第一章-蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能

生物化學(xué)Biochemistry第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一節(jié)蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的基本成分二、蛋白質(zhì)具有多樣性的生物學(xué)功能1、生物催化作用2、代謝調(diào)節(jié)作用3、免疫保護(hù)作用4、轉(zhuǎn)運(yùn)與貯存作用5、運(yùn)動(dòng)與支持作用6、控制生長和分化作用第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成一、蛋白質(zhì)的元素組成C、H、O、N和S，另外還含有磷、碘及鐵、銅錳和鋅等金屬元素。N為特征元素，平均含16％蛋白質(zhì)含量＝生物樣品中N×6.25第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能二、蛋白質(zhì)的基本組成蛋白質(zhì)的基本組成單位為氨基酸(一)氨基酸的結(jié)構(gòu)RCCOOH

NH2

H第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能(二)氨基酸分類1、中性氨基酸2、堿性氨基酸3、酸性氨基酸(三)氨基酸的理化性質(zhì)1、兩性解離及等電點(diǎn)(三)氨基酸的理化性質(zhì)2、紫外吸收性質(zhì)20種氨基酸中，有三種氨基酸具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，凡是具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)都具有紫外吸收的性質(zhì)。氨基酸紫外區(qū)的特征吸收峰在280nm。第一章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第三節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)(prmarystructure)：蛋白質(zhì)分子中氨基酸的組成、排列順序和連接方式。(一)肽鍵和肽鏈肽鍵：一個(gè)α－氨基酸的α－氨基與另一個(gè)α－氨基酸的α－羧基間脫水后所形成的鍵稱肽鍵。肽鏈(peptidebond)：許多氨基酸靠肽鍵連接起來所形成的不帶分枝的鏈狀結(jié)構(gòu)稱肽鏈。谷胱甘肽（GSH）的生理功能：（1）是體內(nèi)重要的抗氧化劑；（2）參與氨基酸的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)；（3）參與機(jī)體的生物轉(zhuǎn)化。

二、蛋白質(zhì)的構(gòu)象蛋白質(zhì)的構(gòu)象(conformation)又稱空間結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、高級(jí)結(jié)構(gòu)或三維結(jié)構(gòu)。是蛋白質(zhì)分子在一級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上肽鏈進(jìn)行折疊的結(jié)果。是蛋白質(zhì)分子中原子和基團(tuán)在三維空間上的排列、分布及肽鏈的走向。是蛋白質(zhì)表現(xiàn)其生物學(xué)功能或活性所必需的。高級(jí)可分為二、三和四級(jí)結(jié)構(gòu)。(一)蛋白質(zhì)的的二級(jí)結(jié)構(gòu)：多肽鏈的主鏈骨架中若干肽單位，各自沿一定的軸盤旋或折疊，并以氫鍵為主要的次級(jí)鍵而形成的有規(guī)則的構(gòu)象。1、肽單位(peptideunit)：兩個(gè)氨基酸脫水后形成肽鍵時(shí)，所形成的結(jié)構(gòu)稱為肽單位。2、二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式(secondarystructure)α－螺旋β－折疊(β片層)β－轉(zhuǎn)角無規(guī)結(jié)構(gòu)肽鏈：許多氨基酸靠肽鍵連接起來所形成的不帶分枝的鏈狀結(jié)構(gòu)稱肽鏈。(1)α－螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：①α－螺旋結(jié)構(gòu)為右手螺旋，每3.6個(gè)氨基酸完成一個(gè)螺旋，螺旋上升0.54nm，每個(gè)氨基酸殘基平均上升的高度為0.15nm，肽鍵平面與螺旋軸平行。②穩(wěn)定α－螺旋結(jié)構(gòu)的力為氫鍵。③肽鏈中氨基酸側(cè)鏈分布在螺旋的外側(cè)。(2)β-折疊(β-片層β-pleatedsheetstructure)β-片層的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：①肽鏈相對(duì)伸展成鋸齒狀，側(cè)鏈基團(tuán)伸在肽鏈的上下兩側(cè)。②兩條以上肽鏈(或同一條多肽鏈的不同部分)平行排列，相鄰肽鍵相互交替形成許多氫鍵。氫鍵是維持β-片層的主要次級(jí)鍵。③肽鏈平行的走向有順式和反式兩種，肽鏈的N端在同側(cè)為順式，N端不在同側(cè)稱反式。(3)β-轉(zhuǎn)角(β-bendorβ-turn)：伸展的肽鏈進(jìn)行1800回折時(shí)所形成的結(jié)構(gòu)，成U字形。該結(jié)構(gòu)由四個(gè)氨基酸殘基所組成，維持此結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵也是氫鍵。(4)無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)部分蛋白質(zhì)中α－螺旋結(jié)構(gòu)所占比例蛋白質(zhì)名稱α－螺旋結(jié)構(gòu)β-片層蛋白質(zhì)名稱α－螺旋結(jié)構(gòu)β-片層

