氨基酸多肽與蛋白質(zhì)

關(guān)于氨基酸多肽與蛋白質(zhì)課件第1頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五緒論Biochemistry:Neuberg,1903Chemistryoflife運(yùn)用化學(xué)和物理學(xué)及生物學(xué)原理和技術(shù)，主要是化學(xué)原理來研究生命現(xiàn)象的學(xué)科。生物化學(xué)研究的最終目的是在分子水平揭示生命活動的本質(zhì)，以及致病機(jī)制和治療原理。第2頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五一、生物化學(xué)的內(nèi)容1.敘述生化：組成與結(jié)構(gòu)2.動態(tài)生化：代謝與調(diào)控3.功能生化：結(jié)構(gòu)與功能第3頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五1.敘述生化：組成與結(jié)構(gòu)生物體組成分（%）：

水蛋白質(zhì)脂類無機(jī)鹽糖類核酸55-6715-1810-153-41-2微量三大營養(yǎng)素：蛋白質(zhì)脂類糖類第4頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五2.動態(tài)生化：代謝與調(diào)控代謝：生物體與環(huán)境的物質(zhì)交換體現(xiàn)生命維持生命調(diào)控：為適應(yīng)環(huán)境的變化而改變代謝的機(jī)制糖，蛋白質(zhì)，脂肪：氧化產(chǎn)生ATP核酸，膽固醇，磷脂，維生素：參與機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能第5頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五3.功能生化：結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞水平和分子水平各異的生命決定于各異的結(jié)構(gòu)不同的功能具有不同的結(jié)構(gòu)

分子生物學(xué)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能核酸的結(jié)構(gòu)與功能第6頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五二、生物化學(xué)的重要性重要性在于生物化學(xué)的應(yīng)用性三多:每年發(fā)表論文諾貝爾獎獲得者生化科學(xué)家生物學(xué)的普通語言──世界語言基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)的關(guān)鍵學(xué)科第7頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五三、生物化學(xué)的學(xué)習(xí)方法1.代謝通路與酶相聯(lián)系2.前后內(nèi)容對照學(xué)3.整體內(nèi)容貫穿起來再復(fù)習(xí)三難：體內(nèi)參與反應(yīng)的物質(zhì)多，記憶難代謝反應(yīng)途徑多，功能各異，入門難大分子的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系復(fù)雜，理解難第8頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五課程學(xué)習(xí)安排本學(xué)期：生物化學(xué)（一）內(nèi)容：大分子結(jié)構(gòu)與功能三大代謝肝膽生化下學(xué)年第一學(xué)期：生物化學(xué)（二）內(nèi)容：遺傳信息的流動、生物信息的傳導(dǎo)雙語教學(xué)*課程進(jìn)度表網(wǎng)址：/jxjd/第9頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

參考書Harper’sBiochemistry26thed. Murrayetal,2003LehningerPrinciplesofBiochemistry,4thed.Dalidetal,2005Biochemistry，3rded.DonaldVoetetal,2003王鏡巖主編：《生物化學(xué)》3版，2002，高等教育出版社第10頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸、多肽與蛋白質(zhì)第四章AminoAcids，PeptidesandProteins第11頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。19世紀(jì)末，F(xiàn)ischer證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并用氨基酸合成了多種短肽

