蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能8

一、蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的基本成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，約占人體干重的45％，某些組織含量更高。當(dāng)前1頁，總共103頁。1）生物催化作用（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用（激素）3）免疫保護作用（抗體）4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲（血紅蛋白）5）運動與支持作用（肌動蛋白）6）控制生長和分化作用（核蛋白）7）參與細胞間信息傳遞（受體蛋白）二、蛋白質(zhì)具有多樣性的生物學(xué)功能當(dāng)前2頁，總共103頁。

第一節(jié)

蛋白質(zhì)的分子組成當(dāng)前3頁，總共103頁。一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷、硒或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。當(dāng)前4頁，總共103頁。

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)含量（g%）

=每克樣品含氮克數(shù)×

6.25×100蛋白質(zhì)元素組成的特點當(dāng)前5頁，總共103頁。案例分析1：乳品企業(yè)中為什么要加“三聚氰胺”？當(dāng)前6頁，總共103頁。當(dāng)前7頁，總共103頁。二、蛋白質(zhì)的基本組成單位

—氨基酸天然存在的氨基酸約300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的編碼氨基酸僅有20種，稱為基本氨基酸。且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。當(dāng)前8頁，總共103頁。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R當(dāng)前9頁，總共103頁。（一）氨基酸結(jié)構(gòu)上的共同特點：均為-氨基酸，脯氨酸為-亞氨基酸。R側(cè)鏈不同。除甘氨酸外，均具有旋光性。皆為L-－氨基酸。當(dāng)前10頁，總共103頁。當(dāng)前11頁，總共103頁。非極性側(cè)鏈氨基酸極性中性側(cè)鏈氨基酸酸性側(cè)鏈氨基酸（2種）4.堿性側(cè)鏈氨基酸（3種）（二）氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類（R側(cè)鏈）*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號及分類如下:當(dāng)前12頁，總共103頁。當(dāng)前13頁，總共103頁。當(dāng)前14頁，總共103頁。當(dāng)前15頁，總共103頁。+胱氨酸二硫鍵-HH當(dāng)前16頁，總共103頁。稀有氨基酸

多肽合成后由基本氨基酸經(jīng)酶促修飾而來，無翻譯密碼。如羥脯氨酸、羥賴氨酸。當(dāng)前17頁，總共103頁。

第二節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前18頁，總共103頁。一級結(jié)構(gòu)（AA序列）二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域三級結(jié)構(gòu)（球蛋白）四級結(jié)構(gòu)（聚合體）

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次性當(dāng)前19頁，總共103頁。當(dāng)前20頁，總共103頁。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)*肽鍵：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。（一）肽鍵和肽當(dāng)前21頁，總共103頁。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵當(dāng)前22頁，總共103頁。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不全，被稱為氨基酸殘基。由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。當(dāng)前23頁，總共103頁。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端；C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端。多肽鏈有兩個末端：多肽鏈：是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。當(dāng)前24頁，總共103頁。當(dāng)前25頁，總共103頁。N末端C末端牛核糖核酸酶當(dāng)前26頁，總共103頁。1、定義蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。（二）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

當(dāng)前27頁，總共103頁?！耙患壗Y(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)?！碑?dāng)前28頁，總共103頁。（三）生物活性肽生物體內(nèi)存在許多具有生物活性的小分子肽，它們在代謝調(diào)節(jié)和神經(jīng)傳導(dǎo)等方面起著重要作用，故稱為生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、多肽類激素、神經(jīng)肽及多肽類抗生素等。

當(dāng)前29頁，總共103頁。當(dāng)前30頁，總共103頁。當(dāng)前31頁，總共103頁。

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽2.多肽類激素及神經(jīng)肽當(dāng)前32頁，總共103頁。3.多肽類抗生素

一類能抑制或殺死細菌的多肽，如短肽桿菌S、短桿菌肽A、纈氨霉素等。當(dāng)前33頁，總共103頁。

二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

當(dāng)前34頁，總共103頁。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)primarystructuresecondary

structureTertiarystructurequariernarystructure超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域

supersecondarystructureStructuredomain當(dāng)前35頁，總共103頁。維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的化學(xué)鍵---次級鍵（副鍵）1、氫鍵：發(fā)生于負電性很強的原子(O,N)與一個已和氧或氮形成共價結(jié)合的氫原子之間。