血紅蛋白78

0

羧肽酶38

17細(xì)胞色素C39

0

核糖核酸酶26

35溶菌酶40

12

凝乳蛋白酶14

45(3)超二級(jí)結(jié)構(gòu)(super-secondarystructure)：多肽鏈內(nèi)順序相鄰的二級(jí)結(jié)構(gòu)常常在空間折疊中靠近，彼此相互作用，形成有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)聚集體。屬二級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域之間的層次。(4)結(jié)構(gòu)域(domain)：介于超二級(jí)結(jié)構(gòu)與三級(jí)結(jié)構(gòu)之間的層次，由于多肽鏈上相鄰的超二級(jí)結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)系，進(jìn)一步折疊形成一個(gè)或多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的致密的三維實(shí)體稱結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域是蛋白質(zhì)發(fā)揮功能的基本單位。小的蛋白質(zhì)分子只有一個(gè)結(jié)構(gòu)域，而大分子蛋白質(zhì)有多個(gè)結(jié)構(gòu)域，獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域完成獨(dú)立的功能。(五)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)：多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上所進(jìn)行的折疊和盤旋?；蚨嚯逆溨袀€(gè)元素在空間的相對(duì)位置。N

His12CHis119Lys41細(xì)胞色素c分子的空間結(jié)構(gòu)不變的AA殘基(六)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)(quarternarystructure)：兩條或兩條以上肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，其中每條多肽鏈均具有獨(dú)立的三級(jí)結(jié)構(gòu)，每條多肽鏈稱為一個(gè)亞基。由亞基相互聚合而成的結(jié)構(gòu)稱四級(jí)結(jié)構(gòu)。血紅蛋白四級(jí)結(jié)構(gòu)

各級(jí)結(jié)構(gòu)間的關(guān)系：維持蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的力(鍵)1、氫鍵2、鹽鍵3、二硫鍵4、疏水作用5、范德華氏力蛋白質(zhì)的分類根據(jù)形狀分類根據(jù)組成分類根據(jù)功能分類根據(jù)溶解度分類可溶性蛋白醇溶性蛋白不溶性蛋白第四節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1、一級(jí)結(jié)構(gòu)不同、生物功能各異加壓素：H2N-Cys-Tyr-Phe-Glu-Cys-Pro-Arg-Gly-COOH

催產(chǎn)素：H2N-Cys-Tyr-Ile-Glu-Cys-Pro-Arg-Leu-COOH促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）和β-促黑激素（β-MSH）一級(jí)結(jié)構(gòu)比較2、一級(jí)結(jié)構(gòu)中“關(guān)鍵”部分相同、生物功能相同3、一級(jí)結(jié)構(gòu)的變化與疾病的關(guān)系

-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-B（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…

Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…二、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)前體的活化蛋白質(zhì)變性與復(fù)性蛋白質(zhì)的變構(gòu)與活性調(diào)節(jié)豬胰島素原激活成形成胰島素示意圖

核糖核酸酶變性與復(fù)性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis變性復(fù)性血紅蛋白輸氧功能和構(gòu)象變化O2HbHb-O2O2血紅蛋白和肌紅蛋白的氧合曲線活動(dòng)肌肉毛細(xì)血管中的PO2020406080100肺泡中的PO2MyoglobinHemoglobin三、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化第五節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)一、蛋白質(zhì)分子的大小、形狀及分子量的測(cè)定凝膠過濾法SDS聚丙烯酰胺凝膠電泳法超速離心法質(zhì)譜法蛋白質(zhì)分子量一般在1×104～1×106Da范圍或更大。logM=a-b

Ve

VM=

SRTD(1-υρ)M：分子量，υ：蛋白質(zhì)偏微比容，ρ：溶劑密度，D：擴(kuò)散系數(shù)，S：沉降系數(shù)，R：氣體常數(shù)，T：絕對(duì)溫度。二、蛋白質(zhì)的變性：在某些物理和化學(xué)的因素作用下，使蛋白質(zhì)分子的空間構(gòu)象發(fā)生改變或破壞，導(dǎo)致其理化性質(zhì)的改變及生物活性的喪失的現(xiàn)象稱蛋白質(zhì)的變性。1、變性的本質(zhì)(1)蛋白質(zhì)變性后分子從規(guī)則的緊密結(jié)構(gòu)變?yōu)闊o規(guī)則的松散狀態(tài)(2)變性只涉及次級(jí)鍵的斷裂核糖核酸酶變性與復(fù)性作用NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis變性復(fù)性2、變性作用的特征(1)生物活性喪失(2)某些理化性質(zhì)的改變a變性后失去結(jié)晶能力b變性后溶解度降低c變性后蛋白質(zhì)的粘度增加、擴(kuò)散系數(shù)降低d變性后蛋白質(zhì)中肽鏈相對(duì)伸展，肽鍵暴露易于消化3、變性作用的因素和程度4、變性作用的意義物理因素化學(xué)因素生物因素變性程度因素5、蛋白質(zhì)變性后的復(fù)性三、蛋白質(zhì)的兩性電離與等電點(diǎn)pH=pI

凈電荷=0

pH<

pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負(fù)PrCOOHNH3++H++

OH-+H++

OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+

當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液在某一定pH值時(shí)，使某特定蛋白質(zhì)分子上所帶正負(fù)電荷相等，成為兩性離子，在電場(chǎng)中既不向陽極也不向陰極移動(dòng)，此時(shí)溶液的pH值即為該蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（isoelectricpoint，pI）。四、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)--------++++++++++++++++--------蛋白質(zhì)膠體顆粒的沉淀

帶正電