。1938年，德國化學(xué)家GerardusJ.Mulder引用“Protein”一詞來描述蛋白質(zhì)。

第12頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)——α-螺旋(α-helix)。

1953年，F(xiàn)rederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代以后，后基因組計劃。第13頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)（protein）是由許多氨基酸（aminoacids）通過肽鍵（peptidebond）相連形成的大分子含氮化合物。第14頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：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45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)80％。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分第15頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五1）作為生物催化劑（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用3）免疫保護(hù)作用4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲5）運(yùn)動與支持作用6）參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能第16頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸第一節(jié)AminoAcids第17頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五一、組成人體的20種氨基酸均屬于L-α-氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬L-氨基酸（甘氨酸除外）。第18頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五L--氨基酸的通式（R為側(cè)鏈）RC+NH3COO-HH第19頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸分類疏水性氨基酸極性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸第20頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸二、20種氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)及極性迥然不同此類氨基酸有丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。此類氨基酸在水溶液中溶解度小。第21頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五氨基酸分類（一）第22頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五中性氨基酸有甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。氨基酸分類（二）第23頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸此類氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其側(cè)鏈分別有苯基、酚基和吲哚基。氨基酸分類（三）第24頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸此類氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其側(cè)鏈都含有羧基，均可解離而帶負(fù)電荷。氨基酸分類（四）第25頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸此類氨基酸有賴氨酸、精氨酸和組氨酸，其側(cè)鏈分別含有氨基、胍基和咪唑基，均可發(fā)生質(zhì)子化，使之帶正電荷。氨基酸分類（五）第26頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）第27頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH第28頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五修飾性氨基酸羥賴氨酸HO-Lys羥脯氨酸HO-Pro蘇氨酸、絲氨酸、酪氨酸磷酸化絲氨酸糖基化天冬酰胺糖基化第29頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)（一）氨基酸具有兩性解離性質(zhì)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。第30頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子第31頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。第32頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（二）氨基酸具有特征性的滴定曲線甘氨酸滴定曲線第33頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（三）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收第34頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（四）α-氨基參與多種化學(xué)反應(yīng)Schiff堿醛氨基酸第35頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（五）氨基酸的α-氨基與α-羧基共同參與茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。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。第36頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（六）一個氨基酸的羧基可與另一個氨基酸的氨基反應(yīng)成肽氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而生成二肽，多個氨基酸縮合生成多肽。第37頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五多肽和蛋白質(zhì)

PolypeptidesandProteins第二節(jié)第38頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五一、多肽和蛋白質(zhì)是氨基酸的多聚體（一）氨基酸是多肽與蛋白質(zhì)的基本組成單位氨基酸通過肽鍵(peptidebond)

相互連接而形成多肽和蛋白質(zhì)。肽鍵是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。第39頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵第40頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五*肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。*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……*

肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。*由十個以內(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)。第41頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五氨基末端（aminoterminal）或N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端羧基末端（carboxylterminal）或C

末端：多肽鏈中有自由羧基的一端多肽鏈有方向性：*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)。多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。第42頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五N末端C末端牛核糖核酸酶第43頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽

1.谷胱甘肽是體內(nèi)重要的還原劑

谷胱甘肽(glutathione,GSH)第44頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五GSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSGGSH還原酶NADPH+H+NADP+第45頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五2.體內(nèi)有許多激素屬寡肽或多肽第46頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五3.神經(jīng)肽是腦內(nèi)一類重要的肽

在神經(jīng)傳導(dǎo)過程中起重要作用的肽類稱為神經(jīng)肽(neuropeptide)。第47頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五組成蛋白質(zhì)的元素：主要有C、H、O、N和S。有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘

。二、蛋白質(zhì)的分子組成和結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜第48頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

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，只要測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：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)：第49頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(一)蛋白質(zhì)根據(jù)分子組成分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩類根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分，可分為：單純蛋白質(zhì)（simpleprotein）結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分（conjugatedprotein）輔基（prostheticgroup）第50頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五分類輔基舉例脂蛋白脂類血漿脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）糖蛋白糖基或糖鏈膠原蛋白、纖連蛋白等核蛋白核酸核糖體磷蛋白磷酸基團(tuán)酪蛋白（casein）血紅素蛋白血紅素（鐵卟啉）血紅蛋白、細(xì)胞色素c黃素蛋白黃素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脫氫酶金屬蛋白鐵鐵蛋白鋅乙醇脫氫酶鈣鈣調(diào)蛋白錳丙酮酸羧化酶銅細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合蛋白質(zhì)及其輔基第51頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)蛋白質(zhì)形狀，可分為：纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)形狀決定性質(zhì)超家族（superfamily）家族（family）亞家族（subfamily）第52頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(二)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)可區(qū)分為4個層次高級結(jié)構(gòu)或空間構(gòu)象(conformation)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)第53頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五三、氨基酸殘基的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)肽鍵（主要化學(xué)鍵）二硫鍵蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)是指蛋白質(zhì)分子中，從N端到C端的氨基酸排列順序。形成一級結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵：第54頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五一級結(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)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。目錄胰島素空間結(jié)構(gòu)第55頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五四、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)是指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。第56頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式：維系二級結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：

氫鍵第57頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（一）肽鍵是一個剛性的平面參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、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個原子構(gòu)成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。第58頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（二）-螺旋是常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)第59頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五α-螺旋連續(xù)排列的酰胺平面旋轉(zhuǎn)形成面螺旋右手螺旋酰胺平面與螺旋的長軸平行一個AA0.15nm,每3.6個為一圈(0.54nm)螺旋借助相鄰兩圈之-NH---CO-穩(wěn)定AA的側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)AA的大小和電荷可以影響螺旋的形成第60頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（三）-折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)第61頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五β-折疊較為伸展,酰胺平面以鋸齒狀排列兩個片段可以是平行或反平行AA間距平行0.65nm

