我 第一章蛋白質(zhì)

1、生生 物物 化化 學(xué)學(xué)Biochemistry 第一章第一章 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的組成、分類(lèi)及生物學(xué)功能蛋白質(zhì)的組成、分類(lèi)及生物學(xué)功能 第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸氨基酸 第三節(jié)第三節(jié) 肽肽 第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì) 第七節(jié)第七節(jié) 蛋白質(zhì)的分離、純化與鑒定蛋白質(zhì)的分離、純化與鑒定引言引言 什么是蛋白質(zhì)什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸是由許多氨基酸(amino acids)通過(guò)肽鍵通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連相連形成的高分

2、子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的分子，占人體干重的45，某些組織含量更，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80。 蛋白質(zhì)占干重 人體中（中年人） 人體 45% 水55% 細(xì)菌 50%80% 蛋白質(zhì)19% 真菌 14%52% 脂肪19% 酵母菌 14%50% 糖類(lèi)1% 白地菌50% 無(wú)機(jī)

3、鹽7%蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能的生物學(xué)功能1. 1.催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能 催化代謝反應(yīng)。這是蛋催化代謝反應(yīng)。這是蛋白質(zhì)的一個(gè)最重要的生白質(zhì)的一個(gè)最重要的生物學(xué)功能物學(xué)功能 調(diào)節(jié)蛋白參與基因表調(diào)節(jié)蛋白參與基因表達(dá)的調(diào)控。它們激活或達(dá)的調(diào)控。它們激活或抑制遺傳信息轉(zhuǎn)錄為抑制遺傳信息轉(zhuǎn)錄為RNA激素參與代謝調(diào)節(jié)激素參與代謝調(diào)節(jié)1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分

4、結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因操縱操縱基因基因乳糖結(jié)構(gòu)基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 關(guān)關(guān) 閉閉啟啟動(dòng)動(dòng)子子OR1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能受體蛋白起接受和傳受體蛋白起接受和傳遞信息的作用。遞信息的作用。1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成

5、分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能 某些蛋白質(zhì)具有轉(zhuǎn)運(yùn)功能，某些蛋白質(zhì)具有轉(zhuǎn)運(yùn)功能，攜帶各種小分子、離子等攜帶各種小分子、離子等從一處運(yùn)到另一處。從一處運(yùn)到另一處。有些蛋白質(zhì)有貯藏氨基酸的作用，用作有些蛋白質(zhì)有貯藏氨基酸的作用，用作有機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的氮源。有機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的氮源。如蛋類(lèi)中的卵清蛋白為鳥(niǎo)類(lèi)胚胎發(fā)育提如蛋類(lèi)中的卵清蛋白為鳥(niǎo)類(lèi)胚胎發(fā)育提供氮素供氮素小麥種子中的醇溶蛋白為種子發(fā)芽提供小麥種子中的醇溶蛋白為種子發(fā)芽提供氮素氮素1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防

6、御9.9. 異常功能異常功能1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能 人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)，靠肌肉的收縮來(lái)人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)，靠肌肉的收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)，參與肌肉收縮的主要成分是實(shí)現(xiàn)，參與肌肉收縮的主要成分是肌球和肌動(dòng)蛋白，沒(méi)有肌球蛋白和肌球和肌動(dòng)蛋白，沒(méi)有肌球蛋白和肌動(dòng)蛋白，就沒(méi)有人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)。肌動(dòng)蛋白，就沒(méi)有人和動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)。 構(gòu)建和維持生物體的結(jié)構(gòu)，這類(lèi)蛋構(gòu)建和維持生物體的結(jié)構(gòu)，這類(lèi)蛋白稱(chēng)為結(jié)構(gòu)蛋白。白稱(chēng)為結(jié)構(gòu)蛋白。細(xì)胞的片層結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜、線(xiàn)粒體細(xì)胞的片層結(jié)構(gòu)，如

7、細(xì)胞膜、線(xiàn)粒體膜、葉綠體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等都是由膜、葉綠體膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜等都是由不溶性蛋白與脂類(lèi)組成的。不溶性蛋白與脂類(lèi)組成的。在高等動(dòng)物體內(nèi)，膠原蛋白參與結(jié)締在高等動(dòng)物體內(nèi)，膠原蛋白參與結(jié)締組織和骨骼的形成，作為身體的支組織和骨骼的形成，作為身體的支架。架。 動(dòng)物的毛發(fā)和指甲都是由角蛋白構(gòu)成動(dòng)物的毛發(fā)和指甲都是由角蛋白構(gòu)成的。的。1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能有些蛋白質(zhì)具有主動(dòng)的防護(hù)功能，抵抗有些蛋白質(zhì)具有主動(dòng)的防護(hù)功能，抵抗外界不利因素對(duì)生物體的

8、干擾。外界不利因素對(duì)生物體的干擾。如脊椎動(dòng)物體內(nèi)的免疫球蛋白（抗體），如脊椎動(dòng)物體內(nèi)的免疫球蛋白（抗體），能中和外來(lái)有害物質(zhì)（抗原）。能中和外來(lái)有害物質(zhì)（抗原）?？箖龅鞍祝涸谀蠘O水域中某些魚(yú)類(lèi)血液抗凍蛋白：在南極水域中某些魚(yú)類(lèi)血液中含有，保護(hù)血液不被凍凝。中含有，保護(hù)血液不被凍凝。蛇毒和蜂毒的溶血蛋白和神經(jīng)毒蛋白以蛇毒和蜂毒的溶血蛋白和神經(jīng)毒蛋白以及一些植物毒蛋白（蓖麻蛋白）等少及一些植物毒蛋白（蓖麻蛋白）等少量可引起高等動(dòng)物產(chǎn)生強(qiáng)烈毒性反應(yīng)。量可引起高等動(dòng)物產(chǎn)生強(qiáng)烈毒性反應(yīng)。1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7.

9、 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能應(yīng)樂(lè)果甜蛋白有著極高的甜度，作甜應(yīng)樂(lè)果甜蛋白有著極高的甜度，作甜味劑。味劑。某些海洋生物如貝類(lèi)，分泌一類(lèi)膠質(zhì)某些海洋生物如貝類(lèi)，分泌一類(lèi)膠質(zhì)蛋白，能將貝殼牢固地粘在巖石或蛋白，能將貝殼牢固地粘在巖石或其他硬表面上。其他硬表面上。1. 1. 催化催化2.2. 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)3.3. 受體受體4.4. 轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)5.5. 貯存貯存6.6. 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)7.7. 結(jié)構(gòu)成分結(jié)構(gòu)成分 8.8. 防御防御9.9. 異常功能異常功能 1878年恩格斯在年恩格斯在反杜林論反杜林論中指出：中指出：“生命是蛋白質(zhì)生命是蛋白質(zhì)的存在方式的存在方式，這種存在方式就在