2、疏水鍵：由非極性基團受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力。3、離子鍵：由異性電荷間的靜電吸引形成的鍵。4、二硫鍵：5、范德華引力：原子、基團、分子間相互作用力。

當(dāng)前36頁，總共103頁。當(dāng)前37頁，總共103頁。（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)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

。定義

主要的化學(xué)鍵：

氫鍵

當(dāng)前38頁，總共103頁。1、肽單元參與肽鍵的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構(gòu)型，此同一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的肽單元

。當(dāng)前39頁，總共103頁。雖是單鍵卻有雙鍵性質(zhì)；周邊六個原子在同一平面上；前后兩個a-carbon在對角。CNCHaNCOCa0.123nm0.132nm0.153nm0.149nmC-N0.149nmC=N0.127nm當(dāng)前40頁，總共103頁。

肽平面和二面角示意圖當(dāng)前41頁，總共103頁。多肽鏈可以看成由Cα串聯(lián)起來的無數(shù)個肽單位組成，肽單位是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的最小單位。當(dāng)前42頁，總共103頁。2、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

當(dāng)前43頁，總共103頁。

-螺旋當(dāng)前44頁，總共103頁。橫截面觀當(dāng)前45頁，總共103頁。α-螺旋要點：

①右手螺旋，每隔3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm，殘基高度0.15nm；②氫鍵是α螺旋穩(wěn)定的主要次級鍵，相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵。③R側(cè)鏈分布于螺旋的外側(cè)，并影響螺旋的形成和穩(wěn)定。當(dāng)前46頁，總共103頁。影響α-螺旋穩(wěn)定的因素：

⑴極大的側(cè)鏈基團（存在空間位阻）；

⑵連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基（同種電荷的互斥效應(yīng)）；

⑶有Pro等亞氨基酸存在（不能形成氫鍵）。

當(dāng)前47頁，總共103頁。-折疊當(dāng)前48頁，總共103頁。

β-折疊要點：a、肽鍵平面之間折疊成鋸齒狀；b、相鄰肽鏈之間的氫鍵是維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要次級鍵；c、肽鏈平行的走向有順式和反式兩種；d、R側(cè)鏈分布在片層的上下。

當(dāng)前49頁，總共103頁。β－折疊當(dāng)前50頁，總共103頁。

β-折疊的平行式和反平行式當(dāng)前51頁，總共103頁。-折角當(dāng)前52頁，總共103頁。β-折角要點:

主鏈骨架本身以大約180°回折；回折部分通常由四個氨基酸殘基構(gòu)成；構(gòu)象依靠第一個殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。

當(dāng)前53頁，總共103頁。-折角：當(dāng)前54頁，總共103頁。

無規(guī)卷曲

用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)前55頁，總共103頁。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式當(dāng)前56頁，總共103頁。（二）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、氫鍵和鹽鍵等。主要的化學(xué)鍵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。

定義當(dāng)前57頁，總共103頁。

肌紅蛋白（Mb）

N端C端當(dāng)前58頁，總共103頁。當(dāng)前59頁，總共103頁。胰島素分子的三級結(jié)構(gòu)當(dāng)前60頁，總共103頁。溶菌酶分子的三級結(jié)構(gòu)當(dāng)前61頁，總共103頁。

（三）結(jié)構(gòu)域多肽鏈中某些局部的二級結(jié)構(gòu)常常匯集在一起，形成能發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域（domain）。每個結(jié)構(gòu)域具有特定的功能。當(dāng)前62頁，總共103頁。

免疫球蛋白的12個結(jié)構(gòu)域當(dāng)前63頁，總共103頁。

對于較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和三級結(jié)構(gòu)往往是一個意思，即單結(jié)構(gòu)域的。大的蛋白質(zhì)分子可以由2個或更多個結(jié)構(gòu)域組成。