反平行0.67nm只有片段間氫鍵,無片段內(nèi)氫鍵AA的側(cè)鏈伸向鋸齒狀結(jié)構(gòu)的外側(cè)小側(cè)鏈的AA有利于β-折疊的生成第62頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（四）-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在-轉(zhuǎn)角無規(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)。第63頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（五）模體是蛋白質(zhì)的超二級結(jié)構(gòu)在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構(gòu)象，并發(fā)揮專一的功能

，被稱為模體(motif)。超二級結(jié)構(gòu)：2個或2個以上二級結(jié)構(gòu)組合，

αα，βαβ，ββ第64頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五模體(motif)：數(shù)個至數(shù)十個AA組成的具有自身相對獨(dú)立構(gòu)象和功能的小區(qū)域，模體可構(gòu)成結(jié)構(gòu)域，也可獨(dú)立存在。第65頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體

鋅指結(jié)構(gòu)(zincfinger)第66頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五各種蛋白激酶：以ATP為底物，其ATP結(jié)合模體相同。氨基酰~tRNA合成酶也以ATP為底物，其ATP結(jié)合模體與上大不相同。第67頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五幾種蛋白激酶C的模體

PSCRR1CRR2CaBSABSDFGPBS

212220723305H2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N----------■-----------COOH212221023301/3

I/ⅡH2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N----------■-----------COOH212221923310H2N-RKGALR--CX2CX13CX2CX2VX41CX2CX13CX2CX2N----------■-----------COOH

143228623298H2N------RRGAIK--CX2CX13CX2CX2AX48CX2CX13CX2CX2N-----■-----------COOH1552113523301H2N-------RQGAVR--CX2CX14CX2CX2VX48CX2CX13CX2CX2N--------■-----------COOH2N-RRGARR--CX2CX13CX2CX2L-----■-----------COOH第68頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五幾種蛋白激酶C的模體PS：假底物模體

RKGALR

，用于阻斷酶活性中心與底物的結(jié)合。真底物

RXXSXRCRR1、CRR2：富含Cys，與激活劑結(jié)合，如：DG、PMA等。CaBS：鈣結(jié)合位點(diǎn)，受鈣離子調(diào)節(jié)ABS：ATP結(jié)合模體DFG：

Asp-Phe-Gly催化位點(diǎn)PBS：蛋白質(zhì)結(jié)合模體第69頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五唾液酸轉(zhuǎn)移酶：50AA唾液酰模體，與底物CMP-SA結(jié)合。半乳糖轉(zhuǎn)移酶：CX5-6K(R)DKKND(G)，底物UDP-Gal結(jié)合模體。弗林蛋白酶：定位于TGN，或細(xì)胞膜及胞外基質(zhì)，通過胞飲回TGN，有二個模體。

四肽模體：與胞飲有關(guān)，YKGL,不同生物完全保守，普遍存在于通過胞飲作用循環(huán)于胞膜及高爾基體的膜蛋白上。

酸性膜體：膜上定位，CPSDSEEDEG,也存在于某些膜蛋白中?？赡芘c在膜上的定位有關(guān)。第70頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五模體與功能相同的模體表現(xiàn)出相同的功能，因此，不同蛋白質(zhì)只要有部分相似功能就可能具有相似的膜體。具有不同功能的蛋白質(zhì)其模體不同，即使是同一類蛋白質(zhì)也表現(xiàn)出不同的性質(zhì)。第71頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈可影響二級結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。這是氨基酸殘基的側(cè)鏈的相互作用可穩(wěn)定或去穩(wěn)定相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)的原因。第72頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五一段肽鏈有多個酸性氨基酸殘基相鄰，則在pH7.0時這些殘基的游離羧基都帶負(fù)電荷，彼此相斥，妨礙α-螺旋的形成。同樣，多個堿性氨基酸殘基在一肽段內(nèi)，由于正電荷相斥，也妨礙α-螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的側(cè)鏈很大，也會影響α-螺旋形成。脯氨酸的結(jié)構(gòu)不利于形成α-螺旋。形成β-折疊的肽段要求氨基酸殘基的側(cè)鏈較小，才能容許兩條肽段彼此靠近。第73頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五五、多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。（一）三級結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈的空間分布第74頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