10、于這些蛋白質(zhì)的化學(xué)組，這種存在方式就在于這些蛋白質(zhì)的化學(xué)組成部分的不斷的自我更新成部分的不斷的自我更新”。從恩格斯的這段話(huà)中可以。從恩格斯的這段話(huà)中可以引出下列三點(diǎn)：引出下列三點(diǎn)：1. 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)；蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)；2. 生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的特殊形式，是蛋白質(zhì)的存在方式；生命是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的特殊形式，是蛋白質(zhì)的存在方式；3. 這種存在方式的本質(zhì)就是蛋白質(zhì)與其外部自然環(huán)境的不這種存在方式的本質(zhì)就是蛋白質(zhì)與其外部自然環(huán)境的不斷更新。斷更新。1830年，Mulder 研究在去除糖、脂和鹽等物質(zhì)以后剩余的成分。1838年，Berzelius 使用蛋白質(zhì)這個(gè)詞。希臘語(yǔ)中的“Proteins”

11、表示最重要的意思。蛋蛋 白白 質(zhì)質(zhì) 的的 組組 成成 與與 分分 類(lèi)類(lèi)第第 一一 節(jié)節(jié)一、蛋白質(zhì)一、蛋白質(zhì)的一般的一般組成組成 1、組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素C H O N S有些蛋白質(zhì)含有少量有些蛋白質(zhì)含有少量磷磷或金屬元素或金屬元素鐵鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有有碘碘 。蛋白質(zhì)的元素組成 碳 50 氫 7 氧 23 氮 16% 硫 03 其他 微 量 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)，只

12、要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量克樣品中蛋白質(zhì)的含量= 每克樣品含氮克數(shù)每克樣品含氮克數(shù) 6.2510016% 蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)凱氏定氮法2、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位、蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位氨基氨基酸（酸（amino acid） 蛋白質(zhì)水解：用蛋白質(zhì)水解：用H H+ +，OHOH- -或酶將蛋白質(zhì)徹底或酶將蛋白質(zhì)徹底水解，可以得到許多種氨基酸的混合物，說(shuō)明水解，可以得到許多種氨基酸的混合物，說(shuō)明氨氨基酸基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位。（關(guān)于氨基酸的特性稍后講解關(guān)于氨

13、基酸的特性稍后講解） 簡(jiǎn)單蛋白簡(jiǎn)單蛋白(simple protein) 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白(conjugated protein)1、據(jù)化學(xué)組成分2、據(jù)生物功能分3、據(jù)分子形狀分 三、 蛋白質(zhì)的分類(lèi)簡(jiǎn)單蛋白：又稱(chēng)為單純蛋白質(zhì)；這類(lèi)蛋白質(zhì)僅由氨基酸組成，不含其它化學(xué)成分。結(jié)合蛋白：除氨基酸外，還含有其它化學(xué)成分（輔基）。如血紅蛋白（血紅素輔基）。 按其非蛋白部分的不同而分為核蛋白(含核酸)、糖蛋白(含多糖)、脂蛋白(含脂類(lèi))、磷蛋白(含磷酸)、金屬蛋白(含金屬) 酶、結(jié)構(gòu)蛋白酶、結(jié)構(gòu)蛋白（毛發(fā)，膠（毛發(fā)，膠原）、原）、運(yùn)輸?shù)鞍走\(yùn)輸?shù)鞍祝ㄑt蛋白（血紅蛋白和肌紅蛋白）、和肌紅蛋白）、營(yíng)養(yǎng)和儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)和

14、儲(chǔ)存蛋白蛋白（蛋類(lèi)中的卵清蛋白；乳（蛋類(lèi)中的卵清蛋白；乳液中的酪蛋白）、液中的酪蛋白）、收縮蛋白收縮蛋白和運(yùn)動(dòng)蛋白和運(yùn)動(dòng)蛋白（肌球蛋白；微（肌球蛋白；微管蛋白）、管蛋白）、防御蛋防御蛋白（免疫白（免疫球蛋白）、球蛋白）、調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)蛋白蛋白（胰島（胰島素）、素）、信息傳遞蛋白信息傳遞蛋白（受體）（受體）等等。1、據(jù)化學(xué)組成分2、據(jù)生物功能分3、據(jù)分子形狀分1、據(jù)化學(xué)組成分2、據(jù)生物功能分3 3、據(jù)分子形狀分、據(jù)分子形狀分球狀球狀蛋白蛋白纖維狀纖維狀蛋白蛋白膜蛋白膜蛋白a. 球狀蛋白質(zhì)：球狀蛋白質(zhì)： 形狀近似球形或者橢球形，多溶水，細(xì)胞中的大多數(shù)可溶性蛋白質(zhì)都屬于球狀蛋白質(zhì)，如血紅蛋白、肌紅蛋白、酶

15、、抗體等。b. 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)： * 膠原蛋白膠原蛋白是在動(dòng)物細(xì)胞中扮演結(jié)合組織的角色。為生物科技產(chǎn)業(yè)最具關(guān)鍵性的原材料之一，其應(yīng)用領(lǐng)域包括生醫(yī)材料、化妝 品、食品工業(yè)、研究用途等。 * 彈性蛋白彈性蛋白是彈性纖維彈性纖維(elastic fibers)的主要成分。彈性纖維主要存在于韌帶韌帶和脈管壁。彈性纖維與膠原纖維共同存在, 賦予組織以彈性和抗張能力。 * 角蛋角蛋白（白（keratin ）系硬蛋白之一，是一類(lèi)具有結(jié)締和保護(hù)功能的纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)。 c. 膜蛋白膜蛋白 生物膜所含的蛋白叫膜蛋白膜蛋白，是生物膜功能的主要承擔(dān)者。 根據(jù)蛋白分離的難易及在膜中分布的位置，膜蛋白

16、基本可分為三大類(lèi)：外在膜蛋白或稱(chēng)外周膜蛋白、內(nèi)在膜蛋白或稱(chēng)整合膜蛋白和脂錨定蛋白。（二）蛋白質(zhì)的分子量和大小（二）蛋白質(zhì)的分子量和大小 蛋白質(zhì)是分子量很大的物質(zhì)，分子量的變化蛋白質(zhì)是分子量很大的物質(zhì)，分子量的變化范圍也很大，大約在范圍也很大，大約在60006000 10000001000000道爾頓之間道爾頓之間。某些蛋白質(zhì)的分子量高達(dá)幾百萬(wàn)或數(shù)千萬(wàn)，例某些蛋白質(zhì)的分子量高達(dá)幾百萬(wàn)或數(shù)千萬(wàn)，例如：煙花草葉病毒，是由許多蛋白質(zhì)和核糖核酸如：煙花草葉病毒，是由許多蛋白質(zhì)和核糖核酸組成的超分子復(fù)合物。分子量為組成的超分子復(fù)合物。分子量為40000000Da40000000Da。 對(duì)于單純蛋白質(zhì)，用對(duì)