當(dāng)前64頁，總共103頁。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。（三）蛋白質(zhì)的四級結(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)的四級結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或兩條以上多肽鏈，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。當(dāng)前65頁，總共103頁。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)

當(dāng)前66頁，總共103頁。當(dāng)前67頁，總共103頁。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)小結(jié)當(dāng)前68頁，總共103頁。

第三節(jié)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系當(dāng)前69頁，總共103頁。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)；蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能是蛋白質(zhì)分子特定的天然構(gòu)象所表現(xiàn)的性質(zhì)或具有的屬性。當(dāng)前70頁，總共103頁。（一）一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)

一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級結(jié)構(gòu)二硫鍵當(dāng)前71頁，總共103頁。

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)，無活性說明：只要一級結(jié)構(gòu)未破壞，就可能恢復(fù)到原來的三級結(jié)構(gòu)和功能，當(dāng)前72頁，總共103頁。

（二）一級結(jié)構(gòu)改變，功能也隨之改變當(dāng)前73頁，總共103頁。（三）血紅蛋白一級結(jié)構(gòu)變化與疾病例：鐮刀形紅細胞貧血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”。當(dāng)前74頁，總共103頁。當(dāng)前75頁，總共103頁。當(dāng)前76頁，總共103頁。二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系血紅蛋白的功能是運輸O2。由于血紅蛋白亞基之間存在大量鹽鍵，使其構(gòu)象呈緊張態(tài)，對氧的親和力很低，第一個亞基與O2結(jié)合時，鹽鍵的破壞較難，所需要的能量較多。

當(dāng)前77頁，總共103頁。當(dāng)前78頁，總共103頁。當(dāng)血紅蛋白的一個亞基結(jié)合氧之后引起它的構(gòu)象從緊張態(tài)變成松弛態(tài)，其它的鹽鍵也依次破壞，此時破壞鹽鍵所需要的能量也少，構(gòu)象的變化導(dǎo)致血紅蛋白對氧的親和力大大增強，因此第四個亞基結(jié)合氧的能力比第一個大幾百倍。當(dāng)前79頁，總共103頁。（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(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。當(dāng)前80頁，總共103頁。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機理：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、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。當(dāng)前81頁，總共103頁。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白（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-折疊正常瘋牛病當(dāng)前82頁，總共103頁。

正常朊病毒蛋白結(jié)構(gòu)（顯示-螺旋）

朊病毒結(jié)構(gòu)（顯示-片層結(jié)構(gòu)）當(dāng)前83頁，總共103頁。

第四節(jié)

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)當(dāng)前84頁，總共103頁。一、蛋白質(zhì)的兩性解離性質(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，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。

蛋白質(zhì)的等電點（pI）當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時，蛋白質(zhì)分子解離成正、負離子的趨勢相等，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。當(dāng)前85頁，總共103頁。蛋白質(zhì)陽離子蛋白質(zhì)兼性離子蛋白質(zhì)陰離子當(dāng)前86頁，總共103頁。在下列各種pH溶液中使清蛋白（pI=4.7）帶正電荷的是（）A.pH4.0

B.pH5.0

C.pH6.0

D.pH7.0蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)其帶負電荷時，溶液的pH為（）

A．酸B．pH>pI

C．pH=pI

D．pH<pI當(dāng)前87頁，總共103頁。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)

蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素同種電荷水化膜當(dāng)前88頁，總共103頁。+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(zhì)在等電點的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質(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蛋白質(zhì)膠體顆粒的沉淀當(dāng)前89頁，總共103頁。透析當(dāng)前90頁，總共103頁。三、蛋白質(zhì)的變性、復(fù)性與凝固*蛋白質(zhì)的變性：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。當(dāng)前91頁，總共103頁。

造成變性的因素如高溫、高壓、紫外線等；強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

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)。當(dāng)前92頁，總共103頁。

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。

當(dāng)前93頁，總共103頁。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（renaturation）。當(dāng)前94頁，總共103頁。

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)，無活性當(dāng)前95頁，總共103頁。蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，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)的凝固：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酸和強堿中。

當(dāng)前9