生物化學(xué)課件第01章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能(12仁濟(jì)護(hù)本)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第1章StructureandFunctionofProtein什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由氨基酸構(gòu)成的具有特定空間結(jié)構(gòu)的、并具有一定生物功能的大分子有機(jī)化合物。蛋白質(zhì)存在于所有的生物細(xì)胞中，是構(gòu)成生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：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)。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％。1.蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞2.蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3.氧化供能總特點(diǎn)：普遍存在、含量高、種類繁多、功能多樣蛋白質(zhì)的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)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(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘。一、蛋白質(zhì)的元素組成

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)二、蛋白質(zhì)的基本組成單位——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-α-氨基酸（甘氨酸除外）。（一）氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸（二）氨基酸的分類1.非極性脂肪族氨基酸2.極性中性氨基酸3.酸性氨基酸4.堿性氨基酸少數(shù)的蛋白質(zhì)還存在一些上述20種基本氨基酸外的氨基酸:如羥脯氨酸、羥賴氨酸、胱氨酸、四碘甲腺原氨酸（甲狀腺素）非蛋白質(zhì)氨基酸：如β-丙氨酸、D-苯丙氨酸、同型半胱氨酸、瓜氨酸、鳥氨酸等幾種特殊氨基酸pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI兼性離子

兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。CHNH2COOHRCHNH2COOHR陽離子CHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+陰離子CHNH2COO-RCHNH2COO-R（三）氨基酸的理化性質(zhì)1.氨基酸的兩性解離的性質(zhì)2.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3.氨基酸與茚三酮反應(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。三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式肽鍵(peptidebond)是由一個(gè)氨基酸的

-羧基與另一個(gè)氨基酸的

-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）肽鍵和多肽鏈+H2O肽鍵肽鍵的形成甘氨酸甘氨酸甘氨酰甘氨酸…肽鏈的兩個(gè)末端氨基酸殘基肽鍵氨基末端羧基末端肽(peptide)肽鍵(peptidebond)寡肽(oligopeptide)多肽(polypeptide)多肽鏈(polypeptidechanin）氨基酸殘基(residue)肽鏈兩端一組概念：人體內(nèi)具有特殊生物活性的肽類，如：谷胱甘肽（glutathione，GSH）谷胱甘肽的結(jié)構(gòu)谷胱甘肽參加的反應(yīng)及功能（二）生物活性肽寡肽、多肽類激素神經(jīng)肽中有一些是多肽促甲狀腺素釋放激素、催產(chǎn)素、加壓素等在神經(jīng)傳導(dǎo)過程中起信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括:

高級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)例：什么是？多肽鏈中從N→C端氨基酸的排列順序。主要的化學(xué)鍵—肽鍵有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)的闡明具有重要意義：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)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。

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，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。(關(guān)鍵詞:主鏈、肽段、局部)什么是？二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵—?dú)滏I二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本單位—肽單元二、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)—肽單元(peptideunit)

的說明：C

1和C

2為反式(trans)構(gòu)型,O和H也是反式構(gòu)型。肽鍵鍵長0.132nm＜0.149nm0.127nm＜Cα與羰基Co和N相連的單鍵能自由旋轉(zhuǎn)，角度為ψ

、

,該旋轉(zhuǎn)角度決定了相鄰2肽單元的相對空間位置。部分雙鍵性質(zhì),不能自由旋轉(zhuǎn)。C

1、C、O、N、H、C

26個(gè)原子在同一平面,稱為肽鍵平面。（一）肽鍵平面

相鄰2肽單元（肽鍵平面）的相對空間位置Cα1OHNCoψ酰胺平面-1酰胺平面-2OHNCoCα3Cα2RH

-螺旋(

-helix)

-折疊(

-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(

-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

（二）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)象蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)①外觀：右手螺旋（順）。

-螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：1.

-螺旋(

-helix)②螺距：3.6個(gè)氨基酸、0.54nm。③維持因素：氫鍵。④R基團(tuán)的位置：螺旋外側(cè)，R基團(tuán)影響

-螺旋的形成。①肽段折紙狀、鋸齒狀，相對伸展。

-折疊結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：2.

-折疊(

-pleatedsheet)②幾個(gè)肽段順向平行、反向平行0.70nm。③維持因素：氫鍵。④R基團(tuán)的位置：鋸齒的上下方。4個(gè)氨基酸殘基第二個(gè)常為脯氨酸

180

回折氫鍵維持

-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：4.無規(guī)卷曲：3.-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲無規(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)。（三）模體在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有3種：αα，βαβ，ββ。超二級(jí)結(jié)構(gòu)二個(gè)或三個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)空間上靠近特殊的構(gòu)象特殊的功能

模體(motif)定義舉例模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。疏水鍵、離子鍵、氫鍵、VanderWaals力等。

整條肽鏈全部氨基酸所有原子什么是？主要的化學(xué)鍵：三維空間的位置排布三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置30k40k

20k75k60k35k30kH2N-COOHAH2N-COOHB肝素纖維蛋白肌動(dòng)蛋白細(xì)胞膠原蛋白纖維蛋白肝素纖維蛋白纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域

舉例結(jié)構(gòu)域：三級(jí)結(jié)構(gòu)中、分割成折疊較為緊密的區(qū)域，各行使其功能。（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)四級(jí)結(jié)構(gòu)—亞基(subunit)—維持因素—各亞基的空間排布亞基間相互作用關(guān)系四級(jí)結(jié)構(gòu)中每條具有完整三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈離子鍵、氫鍵不包括共價(jià)鍵四、蛋白質(zhì)的四級(jí)