化學(xué)性質(zhì)的改變。變性的因素：有物理因素和化學(xué)因素強(qiáng)酸和強(qiáng)堿；有機(jī)溶劑：破壞疏水作

32、用；去污劑：去污劑都是兩親分子，破壞疏水作用；還原性試劑：尿素、-硫基乙醇；鹽濃度：鹽析、鹽溶；重金屬離子：Hg2+、pb2+能與-SH或帶電基團(tuán)反應(yīng)。高溫、高壓、紫外線、X-射線、超聲波機(jī)械力：如攪拌和研磨中的氣泡。（二）變性表現(xiàn)及變性機(jī)理蛋白質(zhì)變性后，往往出現(xiàn)下列現(xiàn)象：生物活性喪失物理及化學(xué)性質(zhì)改變：硫水基團(tuán)外露，分子結(jié)構(gòu)伸展松散，易被蛋白酶水解。溶解度降低、沉淀，粘度增加。變性的實(shí)質(zhì)：次級(jí)鍵（有時(shí)包括二硫鍵）被破壞，天然構(gòu)象解體。變性不涉及一級(jí)結(jié)構(gòu)的破壞（三）復(fù)性：?變性蛋白質(zhì)通常在除去變性因素后，可緩慢地重新自發(fā)折疊成原來的構(gòu)象，恢復(fù)原有的理化性質(zhì)和生物活性，這種現(xiàn)象成為復(fù)性（rena

33、turation）。?應(yīng)用：變性滅菌、消毒；變性制食品；抗衰老（四）新生肽的折疊?分子伴侶：?分子伴侶是一類在細(xì)胞內(nèi)能夠幫助新生肽鏈正確組裝成為成熟蛋白質(zhì)，而本身卻不是最終功能蛋白質(zhì)分子的組成成分的蛋白質(zhì)。?1.熱休克蛋白（heatshockprotein,HSP）-HSP70HSP40和GreE族?2.伴侶素（chaperonins）-GroEL和GroES家族第六節(jié)蛋白質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)與分離、純化、鑒定一、蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)（一）蛋白質(zhì)的分子量測(cè)分子量的方法：SDS-PAGEt凝膠過濾法沉降系數(shù)法和沉降平衡法1、SDS-PAGE（十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳）2、葡聚糖凝膠過濾法分析蛋白質(zhì)分子量凝膠過濾的原理?當(dāng)不同分子大小的蛋白質(zhì)混合物流經(jīng)凝膠層析柱時(shí)，比凝膠網(wǎng)孔大的分子不能進(jìn)入珠內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而被排阻在凝膠柱之外，隨著溶劑在凝膠柱之間的空隙向下移動(dòng)并最先流出柱外；比網(wǎng)孔小的分子能不同程度地自由出入凝膠柱的內(nèi)外。這樣由于不同大小的分子所經(jīng)過