17、于單純蛋白質(zhì)，用110110除它的相對(duì)分子質(zhì)除它的相對(duì)分子質(zhì)量即可略估計(jì)其氨基酸殘基的數(shù)目。量即可略估計(jì)其氨基酸殘基的數(shù)目。一些蛋白質(zhì)的分子量一些蛋白質(zhì)的分子量蛋白質(zhì)名稱(chēng)蛋白質(zhì)名稱(chēng) 分子量分子量胰島素胰島素 5733核糖核酸酶核糖核酸酶 12640溶菌酶溶菌酶 13930血紅蛋白血紅蛋白 64500己糖激酶己糖激酶 120000谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶 1000000 第第 二二 節(jié)節(jié) 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸 組成蛋白質(zhì)的基本單位組成蛋白質(zhì)的基本單位存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余種，但余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均種，且均屬屬

18、L- - -氨基酸氨基酸（甘氨酸甘氨酸、脯氨酸、脯氨酸除外除外）。）。 一、氨基酸的結(jié)構(gòu)氨基酸的結(jié)構(gòu) 甘氨酸甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO氨基酸的結(jié)構(gòu) 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine氨基酸的結(jié)構(gòu) 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine纈氨酸纈氨酸 Valine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3氨基酸的結(jié)構(gòu) 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine纈氨酸纈氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine 脂肪族氨基酸

19、脂肪族氨基酸H2NCH CCH2OHOCH CH3CH3氨基酸的結(jié)構(gòu) 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine纈氨酸纈氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine異亮氨酸異亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH2CH3氨基酸的結(jié)構(gòu) 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine纈氨酸纈氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine異亮氨酸異亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline 亞亞氨基酸氨基酸HNCOHO氨基酸的結(jié)構(gòu) 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine纈氨酸纈氨酸 Valine

20、亮氨酸亮氨酸 Leucine異亮氨酸異亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3氨基酸的結(jié)構(gòu) 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine纈氨酸纈氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine異亮氨酸異亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCH CCH2OHOSH氨基酸的結(jié)構(gòu) 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2O

21、HO氨基酸的結(jié)構(gòu) 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH氨基酸的結(jié)構(gòu) 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸Tyrosine色氨酸色氨酸 TrytophanH2NCHCCH2OHOHN氨基酸的結(jié)構(gòu) 堿性堿性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH氨基酸的結(jié)構(gòu) 堿性堿性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸 LysineH2NCH CCH2OHOCH2CH2CH2NH2氨基酸的結(jié)構(gòu) 堿性堿性氨基酸氨基酸精

22、氨酸精氨酸 Arginine賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸 Lysine組氨酸組氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH氨基酸的結(jié)構(gòu) 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHO氨基酸的結(jié)構(gòu) 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHO氨基酸的結(jié)構(gòu) 絲氨酸絲氨酸 Serine 含羥基含羥基氨基酸氨基酸H2NCH CCH2OHOOH氨基酸的結(jié)構(gòu) 絲氨酸絲氨酸 Serine 蘇氨酸蘇氨酸 Threonine 含羥基含羥基氨基酸氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3

23、氨基酸的結(jié)構(gòu) 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2O氨基酸的結(jié)構(gòu) 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine谷酰胺谷酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O1 1、據(jù)、據(jù)R R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)2、據(jù)R基團(tuán)的極性3、據(jù)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值4、據(jù)是否構(gòu)成蛋白質(zhì) 二、氨基酸的分類(lèi) 脂肪族脂肪族aa：Gly,Ala,Val,Leu,Ile,Met,Gln,Asp,Glu,Arg,Lys, Ser,Thr,Cys芳香族芳香族aa: Phe,Tyr雜環(huán)雜環(huán)aa: Asp,His,Pro v常見(jiàn)常見(jiàn)202

24、0種蛋白質(zhì)氨基酸種蛋白質(zhì)氨基酸都有對(duì)應(yīng)的都有對(duì)應(yīng)的遺傳密碼。遺傳密碼。v近年發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽過(guò)氧近年發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶中存在化物酶中存在硒代半胱硒代半胱氨酸氨酸，有證據(jù)表明此氨，有證據(jù)表明此氨基酸由終止密碼基酸由終止密碼UGAUGA編碼，編碼，可能是第可能是第2121種蛋白質(zhì)基種蛋白質(zhì)基本氨基酸。本氨基酸。SeCaCbHHH1、據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)2 2、據(jù)、據(jù)R R基團(tuán)的極性基團(tuán)的極性3、據(jù)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值4、據(jù)是否構(gòu)成蛋白質(zhì) 非極性非極性R基氨基酸基氨基酸: Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp、Met靜電荷為靜電荷為0的極性的極性R基氨基酸：基氨基酸：Gly、Ser、Thr、Cys

25、、Tyr、Asn、Gln帶正電荷的帶正電荷的R基氨基酸：基氨基酸：Lys、Arg、His帶負(fù)電荷的帶負(fù)電荷的R基氨基酸：基氨基酸：Asp、Glu1、據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)2、據(jù)R基團(tuán)的極性3 3、據(jù)營(yíng)養(yǎng)、據(jù)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值價(jià)值4、據(jù)是否構(gòu)成蛋白質(zhì) 必需氨基酸必需氨基酸：人體必須而又不能自身合成、必須從食物中補(bǔ)充：笨（Phe）蛋（Met）精（Arg）來(lái)（Lys）宿（Thr）舍（Trp）?。℉is）亮（Leu）涼（Ile）鞋（Val） 非必需氨基酸：非必需氨基酸：Ala，Asn、Asp、Gln、Glu、Pro、Ser、Cys、Tyr、Gly非蛋白氨基酸存在的意義：v 作為細(xì)菌細(xì)胞壁作為細(xì)菌細(xì)胞壁中肽聚糖的組分：

26、中肽聚糖的組分： 如如 D-Glu D-AlaD-Glu D-Alav 有些作為一些重要代謝物的前體或中間體：有些作為一些重要代謝物的前體或中間體： 如瓜氨酸和鳥(niǎo)氨酸是合成精氨酸的中間物如瓜氨酸和鳥(niǎo)氨酸是合成精氨酸的中間物 - -丙氨酸是泛酸的前體丙氨酸是泛酸的前體 v 有些充當(dāng)化學(xué)信號(hào)分子：有些充當(dāng)化學(xué)信號(hào)分子： 如如 - -氨基丁酸氨基丁酸是神經(jīng)遞質(zhì)是神經(jīng)遞質(zhì)* * 絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。1、據(jù)R基團(tuán)化學(xué)結(jié)構(gòu)2、據(jù)R基團(tuán)的極性3、據(jù)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值4 4、據(jù)是否構(gòu)成蛋白質(zhì)、據(jù)是否構(gòu)成蛋白質(zhì)常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸常見(jiàn)蛋白質(zhì)氨基酸(基本氨基酸20種）稀有蛋白質(zhì)氨

