生化蛋白质学习.pptx

1:17 上午1第1页/共216页1:17 上午2第2页/共216页1:17 上午3第3页/共216页1:17 上午4 18331833年年 PayenPayen和和PersozPersoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。18641864年年 Hoppe-SeylerHoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，从血液分离出血红蛋白，并将其制成结晶。并将其制成结晶。1919世纪末世纪末 FischerFischer证明蛋白质是由氨基酸组成证明蛋白质是由氨基酸组成的，并将氨基酸合成了多种短肽的，并将氨基酸合成了多种短肽。19381938年年 德国化学家德国化学家Gerardus J.MulderGerardus J.Mulder引用引用“ProteinProtein”一词来描述蛋白质。一词来描述蛋白质。大事记：大事记：第4页/共216页1:17 上午519511951年年 PaulingPauling采用采用X X（射）线晶体衍射发现了蛋（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构白质的二级结构-螺旋螺旋(-helix)(-helix)。19531953年年 Frederick SangerFrederick Sanger完成胰岛素一级序列测完成胰岛素一级序列测定。定。19621962年年 John Kendrew John Kendrew 和和 Max PerutzMax Perutz确定了血红确定了血红蛋白的四级结构。蛋白的四级结构。19651965年年 我国完成结晶牛胰岛素的人工合成。我国完成结晶牛胰岛素的人工合成。2020世纪世纪9090年代以后年代以后 蛋白质组学蛋白质组学第5页/共216页1:17 上午6 生命的起源必然是通过化学生命的起源必然是通过化学途经实现的，只要把蛋白质的化途经实现的，只要把蛋白质的化学成份弄清楚以后，化学就能着学成份弄清楚以后，化学就能着手制造出活的蛋白质来，如果化手制造出活的蛋白质来，如果化学有一天能用人工的方法制造蛋学有一天能用人工的方法制造蛋白质，那么这样的蛋白质就一定白质，那么这样的蛋白质就一定会显示出生命现象。会显示出生命现象。反杜林论反杜林论 恩格斯恩格斯 第6页/共216页1:17 上午7什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋白白质质(protein)(protein)是是由由许许多多氨氨基基酸酸(amino(amino acids)acids)通通 过过 肽肽 键键(peptide(peptide bond)bond)相连形成的高分子含相连形成的高分子含氮氮化合物。化合物。第7页/共216页1:17 上午8 组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素 有有些些蛋蛋白白质质还还含含有有少少量量的的P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、SeSe、I I等等。C 50 55%H 6 7%O 19 24%N 13 19%S 0 4%主主要要元元素素组组成成第8页/共216页1:17 上午9 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为1616。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点凯氏定氮法：凯氏定氮法：凯氏定氮法：凯氏定氮法：第9页/共216页1:17 上午102.12.1蛋白质的分类蛋白质的分类2.1.1 2.1.1 根据蛋白质形状根据蛋白质形状 纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质膜蛋白质膜蛋白质第10页/共216页1:17 上午11第11页/共216页1:17 上午12第12页/共216页1:17 上午13第13页/共216页1:17 上午14第14页/共216页1:17 上午15第15页/共216页1:17 上午16第16页/共216页1:17 上午17第17页/共216页1:17 上午182.1.2 根据蛋白质组成成分 简单蛋白质简单蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分第18页/共216页1:17 上午191.简单蛋白：又称为单纯蛋白质；这类蛋白质只含由-氨基 酸组成的肽链，不含其它成分。（1）清蛋白和球蛋白：广泛存在于动物组织中，易溶于水，球蛋白微溶于水，易溶于稀酸中。（2）谷蛋白和醇溶谷蛋白：植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸、稀碱中，后者可溶于7080乙醇中。（3）精蛋白和组蛋白：碱性蛋白质，存在与细胞核中。（4）硬蛋白：存在于各种软骨、腱、毛、发、丝等组织中，分为角蛋白、胶原蛋白、弹性蛋白和丝蛋白。第19页/共216页1:17 上午202.结合蛋白：由简单蛋白与其它非蛋白成分结合而成（1）色蛋白：由简单蛋白与色素物质结合而成。如血红蛋白、叶绿蛋白和细胞 色素等。（2）糖蛋白：由简单蛋白与糖类物质组成。如细胞膜中的糖蛋白等。（3）脂蛋白：由简单蛋白与脂类结合而成。如血清-、-脂蛋白等。（4）核蛋白：由简单蛋白与核酸结合而成。如细胞核中的核糖核蛋白等。（5）磷蛋白：由简单蛋白质和磷酸组成。如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、弹性蛋白、丝心蛋白等。第20页/共216页1:17 上午212.1.3 2.1.3 根据功能分类根据功能分类1.1.酶酶 如蛋白酶如蛋白酶2.2.调节蛋白调节蛋白 如激素如激素3.3.