蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

20?20學年度第學期教師課時授課教案學科系：醫(yī)學院 授課教師：專業(yè)：臨床 科目：生物化學教研室主任簽字：年月日教研室主任簽字：年月日學科系系辦主任簽字：年月日課題蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)課型理論授課時間授課班級主要教學內(nèi)容1?蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)2?蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)3?蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系教學目標1?掌握蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)2?熟悉蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)與功能的關系3?學會蛋白質(zhì)相關知識及臨床實際應用4?具有理論聯(lián)系實際的工作作風、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和職業(yè)素質(zhì)教學重點1?蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)2?蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)3?蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系教學難點蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系課外作業(yè)簡述維系蛋白質(zhì)分子各級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用力備注第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)功能主要由其結(jié)構(gòu)所決定，一般分為基本結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)又被稱為一級結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)包括二、三、四級結(jié)構(gòu)。一、蛋白質(zhì)分子的基本結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)即一級結(jié)構(gòu)，是指蛋白質(zhì)分子中從N-端至C-端的氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中主要的化學鍵是肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。牛胰島素是世界上第一個被確定一級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（圖25）牛胰島素分子含A、B兩條多肽鏈，A鏈由21個氨基酸組成，B鏈由30個氨基酸組成，兩條多肽鏈通過兩對二硫鍵連接。冏吧彎一鹽一/普堺芒嘗幣書-計書幣盤尸許礦繪天護沁! ZS啊節(jié)丙書天評彎一鹽弋t錦譽舒遷卷肚-歸弋節(jié)畫寺酋當暫■蜜?酪蘇-脯-轅-穴-gOII2fin2E293<l團環(huán)5牛贖舟秦的一寵結(jié)構(gòu)圖2-5牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和生物學功能的基礎。蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的闡明，對揭示某些疾病的發(fā)病機制和指導治療有十分重要的意義。二、蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子在一級結(jié)構(gòu)的基礎上，多肽鏈在空間進行折疊和盤曲，形成特有的空間結(jié)構(gòu)。（一）蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)是指蛋白質(zhì)分子中某一段多肽主鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，也就是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。蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)以肽單元為結(jié)構(gòu)基礎，可形成的主要形式包括a-螺旋、B-折疊、B-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲。a-螺旋a-螺旋結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子中較為常見的二級結(jié)構(gòu)，是指多肽鏈以a-碳原子為轉(zhuǎn)折點，以肽單元為單位，按順時針方向圍繞中心軸盤曲而成的右手螺旋(圖2-6)，肽單元平面與螺旋中心軸平行;每3.6個氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距為0.54mm；每個肽鍵的亞氨基氫(N-H)與相鄰第四個肽鍵的羰基氧(C=0)形成氫鍵，氫鍵的方向與螺旋長軸基本平行。肽鏈中所有肽鍵的亞氨基氫和羰基氧都可形成氫鍵，是維持a-螺旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要作用力。B-折疊B-折疊也稱為B-片層，多肽鏈充分伸展，每個肽單元以C為旋轉(zhuǎn)點，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，氨基酸殘基的側(cè)鏈基團交替位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方(圖2-7)。B-折疊可由條多肽鏈折返而成，也可由兩條及以上多肽鏈順向或反向平行排列而成。相鄰肽鏈中肽鍵的亞氨基氫與羰基氧形成鏈間氫鍵，從而穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