27、基酸：稀有蛋白質(zhì)氨基酸：無(wú)對(duì)應(yīng)遺傳密碼，翻譯后修飾而來(lái)。 4-羥脯氨基酸、 5-羥賴(lài)氨酸非蛋白質(zhì)氨基酸：非蛋白質(zhì)氨基酸：通常以游離的形式存在，具有特殊的生理功能或作為中間體。-氨基丁酸、鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸 三、氨基酸的理化性質(zhì)旋光性旋光性光吸收光吸收酸堿性質(zhì)酸堿性質(zhì)縮合反應(yīng)縮合反應(yīng)茚三酮反應(yīng)茚三酮反應(yīng)SangerSanger反應(yīng)反應(yīng)氨基酸的旋光性 除甘氨酸外，其它19種氨基酸均含有一個(gè)手性a-碳原子，因此氨基酸都具有旋光性，可將偏振光的偏振平面旋轉(zhuǎn)一定的角度。 D型氨基酸與L型氨基酸22種蛋白質(zhì)氨基酸分子中，除了甘氨酸，均至少含有一個(gè)不對(duì)稱(chēng)碳原子（Thr和Ile有兩個(gè)手性碳），因此除甘氨酸以外的2

28、1種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸都具有手性性質(zhì)。如果以L(fǎng)型甘油醛為參照物，具有不對(duì)稱(chēng)碳原子的氨基酸就有D型和L型兩種對(duì)映異構(gòu)體。實(shí)驗(yàn)證明，蛋白質(zhì)分子中的不對(duì)稱(chēng)氨基酸都是L型。D型氨基酸僅存在于一些特殊的抗菌肽和某些細(xì)菌的細(xì)胞壁成分之中，它們不能參入到在核糖體上合成的多肽或蛋白質(zhì)分子之中。氨基酸的D型和L型與氨基酸的旋光方向沒(méi)有必然的聯(lián)系。氨基酸的光吸收構(gòu)成蛋白質(zhì)的構(gòu)成蛋白質(zhì)的2020種氨基酸在種氨基酸在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，但在可見(jiàn)光區(qū)都沒(méi)有光吸收，但在紅外區(qū)及遠(yuǎn)紫外區(qū)紅外區(qū)及遠(yuǎn)紫外區(qū)(200nm)(pI時(shí)，氨基時(shí)，氨基酸帶凈負(fù)電荷；酸帶凈負(fù)電荷； pHpI時(shí)，氨基時(shí)，氨基酸帶凈正電荷。酸帶凈正電荷。 0 H

29、+ OH-A0=A+A0A+ABA+ A0 A-A0=A-l 對(duì)于側(cè)鏈對(duì)于側(cè)鏈R基團(tuán)不解離的基團(tuán)不解離的中性氨基酸中性氨基酸： pI= (pK1+ pK2) / 2v 這可由氨基酸的解離公式推導(dǎo)出來(lái)：這可由氨基酸的解離公式推導(dǎo)出來(lái)： 等電點(diǎn)的計(jì)算：等電點(diǎn)的計(jì)算：甘氨酸的解離：陽(yáng)離子（陽(yáng)離子（A A+ +） 兼性離子（兼性離子（A A0 0） 陰離子（陰離子（A-）K1 = A0 H+A+K2 = A- H+A0K1K2=H+2A-A+等電點(diǎn)時(shí)：等電點(diǎn)時(shí)：A+=A- ,因此因此 H+ 2=K1K2 pI=(pK1+pK2) /2 所以，甘氨酸所以，甘氨酸 pI=(2.34+9.69) /2=6.

30、02所以所以對(duì)于側(cè)鏈對(duì)于側(cè)鏈R R基團(tuán)解離的氨基酸（基團(tuán)解離的氨基酸（酸性氨基酸性氨基酸、堿性氨基酸酸、堿性氨基酸）：）： pI pI為解離公式中，兼性離子兩側(cè)為解離公式中，兼性離子兩側(cè)pKpK值值的平均值。的平均值。 天冬氨酸：天冬氨酸： H+ OH- COOH COO- COO- COO- K1 K R K2H3N+ C H H3N+ C H H3N+ C H H2N C H 2.09 3.86 9.82 CH2 CH2 CH2 CH2 COOH COOH COO- COO- Asp+ Asp Asp- Asp- - pI=(pK1+pKR) /2=(2.09+3.86) /2=2.98

31、賴(lài)氨酸：賴(lài)氨酸： H+ OH- COOH COO- COO- COO- K1 K2 KRH3N+ C H H3N+ C H H2N C H H2N C H 2.18 8.95 10.53 ( CH2 )4 ( CH2 )4 ( CH2)4 ( CH2)4 N+H3 N+H3 N+H3 NH2Lys+ Lys+- Lys+- Lys- pI=(pK2+pKR) /2=(8.95+10.53)=9.74氨基酸的縮合反應(yīng)甘氨酸 甘氨酸 二酮吡嗪CCH2NOOHHHCCH2NOHOHH加熱乙二醇CNHOCH2HNCOH2CC O O HCHH2NR與亞硝酸反應(yīng)與亞硝酸反應(yīng)烴基化反應(yīng)烴基化反應(yīng)Sange

32、rSanger反應(yīng)反應(yīng)EdmanEdman反應(yīng)反應(yīng)成鹽成酯反應(yīng)成鹽成酯反應(yīng)成酰氯反應(yīng)成酰氯反應(yīng)脫羧基反應(yīng)脫羧基反應(yīng)側(cè)鏈反應(yīng)側(cè)鏈反應(yīng)茚茚三酮反應(yīng)三酮反應(yīng)縮合縮合反應(yīng)反應(yīng)氨基酸重要的化學(xué)反應(yīng)茚三酮反應(yīng)- -氨基和氨基和- -羧基共同參與反應(yīng)羧基共同參與反應(yīng)氨基酸+茚三酮藍(lán)紫色化合物(Pro為黃色)1）氨基酸的定量分析 （比色分析 max=570nm）；2）顯色劑：色層分析或電泳分離時(shí)用； Sanger反應(yīng)2、4二硝基氟苯（DNFB）反應(yīng)O2NFNO2+ H2NCHCROHNCHCROO2NNO2H+H2OO2NNO2HNCHCROOH+氨基酸DNFBN-端氨基酸DNP衍生物DNP-氨基酸-OH-O