贮存蛋白质贮存蛋白质 如卵清蛋白如卵清蛋白4.4.转运蛋白转运蛋白 如血红蛋白如血红蛋白5.5.运动蛋白运动蛋白 如肌球蛋白、肌动蛋白如肌球蛋白、肌动蛋白6.6.防御蛋白和毒蛋白防御蛋白和毒蛋白 第21页/共216页1:17 上午227.受体蛋白8.支架蛋白9.结构蛋白10异常蛋白第22页/共216页1:17 上午231 1）酶的生物催化作用）酶的生物催化作用蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能第23页/共216页1:17 上午242 2）调控作用）调控作用参与基因调控：组蛋白、非组蛋白等参与基因调控：组蛋白、非组蛋白等参与代谢调控：如激素或生长因子等参与代谢调控：如激素或生长因子等第24页/共216页1:17 上午253 3）运动与支持）运动与支持机体的结构蛋白：机体的结构蛋白：头发、骨骼、牙齿、肌肉等头发、骨骼、牙齿、肌肉等第25页/共216页1:17 上午264 4）参与运输贮存的作用）参与运输贮存的作用血红蛋白血红蛋白 运输氧运输氧铜蓝蛋白铜蓝蛋白 运输铜运输铜铁蛋白铁蛋白 贮存铁贮存铁第26页/共216页1:17 上午275 5）免疫保护作用）免疫保护作用抗原抗体反应抗原抗体反应凝血机制凝血机制第27页/共216页1:17 上午286 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递信号传导中的受体、信息分子等信号传导中的受体、信息分子等7 7）氧化供能氧化供能第28页/共216页1:17 上午292.2 2.2 蛋白质的组成单位蛋白质的组成单位氨基酸氨基酸第29页/共216页1:17 上午30氨基酸氨基酸 组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的基基本本氨氨基基酸酸仅仅有有2020种种即含有氨基又有羧基的化合物即含有氨基又有羧基的化合物第30页/共216页1:17 上午31分子中同时含有羧基和氨基，且与羧基相邻的-碳原子上都有一个氨基，因而称为-氨基酸。除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的-碳原子都为不对称碳原子,A.氨基酸都具有旋光性；B.每一种氨基酸都具有D-型和L-型两种立体异构体。目前已知的天然蛋白质中氨基酸都为L-型。第31页/共216页1:17 上午322.2.1 L-2.2.1 L-氨基酸的通式氨基酸的通式RR第32页/共216页1:17 上午33既有氨基，又有羧基的小分子有机物称为氨基酸。氨基酸就是氨基连接在羧酸的碳原子上。第33页/共216页1:17 上午34 基基本本氨氨基基酸酸中中，除除脯脯氨氨酸酸和和甘甘氨氨酸酸外外其其余余均属于均属于L-L-氨基酸氨基酸。例外：Pro Pro 亚氨基酸Gly Gly 没有手性第34页/共216页1:17 上午35以甘油醛为参照，AA分为D型和L型有旋光性手性碳原子第35页/共216页1:17 上午36第36页/共216页1:17 上午37第37页/共216页1:17 上午38第38页/共216页1:17 上午39第39页/共216页1:17 上午40第40页/共216页1:17 上午412.2.2 2.2.2 氨基酸的分类氨基酸的分类分类依据分类依据 ：R R侧链基团的结构及理侧链基团的结构及理 化性质的不同化性质的不同第41页/共216页1:17 上午42按侧链的极性：极性AA、非极性AA按侧链的结构：脂肪族AA、芳香族AA 杂环AA、杂环亚AA按侧链的酸碱性：酸性AA、碱性AA中性AA第42页/共216页1:17 上午43按侧链的极性、酸碱性非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸极性带电荷氨基酸极性带电荷氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸中性氨基酸第43页/共216页1:17 上午44非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸第44页/共216页1:17 上午45甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00缬氨酸缬氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine Leu L 5.98 异亮氨酸异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.301.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸第45页/共216页1:17 上午46第46页/共216页1:17 上午47色氨酸色氨酸 tryptophan Try W 5.89丝氨酸丝氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Try Y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 苏氨酸苏氨酸 threonine Thr T 5.602.极性中性氨基酸极性中性氨基酸第47页/共216页1:17 上午48侧链基团在中性溶液中解离后带负电荷。3.酸性氨基酸酸性氨基酸 Glu，Asp天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22第48页/共216页1:17 上午494.碱性氨基酸碱性氨基酸 His，Arg，Lys侧链基团在中性溶液中解离后带正电荷。