B-轉(zhuǎn)角蛋白質(zhì)分子中，肽鏈出現(xiàn)180°回折的部分形成B-轉(zhuǎn)角，通常由四個氨基酸殘基構(gòu)成，依靠第一個氨基酸殘基的羰基氧與第四個氨基酸殘基的亞氨基氫之間形成氫鍵來維系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定圖2-8）。無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲是指多肽主鏈沒有確定規(guī)律性的部分構(gòu)象。無規(guī)卷曲同樣具有重要的生物學功能，酶的功能部位常包含此構(gòu)象。（二）蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。對于只有一條多肽鏈的蛋白質(zhì)，三級結(jié)構(gòu)是它的最高級空間結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)只有具有完整的三級結(jié)構(gòu)，才具有全部的生物學功能。維持蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用力主要依靠次級鍵，如疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力以及二硫鍵等（圖2-9），其中疏水鍵是維系蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定最主要的作用力。通過三級結(jié)構(gòu)的形成，在一級結(jié)構(gòu)上相距較遠的氨基酸殘基隨著多肽鏈的盤曲與折疊，彼此聚集在一起，形成一些在功能上相對獨立，結(jié)構(gòu)較為緊湊的區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域（domain）結(jié)構(gòu)域常呈“口袋”“縫隙”等形狀，執(zhí)行特定的生物學功能，例如酶的活性中心、受體分子結(jié)合配體的部位等。（三）蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)人體內(nèi)許多蛋白質(zhì)由兩條或兩條以上的多肽鏈組成，每一條具有獨立三級結(jié)構(gòu)的多鏈稱為亞基（subunit）。亞基與亞基之間呈特定的空間排布，并以非共價鍵相連接，蛋白質(zhì)分子中各個亞基的空間排布及相互作用稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。亞基之間以非共價鍵相連如疏水鍵、氫鍵、離子鍵等。單獨的亞基沒有生物學功能，只有各亞基聚合成完整的四級結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)才有生物學功能。血紅蛋白（Hb）是由兩條a亞基和兩條B亞基構(gòu)成的四聚體，血紅蛋白的四個亞基通過離子鍵相連構(gòu)成四聚體才具有運輸02與CO2的功能。三、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關系體內(nèi)種類眾多的蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)各不相同，每一種蛋白質(zhì)執(zhí)行各自特異的生物學功能，可見蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能之間存在密切關系。（一）蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關系蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎，也是蛋白質(zhì)發(fā)揮功能的基礎級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)，其空間結(jié)構(gòu)及功能也相似。一級結(jié)構(gòu)中大多數(shù)氨基酸及其順序是維持空間構(gòu)象和功能所必需的，這些氨基酸殘基直接參與構(gòu)成蛋白質(zhì)的活性區(qū)，或者處于蛋白質(zhì)構(gòu)象的關鍵部位。還有一部分氨基酸與蛋白質(zhì)構(gòu)象、功能關系不大。例如，不同動物的胰島素分子都由A、B兩條鏈組成，且二硫鍵的配對位置和空間構(gòu)象也極相似，所以它們都發(fā)揮調(diào)節(jié)血等生理功能。這些胰島素分子只有個別氨基酸的差異（表2-2），且都處于活性部位以外，對維持活性并不重在蛋白質(zhì)分子中，參與功能活性部位構(gòu)成的氨基酸殘基，或處于特定構(gòu)象關鍵部位的氨基酸殘基，即使僅發(fā)生一個氨基酸殘基的異常該蛋白質(zhì)的功能也會受到明顯影響。如鐮形紅細胞貧血的發(fā)生，是由于血紅蛋白B亞基的第六位谷氨酸被纈氨酸取代，血紅蛋白就聚積成絲，相互黏著，導致紅細胞變成鐮刀狀而極易破碎，導致貧血。這種由蛋白質(zhì)分子變異所導致的疾病稱為分子病。（二）蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關系蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)的功能密切相關，構(gòu)成毛發(fā)的角蛋白因其結(jié)構(gòu)中存在大量的a-螺旋而堅切且富有彈性，蠶絲的絲心蛋白因存在大量的B-折疊而柔軟、伸展。1.肌紅蛋白和血紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的關系 肌紅蛋白（Mb）與血紅蛋白（Hb）都是含有血紅素輔基的蛋白質(zhì)（圖2-10）,所以肌紅蛋白與血紅蛋白都能與02可逆性的結(jié)合。這表明空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)功能的基礎，相似的空間結(jié)構(gòu)有著相似的功能。由于肌紅蛋白與血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)上有所不同，因此，二者與02結(jié)合的特性是有差異的。肌紅蛋白是一個只有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，整條多肽鏈折疊成緊密球狀分子。血紅蛋白是由兩條a亞基和兩條B亞基組成的四聚體。肌紅蛋白易與02結(jié)合，血紅蛋白在02分壓很低時，較難與02結(jié)合。一旦血紅蛋白分子中的一個亞基與02結(jié)合，就會引起該亞