33、H- -氨基參與氨基參與意義：意義：Sanger曾大量使用該反應(yīng)測(cè)定牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)應(yīng)用：應(yīng)用：曾廣泛應(yīng)用于測(cè)定氨基酸順序；主要用于N端測(cè)定 Edman反應(yīng)異硫氰酸苯酯（PITC）的反應(yīng)異硫氰酸苯酯（異硫氰酸苯酯（PITCPITC）+ +氨基酸氨基酸 pH8.3pH8.3( (苯氨基硫甲酰氨基酸苯氨基硫甲酰氨基酸)PTC-)PTC-氨基酸氨基酸 無(wú)水無(wú)水HFHF( (苯乙內(nèi)酰硫脲氨基酸苯乙內(nèi)酰硫脲氨基酸)PTH-)PTH-氨基酸氨基酸- -氨基參與氨基參與反應(yīng)類(lèi)型反應(yīng)試劑主要反應(yīng)產(chǎn)物用途氨基參與的反應(yīng) HNO2甲醛?；噭┢S氧酰氯、叔丁氧酰氯、對(duì)甲苯磺酰氯、丹磺酰氯等2,4二硝基氟苯(DNF

34、B)苯異硫氰酸酯（PITC）氨基酸氧化酶、轉(zhuǎn)氨酶等羥酸，N2二羥甲基氨基酸酰化氨基酸DNP-氨基酸PTC-氨基酸，PTH-氨基酸酮酸等Van Slyke定氮氨基酸滴定肽的人工合成氨基的保護(hù)；丹磺酰氯可用于N-端氨基酸的標(biāo)記和微量氨基酸的定量。多肽和蛋白質(zhì)N-端氨基酸的鑒定（Edman降解）細(xì)胞內(nèi)氨基酸的代謝羧基參與的反應(yīng) 堿醇tRNA、氨酰tRNA合成酶、ATP等脫羧酶氨基酸鹽氨基酸酯氨酰tRNA胺氨基酸羧基的保護(hù)和活化蛋白質(zhì)的生物合成氨基酸的代謝氨基和羧基同時(shí)參與的反應(yīng)茚三酮肽酰轉(zhuǎn)移酶等紫色物質(zhì)Pro為黃色物質(zhì) 肽氨基酸的定性和定量多肽和蛋白質(zhì)的生物合成氨基酸的主要反應(yīng)氨基酸的主要反應(yīng)側(cè)鏈基

35、團(tuán)反應(yīng)試劑產(chǎn)物用途Arg的胍基-萘酚、次溴酸鈉坂口試劑桃紅色物鑒定ArgMet的-S-CH3H2O2過(guò)氧化物抑制某些蛋白質(zhì)的活性Cys的-SH碘代乙酸、過(guò)甲酸乙酸硫基、磺基肽鏈拆分His的咪唑基重氮苯磺酸Pauly試劑櫻紅色物鑒定HisTyr的酚基重氮苯磺酸Pauly試劑桔黃色物鑒定TyrTyr的酚基磷鉬酸、磷鎢酸Folin試劑藍(lán)色物質(zhì)定量測(cè)定蛋白質(zhì)、TyrTrp的吲哚基對(duì)二甲基氨基苯甲醛藍(lán)色物質(zhì)鑒定TrpSer、Thr和Tyr的羥基激酶、ATP/鎂離子磷酸化的氨基酸調(diào)節(jié)酶的活性氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的反應(yīng)性質(zhì)氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的反應(yīng)性質(zhì)四、氨基酸的分離分析（略）第三節(jié)第三節(jié) 肽肽胰核糖核酸酶一種蛋白質(zhì)的

36、一級(jí)解構(gòu)由編碼一種蛋白質(zhì)的一級(jí)解構(gòu)由編碼它的基因的核苷酸序列決定它的基因的核苷酸序列決定DNA: GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT ACCmRNA: GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU ACC蛋白質(zhì)蛋白質(zhì): Gly- Ile- Val- Glu - Gln- Cys- Cys - ThrH2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽鍵H2N CCHR1ONCHR2CHNOCHCHR3ON CH HR4COOH氨基酸殘基N N- -端端C C- -端端肽與肽鍵的定義肽與肽鍵的定義 肽（肽（peptid

37、e ）就是氨基酸之間通過(guò)-氨基和-羧基縮合以酰胺鍵或肽鍵相連的聚合物，它包括寡肽、多肽和蛋白質(zhì)。 氨基酸之間脫水后形成的共價(jià)鍵稱(chēng)肽鍵肽鍵 （peptide bond）。 構(gòu)成肽的每一個(gè)氨基酸單位被稱(chēng)為氨基酸殘氨基酸殘基基（animo acid residue）。各氨基酸殘基以肽鍵相連形成的鏈狀結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為肽鏈肽鏈（ peptide chain）。肽的分類(lèi)和命名肽的分類(lèi)和命名 肽的命名和分類(lèi)的主要依據(jù)是氨基酸殘基的數(shù)目和組成。 肽的分類(lèi)可根據(jù)氨基酸殘基的數(shù)目而直呼其為幾肽。 例如，2個(gè)氨基酸形成的肽稱(chēng)為二肽，三個(gè)氨基酸構(gòu)成的肽稱(chēng)為三肽，以此類(lèi)推。 一般將2個(gè)10個(gè)氨基酸殘基組成的肽稱(chēng)為寡肽，由11

38、個(gè)50個(gè)氨基酸殘基組成的肽稱(chēng)為多肽，由50個(gè)以上的氨基酸殘基組成的肽通常被稱(chēng)為蛋白質(zhì)。除了少數(shù)環(huán)狀肽鏈以外，其它肽鏈都含有不對(duì)稱(chēng)的兩端：其中含有自由-氨基的一端被稱(chēng)為氨基端或N-端，含有自由-羧基的一端稱(chēng)為羧基端或C-端。肽鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)肽鍵的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)具有部分雙鍵的性質(zhì)（40），其鍵長(zhǎng)為0.133nm，短于一個(gè)典型的單鍵，長(zhǎng)于一個(gè)典型的雙鍵。與肽鍵相關(guān)的6個(gè)原子共處于一個(gè)平面，此平面結(jié)構(gòu)被稱(chēng)為酰胺平面或肽平面多為反式，但是X-Pro是例外。N帶部分正電荷，O帶部分負(fù)電荷。肽鍵的雙鍵性質(zhì)通常在多肽鏈的一端含有一個(gè)游離的a-氨基，稱(chēng)為氨基端或N-端；在另一端含有一個(gè)游離的a-羧基，稱(chēng)為羧基端或C

39、-端。H2N CHCR1OHN CHCR2OHN CHCR3OHN CHCOHRnON端氨基酸殘基氨基酸殘基C端肽鏈書(shū)寫(xiě)方式：N端C端 注：肽鏈可以是鏈狀、環(huán)狀或分支狀。 肽鏈的N-端與C-端：氨基酸順序：在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱(chēng)為氨基酸順序，氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開(kāi)始，以C-端氨基酸殘基為終點(diǎn)的排列順序。類(lèi)型和種類(lèi)來(lái)源類(lèi)別功能備注非核糖體合成肽非核糖體合成肽谷胱甘肽動(dòng)植物細(xì)胞三肽抗氧化第一個(gè)肽鍵為-肽鍵短桿菌肽S細(xì)菌環(huán) 狀 十肽抗菌含有D-氨基酸-鵝膏蕈堿鬼筆鵝蕈類(lèi)真菌環(huán) 狀 八肽真核RNA聚合酶II的強(qiáng)抑制劑肌肽肌肉細(xì)胞二肽不明含有-丙氨酸核糖體合