肌紅蛋白(Mb)的三級結(jié)構(gòu)N端C端153AA1HemeA~H八段α-螺旋無-S-S-鍵功能：儲存O2第75頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(二)

維持三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價鍵蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互作用力或稱非共價鍵、次級鍵，主要有氫鍵、VanderWaals力、疏水作用、和離子鍵等。第76頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五第77頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（三）三級結(jié)構(gòu)可含有功能各異的結(jié)構(gòu)域大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€或數(shù)個球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行使其功能，稱為結(jié)構(gòu)域(domain)

。第78頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五3-磷酸甘油醛脫氫酶第79頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(四)根據(jù)結(jié)構(gòu)域可對蛋白質(zhì)進(jìn)行分類根據(jù)結(jié)構(gòu)域可將球狀蛋白質(zhì)分為4類：反平行α螺旋結(jié)構(gòu)域（全α-結(jié)構(gòu)）平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域（α，β-結(jié)構(gòu)）反平行β折疊片結(jié)構(gòu)域(全β-結(jié)構(gòu))富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)）第80頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五A.全α-結(jié)構(gòu)域B.平行或混合型β折疊片結(jié)構(gòu)域C.全β-結(jié)構(gòu)域D.富含二硫鍵結(jié)構(gòu)域第81頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五催化結(jié)構(gòu)域：功能相近者相似調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域：調(diào)節(jié)因子不同，故相似者甚少。結(jié)構(gòu)域的存在可很好解釋多功能酶的作用機(jī)制。不同酶分子上存在著不同的結(jié)構(gòu)域，故功能不同。相同的結(jié)構(gòu)域存在于不同酶分子上，可推測其具有部分相同功能。結(jié)構(gòu)域與功能第82頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五蛋白激酶

PKAPKGPKCEGFR

肌球蛋白同源性輕鏈激酶催化亞基C側(cè)催化域N側(cè)催化域+調(diào)節(jié)亞基N側(cè)調(diào)節(jié)域C側(cè)調(diào)節(jié)域

ATP結(jié)合區(qū)段，Asp-Phe-Gly催化位點(diǎn)，蛋白質(zhì)底物結(jié)合位點(diǎn)第83頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五乙酰CoA羧化酶生物素羧基結(jié)合蛋白生物素羧化酶羧基轉(zhuǎn)移酶別構(gòu)調(diào)節(jié)中心乙酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)?；竿：铣擅竿＿€原酶羥脂酰脫水酶,烯脂酰還原酶硫脂酶7個結(jié)構(gòu)域構(gòu)成24萬大分子，以二分子聚合才能催化反應(yīng)脂肪酸合成酶第84頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)構(gòu)域與功能功能相近者具有相似的結(jié)構(gòu)域不同結(jié)構(gòu)域具有不同功能多功能要求多結(jié)構(gòu)域第85頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（五）分子伴侶參與蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶(chaperone)通過提供一個保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。*分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。*分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。*分子伴侶對于蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。第86頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用第87頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。六、某些蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)形式蛋白質(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結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。第88頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)（二）亞基通過亞基間的相互作用聯(lián)系在一起由2個亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。

第89頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（三）生物體內(nèi)有很多由多亞基組成的蛋白質(zhì)生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)往往由多個亞基組成，亞基之間憑借次級鍵形成蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)。

胰島素受體：由4個亞基組成(α2β2)，α亞基與β亞基形成單體(monomer)，2個單體形成二聚體(dimer)。

第90頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五血紅蛋白的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)第91頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系StructureandFunctionofProteins第三節(jié)第92頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（一）一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵第93頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第94頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（二）一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級結(jié)構(gòu)與功能一級結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。第95頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五────────────────────────

氨基酸殘基序號胰島素───────────────

A5A6A10B30────────────────────────

人ThrSerIleThr

豬ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

馬ThrSerIleAla────────────────────────第96頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑激素(α-MSH,β-MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促進(jìn)皮下黑色素生成但作用較弱。第97頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五(三)氨基酸序列提供重要的生物化學(xué)信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素c(cytochromec)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。第98頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五從細(xì)胞色素c的一級結(jié)構(gòu)看生物進(jìn)化

物種進(jìn)化過程中越接近的生物，細(xì)胞色素的一級結(jié)構(gòu)越相似第99頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（四）重要蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val

·glu·····C(146)

這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。第100頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五1.肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基