40、成多肽核糖體合成多肽促甲狀腺素釋放因子下丘腦三肽促進(jìn)甲狀腺素釋放催產(chǎn)素腦垂體后葉八肽刺激子宮收縮、排乳、促進(jìn)遺忘加壓素腦垂體后葉八肽升血壓、抗利尿、促進(jìn)記憶腦啡肽腦細(xì)胞五肽鎮(zhèn)痛非核糖體合成肽與核糖體合成肽非核糖體合成肽與核糖體合成肽寡肽的理化性質(zhì)寡肽的理化性質(zhì)（1）解離性質(zhì) 肽也有等電點(diǎn)，其中小肽的pI的計(jì)算方法與氨基酸相似，但復(fù)雜的寡肽只能與多肽和蛋白質(zhì)一樣不能計(jì)算，只能測(cè)定（如使用等電聚焦的手段）。（2）雙縮脲反應(yīng) 雙縮脲在堿性溶液中能與硫酸銅反應(yīng)生成紫紅色絡(luò)合物，此反應(yīng)稱(chēng)為雙縮脲反應(yīng)。凡大于二肽的肽含有與雙縮脲結(jié)構(gòu)相似的肽鍵（至少含有兩個(gè)肽鍵，所以二肽不行），都能發(fā)生此反應(yīng)。上述五肽可簡(jiǎn)

41、寫(xiě)表示為：Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu肽鏈的表示法上述五肽可命名為：絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸肽鍵的特點(diǎn)肽鍵的特點(diǎn)是氮原子上的孤對(duì)電子與羰基具有明顯的共軛作用。 肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。組成肽鍵的原子處于同一平面。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在。肽的理化性質(zhì) 兩性解離與等電點(diǎn) 由于肽中N端自由氨基和C端自由羧基之間的距離比氨基酸中的大，因此它們之間的靜電引力較弱。pK1，pK2。R基的pK變化不大。 肽的等電點(diǎn)：肽所帶凈電荷為“零”時(shí)，溶液的pH值。 (2) 肽的化學(xué)性質(zhì) 肽的化學(xué)性質(zhì)與氨基酸相似，如兩性解離、等電點(diǎn)等，但肽有與氨基酸不同的特殊反應(yīng) 二、

42、生物活性肽二、生物活性肽具有特殊的生理功能的多肽活性肽。如：神經(jīng)肽；激素類(lèi)多肽；抗生素類(lèi)多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu) 為了對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)的結(jié)為了對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)敘述的方便，人為地將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)分為一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱(chēng)初級(jí)結(jié)構(gòu)，二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、四蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)又稱(chēng)初級(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)的三度空間排列稱(chēng)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、高級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)的三度空間排列稱(chēng)蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)、高級(jí)結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。維結(jié)構(gòu)或構(gòu)象。 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)

43、層次蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu) (1) : 獨(dú)特的氨基酸序列，由遺傳物質(zhì)決定。二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) (2) :多肽鏈的主鏈骨架本身（不包括R基團(tuán)）在空間上有規(guī)律的折疊和盤(pán)繞，它是由氨基酸殘基非側(cè)鏈基團(tuán)之間的氫鍵決定的。三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) (3) :是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、卷曲和折疊，形成主要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵以及二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) (4)具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容包括亞基的種類(lèi)、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。蛋白質(zhì)的四種結(jié)構(gòu)層次蛋白質(zhì)的四種結(jié)構(gòu)層次1一級(jí)結(jié)構(gòu)的概念（1）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)

44、多肽鏈中氨基酸的排列順序（sequence）。 （2）維持一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 （3）氨基酸順序書(shū)寫(xiě)時(shí)，從 N-末端(N-terminus) 至 C-末端 (C-terminus).一、 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(Primary structure) )包括組包括組成蛋白質(zhì)的多肽鏈成蛋白質(zhì)的多肽鏈數(shù)目。多肽鏈的氨數(shù)目。多肽鏈的氨基酸順序，以及多基酸順序，以及多肽鏈內(nèi)或鏈間二硫肽鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。鍵的數(shù)目和位置。其中最重要的是多其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。功能的基礎(chǔ)。

45、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的共價(jià)（肽鍵）結(jié)構(gòu)對(duì)于每一種蛋白質(zhì)而言，都是獨(dú)特的。由編碼它的基因的核苷酸序列決定。是遺傳信息的一種形式。書(shū)寫(xiě)總是從N端到C端。 如胰島素A鏈的一級(jí)結(jié)構(gòu)是： Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-Cys-Ser-Leu-Tyr- Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)-都由氫鍵穩(wěn)定都由氫鍵穩(wěn)定 -螺旋（alpha-helix）和其他螺旋 -折疊（beta-sheet） -轉(zhuǎn)角（beta-turn） -凸起（beta-bulge） 無(wú)規(guī)則卷曲（random coil） 3

46、.613:13表示氫鍵封閉的環(huán)共包含13（33+4）個(gè)原子，3.6表示每圈螺旋含3.6個(gè)殘基，高度為0.54nm。每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升0.15nm，沿軸旋轉(zhuǎn)100。 維系a螺旋的作用力是氫鍵：氫鍵是由肽鏈上的N-H（亞氨基）氫和它前面（N端）第四個(gè)殘基上的C=O氧之間形成，氫鍵與螺旋軸幾乎平行。 a -螺旋結(jié)構(gòu)的要點(diǎn)如下： 要點(diǎn)：?jiǎn)捂溣倚蝗?.6殘基上升0.54nm形成51氫鍵且全部平行R基指向外側(cè)典型的典型的-螺旋螺旋-螺旋由Linus Pauling 和Robert Corey 于1951年提出，其主要內(nèi)容是：（1）肽鏈骨架?chē)@一個(gè)軸以螺旋的方式伸展；（2）螺旋形成是自發(fā)的，肽鏈骨架上

47、由n位氨基酸殘基上的-C=O與n4位殘基上的-NH之間形成的氫鍵起著穩(wěn)定的作用。被氫鍵封閉的環(huán)含有13個(gè)原子，因此-螺旋也稱(chēng)為3.613-螺旋；（3）每隔3.6個(gè)殘基，螺旋上升一圈。每一個(gè)氨基酸殘基環(huán)繞螺旋軸100 ，螺距為0.54nm，即每個(gè)氨基酸殘基沿軸上升0.15nm。螺旋的半徑為0.23nm。角和角分別57 和47 ；（4）-螺旋有左手和右手之分，但蛋白質(zhì)中的-螺旋主要是右手螺旋；（5）氨基酸殘基的R基團(tuán)位于螺旋的外側(cè)，并不參與螺旋的形 成。但其大小、形狀和帶電狀態(tài)卻能影響螺旋的形成和穩(wěn)定。a螺旋的手性 蛋白質(zhì)中的-螺旋幾乎都是右手的，右手比左手的穩(wěn)定。氨基酸都是L-型氨基酸，右手-螺

48、旋空間位阻較小，比較符合立體化學(xué)的要求。 a螺旋是手性結(jié)構(gòu)，具有旋光性。但a螺旋的比旋并不等于構(gòu)成自身的氨基酸比旋的簡(jiǎn)單加和，而無(wú)規(guī)卷曲的比旋與這種加和相等。 a螺旋是有規(guī)則的構(gòu)象，在折疊中具有協(xié)同性。一旦形成一圈a螺旋，隨后逐個(gè)殘基的加入變得容易而快速。 R基在螺旋外側(cè)基在螺旋外側(cè)天然蛋白質(zhì)絕大部分是天然蛋白質(zhì)絕大部分是右手螺旋。右手螺旋。 影響a螺旋形成和穩(wěn)定的因素 氨基酸的組成、電荷性質(zhì)和排列順序：在多肽鏈中連續(xù)的出現(xiàn)帶同種電荷的極性氨基酸， a-螺旋就不穩(wěn)定。在多肽鏈中只要出現(xiàn)pro， a -螺旋就被中斷，產(chǎn)生一個(gè)彎曲或結(jié)節(jié)。 R側(cè)鏈的大?。篏ly的R基太小，難以形成a -螺旋所需的兩

49、面角，所以和Pro一樣也是螺旋的最大破壞者。 肽鏈中連續(xù)出現(xiàn)帶龐大側(cè)鏈的氨基酸如Ile，由于空間位阻，也難以形成a -螺旋。(2) -折疊、0.35nm。、肽鏈呈鋸齒狀，肽平面呈片裝。、氫鍵是維持b折疊的作用力。肽鏈之間或一條肽鏈的不同肽段之間形成氫鍵，幾乎所有的肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸方向接近垂直。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：-折疊的片層結(jié)構(gòu)和-股之間的氫鍵要點(diǎn)： 肽鏈伸展，形成鏈間氫鍵（成為片層），R-基處于片層上下、 -折疊有平行和反折疊有平行和反平行的兩種形式平行的兩種形式:平行平行式：肽鏈上的排列極性式：肽鏈上的排列極性（NC）是相同的，）是相同的，即所有肽鏈的即所有肽鏈的N末端都末

50、端都在同一方向上；另一種在同一方向上；另一種是反平行式，肽鏈的極是反平行式，肽鏈的極性一順一倒，性一順一倒，N末端間末端間隔同向，反式更穩(wěn)定。隔同向，反式更穩(wěn)定。、R基在肽平面上下交替出現(xiàn)。 b折疊與a螺旋的轉(zhuǎn)變平行-折疊和反平行-折疊的結(jié)構(gòu)比較-折疊折疊 -折疊是肽鏈的一種相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，多肽鏈呈扇面狀展開(kāi)。其主要特征包括：（1）肽段幾乎完全伸展，肽平面之間成鋸齒狀；（2）肽段呈現(xiàn)平行排列，相鄰肽段之間的肽鍵形成氫鍵，其中的每一股肽段被稱(chēng)為-股；（3）側(cè)鏈基團(tuán)垂直于相鄰兩個(gè)肽平面的交線(xiàn)，并交替分布在折疊片層的兩側(cè)；（4）肽段平行的走向有平行和反平行兩種，前者指兩個(gè)肽段的N-端位于同側(cè)，較為少

51、見(jiàn)，后者正好相反。由于反平行折疊所形成的氫鍵N-H-O三個(gè)原子幾乎位于同一直線(xiàn)上，因此，反平行-折疊更穩(wěn)定。（5）反平行-折疊的每一個(gè)氨基酸殘基上升0.347nm，正平行的每一個(gè)氨基酸殘基上升0.325nm。-折疊的二面角（,）等于（119，+113）。(3) -轉(zhuǎn)角 (-turn) -轉(zhuǎn)角是指蛋白質(zhì)的分子的多肽鏈經(jīng)常出現(xiàn)180的回折，在回折角上的結(jié)構(gòu)就稱(chēng)-轉(zhuǎn)角，由四個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成。第n個(gè)氨基酸殘基的C=O與第n+3個(gè)氨基酸殘基的NH之間形成氫鍵。Gly and Pro residuesoften occur in b-turn指伸展的肽鏈形成180 的U形回折。-轉(zhuǎn)角具有如下特征：（

52、1）肽鏈骨架以180 回折而改變了肽鏈的方向；（2）由肽鏈上四個(gè)連續(xù)的氨基酸殘基組成，其中n位氨基酸殘基的-C=O與n3位氨基酸殘基的-NH形成氫鍵；（3）Gly和Pro經(jīng)常出現(xiàn)在這種結(jié)構(gòu)之中；（4）有利于反平行-折疊的形成，這是因?yàn)?轉(zhuǎn)角改變了肽鏈的走向，促進(jìn)相鄰的肽段各自作為-股，形成-折疊。-轉(zhuǎn)角沒(méi)有一定規(guī)律的松散肽鏈結(jié)構(gòu)，但仍是緊密有序的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過(guò)主鏈間及主鏈與側(cè)鏈間氫鍵維持其構(gòu)象。（）無(wú)規(guī)卷曲：螺旋折疊片轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)卷曲根據(jù)占優(yōu)勢(shì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件的類(lèi)型，結(jié)構(gòu)域可分為五大類(lèi)：（1）結(jié)構(gòu)域完全由-螺旋組成；（2）-結(jié)構(gòu)域只含有-折疊、-轉(zhuǎn)角和不規(guī)則環(huán)結(jié)構(gòu)；（3）/-結(jié)構(gòu)域由-股和起連接的-

53、螺旋片斷組成；（4）+-結(jié)構(gòu)域由獨(dú)立的-螺旋區(qū)和-折疊區(qū)組成；（5）交聯(lián)結(jié)構(gòu)域缺乏特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，但由幾個(gè)二硫鍵或金屬離子起穩(wěn)定作用。卷曲螺旋卷曲螺旋 -螺旋螺旋折疊片轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)卷曲是在一個(gè)蛋白質(zhì)分子內(nèi)的相對(duì)獨(dú)立的球狀結(jié)構(gòu)和/或功能模塊，它是由若干個(gè)結(jié)構(gòu)模體組成的相對(duì)獨(dú)立的球形結(jié)構(gòu)單位，它們通常是獨(dú)自折疊形成的，與蛋白質(zhì)的功能直接相關(guān)。某些結(jié)構(gòu)域在同一個(gè)蛋白質(zhì)分子上被重復(fù)使用，某些蛋白質(zhì)由多個(gè)拷貝的一種和多種結(jié)構(gòu)域組成。結(jié)構(gòu)域（結(jié)構(gòu)域（domain）大腸桿菌DNA 聚合酶具有三個(gè)結(jié)構(gòu)域三、三、 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)（1 1）概念：）概念：蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)