二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)表現(xiàn)功能血紅素結(jié)構(gòu)(一)血紅蛋白構(gòu)象改變引起功能變化第101頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五肌紅蛋白(myoglobin，Mb)

肌紅蛋白是一個只有三級結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段α-螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。第102頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)。Hb各亞基的三級結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。第103頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度,pO2

）隨O2濃度變化而改變。2.血紅蛋白的構(gòu)象變化影響結(jié)合氧的能力

第104頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線第105頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五Hb與Mb的氧飽和曲線氧合Hb(Mb)與pO2的關(guān)系

Hb：S狀曲線

Mb：直角雙曲線

S狀曲線提供了一個靈敏可調(diào)的范圍(低pO2)和一個平坦不可調(diào)的范圍(高pO2)。第106頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五意義：肺部pO2較高，在一定范圍內(nèi)變化時，不至于太大地影響氧飽和度。(80-100)組織pO2較低，略有變化，即可獲得飽和度的變化，充分地獲氧。(20-40mmHg)第107頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)決定構(gòu)象空間構(gòu)象決定功能：,

亞基與Mb的三級結(jié)構(gòu)相似，結(jié)合O2。不同來源的Hb其三,四級結(jié)構(gòu)相似,運(yùn)輸O2Hb：四亞基，運(yùn)輸O2Mb：單亞基，儲存O2第108頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

X射線衍射圖：Hb與HbO2構(gòu)象不同定義：某些因素作用于蛋白質(zhì)時，可結(jié)合至蛋白質(zhì)的某一部位，而使此蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生改變，從而調(diào)節(jié)該蛋白質(zhì)的活性。Hb：別位蛋白O2：別位效應(yīng)劑別位效應(yīng)具有普遍性別位效應(yīng)(allostericeffect)第109頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五協(xié)同效應(yīng)(cooperativity)一個寡聚體蛋白質(zhì)的一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)。如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)

(negativecooperativity)第110頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五第111頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五O2血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。第112頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可導(dǎo)致構(gòu)象病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。第113頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)制：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨丁頓舞蹈病、瘋牛病等。第114頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病瘋牛病第115頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)Chemical

andPhysicalPropertiesofProteins第116頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

一、蛋白質(zhì)具有兩性電離性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)(isoelectricpoint,pI)

第117頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之間，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素：顆粒表面電荷水化膜第118頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉第119頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五三、很多因素可引起蛋白質(zhì)變性在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。蛋白質(zhì)的變性(denaturation)第120頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

造成變性的因素

變性的本質(zhì)——破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。如加熱、乙醇等有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等。第121頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件。

第122頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為復(fù)性。蛋白質(zhì)的復(fù)性(renaturation)

第123頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性第124頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

蛋白質(zhì)沉淀蛋白質(zhì)的凝固作用(proteincoagulation)

第125頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五四、蛋白質(zhì)在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質(zhì)分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質(zhì)的OD280與其濃度呈正比關(guān)系，因此可作蛋白質(zhì)定量測定。第126頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五五、蛋白質(zhì)呈色反應(yīng)可用于溶液蛋白質(zhì)測定（一）蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生茚三酮反應(yīng)蛋白質(zhì)經(jīng)水解后產(chǎn)生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應(yīng)(ninhydrinreaction)。第127頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五（二）肽鏈中的肽鍵可與雙縮脲試劑反應(yīng)蛋白質(zhì)和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現(xiàn)紫色或紅色，此反應(yīng)稱為雙縮脲反應(yīng)(biuretreaction)。雙縮脲反應(yīng)可用來檢測蛋白質(zhì)水解程度。第128頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五蛋白質(zhì)的分離、純化與序列分析Isolation,PurificationandSequencingofProteins第五節(jié)第129頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五一、透析及超濾法可清除蛋白質(zhì)溶液中的小分子化合物利用透析袋把大分子蛋白質(zhì)與小分子化合物分開的方法。應(yīng)用正壓或離心力使蛋白質(zhì)溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達(dá)到濃縮蛋白質(zhì)溶液的目的。超濾法

透析(dialysis)第130頁，共148頁，2023年，2月20日，星期五二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質(zhì)沉淀方法使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進(jìn)行，丙酮用量一般10倍于蛋白質(zhì)溶液體積。蛋白質(zhì)被丙酮沉淀后，應(yīng)立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。鹽析(saltprecipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質(zhì)溶液，使蛋白質(zhì)表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀。第131頁，共148頁，202