54、結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、卷曲和折疊，形成主要通過(guò)氨基酸側(cè)鏈以次級(jí)鍵以及二硫鍵維系的完整的三維結(jié)構(gòu)。三級(jí)結(jié)構(gòu)通常由模體（motif）和結(jié)構(gòu)域（domain）組成。穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)主要是次級(jí)鍵，其包括氫鍵、疏水鍵、離子鍵、范德華力和金屬配位鍵。此外，屬于共價(jià)鍵的二硫鍵也參與許多蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的形成。N 端 C端維系三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化學(xué)鍵維系三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的化學(xué)鍵（2）維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵）維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的化學(xué)鍵有氫鍵疏水鍵范德華力鹽鍵二硫鍵1. 1. 氫鍵氫鍵 在穩(wěn)定蛋白質(zhì)中起著極其重要的作用，在穩(wěn)定蛋白質(zhì)中起著極其重要的作用，是維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。是維持

55、蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力。 此外，氫鍵還可以在側(cè)鏈與側(cè)鏈、側(cè)鏈此外，氫鍵還可以在側(cè)鏈與側(cè)鏈、側(cè)鏈與介質(zhì)水、主鏈肽基與側(cè)鏈或主鏈肽基與水與介質(zhì)水、主鏈肽基與側(cè)鏈或主鏈肽基與水之間形成。之間形成。 范德華力包括三種較弱的相互作用，即定向效應(yīng)、誘范德華力包括三種較弱的相互作用，即定向效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng)和分散效應(yīng)。導(dǎo)效應(yīng)和分散效應(yīng)。定向效應(yīng)定向效應(yīng)：發(fā)生在極性分子間的力，它是永久偶極間的靜電相互：發(fā)生在極性分子間的力，它是永久偶極間的靜電相互作用。氫鍵屬于這種范德華力。作用。氫鍵屬于這種范德華力。誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)：極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)之間的相互作用。：極性物質(zhì)和非極性物質(zhì)之間的相互作用。分散效應(yīng)分散效應(yīng)

56、：是在大多數(shù)情況下起主要作用的范德華力，它是非極：是在大多數(shù)情況下起主要作用的范德華力，它是非極性分子或基團(tuán)僅有的一種范德華力。性分子或基團(tuán)僅有的一種范德華力。2. 2. 范德華力范德華力（范德華相互作用）（范德華相互作用）3. 3. 疏水作用疏水作用（熵效應(yīng)）（熵效應(yīng)） 水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部，是疏水基把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部，是疏水基團(tuán)出自避開(kāi)水的需要而逼迫接近。團(tuán)出自避開(kāi)水的需要而逼迫接近。CH3CH34. 4. 鹽鍵鹽鍵（離子鍵）（離子鍵） 它是正負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用。它是正負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用。在疏

57、水環(huán)境中，介電常數(shù)比水中小，相反電荷在疏水環(huán)境中，介電常數(shù)比水中小，相反電荷間的吸引力相應(yīng)增大。間的吸引力相應(yīng)增大。+NH3COO-5. 5. 二硫鍵二硫鍵 二硫鍵在維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起到二硫鍵在維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)中起到重要的作用。重要的作用。SS （2）構(gòu)象特點(diǎn)：）構(gòu)象特點(diǎn)： 三級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象近似球形。三級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象近似球形。 親水表面，疏水核。分子中的親水基團(tuán)（具有極親水表面，疏水核。分子中的親水基團(tuán)（具有極性基團(tuán)側(cè)鏈的氨基酸殘基）相對(duì)集中在球形分子性基團(tuán)側(cè)鏈的氨基酸殘基）相對(duì)集中在球形分子的表面，疏水基團(tuán)（非極性氨基酸殘基）相對(duì)集的表面，疏水基團(tuán)（非極性氨基酸殘基）相對(duì)集中在分子內(nèi)部。中在分

58、子內(nèi)部。 穩(wěn)定性主要靠疏水相互作用維系，其它：氫鍵、穩(wěn)定性主要靠疏水相互作用維系，其它：氫鍵、二硫鍵、離子鍵和范德華力。二硫鍵、離子鍵和范德華力。 三級(jí)結(jié)構(gòu)形成了，蛋白質(zhì)分子的生物活性部位就三級(jí)結(jié)構(gòu)形成了，蛋白質(zhì)分子的生物活性部位就形成了，在球形分子的表面往往有一個(gè)很深的裂形成了，在球形分子的表面往往有一個(gè)很深的裂縫，活性部位就在其中。縫，活性部位就在其中。 免疫球蛋白和神經(jīng)酰胺酶免疫球蛋白和神經(jīng)酰胺酶-結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的特征特征（1 1）球狀蛋白質(zhì)分子含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件；）球狀蛋白質(zhì)分子含多種二級(jí)結(jié)構(gòu)元件；（2 2）球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次；）

59、球狀蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次；（3 3）球狀蛋白質(zhì)分子是緊密的球狀或橢球狀實(shí)體；）球狀蛋白質(zhì)分子是緊密的球狀或橢球狀實(shí)體；（4 4）球狀蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親）球狀蛋白質(zhì)疏水側(cè)鏈埋藏在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面；水側(cè)鏈暴露在分子表面；（5 5）球狀蛋白質(zhì)分子的表面有一個(gè)空穴（也稱(chēng)）球狀蛋白質(zhì)分子的表面有一個(gè)空穴（也稱(chēng)裂溝、凹槽或口袋）。裂溝、凹槽或口袋）。 四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)的涵義：亞基的概念（以a、b、等命名）： 由亞基聚合而成的蛋白質(zhì)稱(chēng)為寡聚蛋白。作用力：次級(jí)鍵，主要疏水相互作用；其它氫鍵、離子鍵、范德華力舉例：血紅蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)的內(nèi)容：

60、 亞基的數(shù)目4條 種類(lèi)2種四亞基兩兩相同，分別稱(chēng)為1 、2、1、2；亞基的立體分布球形亞基的相互作用次級(jí)鍵血紅蛋白 肌紅蛋白肌紅蛋白 血紅蛋白血紅蛋白 血紅蛋白血紅蛋白 氨基酸序列大不相同，功能相似（載氧），結(jié)構(gòu)相似氨基酸序列大不相同，功能相似（載氧），結(jié)構(gòu)相似 結(jié)構(gòu)決定功能結(jié)構(gòu)決定功能小結(jié)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) 具有兩條和兩條以上多肽鏈的寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)才會(huì)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。組成寡聚蛋白質(zhì)或多聚蛋白質(zhì)的每一個(gè)亞基都有自己的三級(jí)結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)內(nèi)容包括亞基的種類(lèi)、數(shù)目、空間排布以及亞基之間的相互作用。第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的一般原則蛋白