组氨酸组氨酸 His（H）7.59赖氨酸赖氨酸Lys（K）9.74精氨酸精氨酸 Arg（R）10.76第49页/共216页1:17 上午50另外：1 1、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修、蛋白质中的很多氨基酸是经过加工修 饰的饰的修饰氨基酸修饰氨基酸 如：如：脯氨酸脯氨酸 羟基化羟基化 成成 羟脯氨酸羟脯氨酸 赖氨酸赖氨酸 羟基化羟基化 成成 羟赖氨酸羟赖氨酸2 2、半胱氨酸半胱氨酸CysCys常以常以胱氨酸胱氨酸的形式存在的形式存在第50页/共216页1:17 上午51 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH第51页/共216页1:17 上午52第52页/共216页1:17 上午53第53页/共216页1:17 上午54第54页/共216页1:17 上午55人体所需的八种必需氨基酸 赖氨酸(Lys)缬氨酸(Val)蛋氨酸(Met)色氨酸(Trp)亮氨酸(Leu)异亮氨酸(Ile)苏氨酸(Thr)苯丙氨酸(Phe)婴儿时期所需:精氨酸(Arg)、组氨酸(His)早产儿所需：色氨酸(Trp)、半胱氨酸(Cys)第55页/共216页1:17 上午56必需氨基酸必需氨基酸 生命活动所必需的，但人体自身不能合成，必须从食物中生命活动所必需的，但人体自身不能合成，必须从食物中摄取的氨基酸。摄取的氨基酸。半半必需氨基酸必需氨基酸 在人体内合成速度很低，特别是新生儿或患病期，但又需在人体内合成速度很低，特别是新生儿或患病期，但又需要给予补充的氨基酸。要给予补充的氨基酸。非非必需氨基酸必需氨基酸 人体自身能够合成的氨基酸。人体自身能够合成的氨基酸。第56页/共216页1:17 上午572.2.3 2.2.3 氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质.两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。于所处溶液的酸碱度。+OH-+H+OH-+H+pHpI阴离子阴离子第57页/共216页1:17 上午58等电点等电点(isoelectric point,pI)(isoelectric point,pI)在在某某一一pHpH的的溶溶液液中中，氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等，成成为为兼兼性性离离子子，呈呈电电中中性性。此此时时溶溶液液的的pHpH值值称称为为该氨基酸的该氨基酸的等电点等电点。第58页/共216页1:17 上午59氨基酸等电点的特点：净电荷数等于零，在电场中不移动；此时氨基酸的溶解度最小。第59页/共216页1:17 上午60氨基酸等电点的确定：u 酸碱滴定 根据pK值计算：等电点等于两性离子两侧pK值的算术平均数。pI=pK1+pK22或（或（pI=）pK2+pK32第60页/共216页1:17 上午61第61页/共216页1:17 上午62方方方方第62页/共216页1:17 上午63第63页/共216页1:17 上午64Gly+Gly Gly-OH+OH+H+H+pI=(pK1+pK2)/2=(2.34+9.6)/2=5.97 第64页/共216页1:17 上午65第65页/共216页1:17 上午66Asp+Asp Asp-Asp=H+H+H+OH+OH+OH+K1K2K3两性离子两性离子zwitterionpI=(pK1+pK2)/2=(1.88+3.65)/2=2.77 第66页/共216页1:17 上午67H+H+H+OH+OH+OH+K1K2K3两性离子两性离子pI=(pK2+pK3)/2=(8.95+10.53)/2=9.74 Lys+Lys+Lys Lys-第67页/共216页1:17 上午68中性氨基酸：中性氨基酸：pIpH6.0（5.06.3）碱性氨基酸（二氨基一羧基）：碱性氨基酸（二氨基一羧基）：pIpH7.5（7.610.9）酸性氨基酸（一氨基二羧基）：酸性氨基酸（一氨基二羧基）：pI pH3.0（2.83.2）第68页/共216页1:17 上午69计算一定pH氨基酸溶液中各离子比例pH=pKa+lg质子受体质子受体质子供体质子供体第69页/共216页1:17 上午70紫外吸收紫外吸收 色氨酸色氨酸和和酪酪氨酸氨酸的最大吸收的最大吸收峰在峰在 280 nm280 nm 附附近。近。第70页/共216页1:17 上午71紫外分分光度法：紫外分分光度法：大多数蛋白质含有大多数蛋白质含有这两种氨基酸残基，所这两种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液以测定蛋白质溶液280nm280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收第71页/共216页1:17 上午72氨基酸的化学性质氨基酸的化学性质 茚茚三三酮酮反反应应：氨氨基基酸酸可可与与茚茚三三酮酮缩缩合合产生产生蓝紫色化合物蓝紫色化合物，最大吸收峰在，最大吸收峰在570nm570nm。该该反反应应可可作作为为蛋蛋白白质质定定性性、定定量量分分析析的基础。的基础。-氨基、-羧基共同参与的反应。第72页/共216页1:17 上午73第73页/共216页1:17 上午74与甲醛的反应RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+H+RCHCOO-NHCH2OHHCHOHCHORCHCOO-N(CH2OH)2OH-中和滴定中和滴定第74页/共216页1:17 上午75与2,4-二硝基氟苯(DNFB)的反应NO2FO2N+HNCHCOOHR弱碱性弱碱性NO2O2NHNCHCOOHR+HF第75页/共216页1:17 上午76H2NCHCOOH RNCH3CH3O=S=0Cl5-二甲氨基萘磺酰氯二甲氨基萘磺酰氯（DNS-Cl）pH9.7 40NCH3CH3O=S=0HNCHCOOH RDNS-氨基酸氨基酸取代DNFB测定蛋白质N端氨基酸，灵敏度高第76页/共216页1:17 上午77与异硫氰酸苯酯（PITC）的反应N=C=S +NCHCOOHHHRPITCpH8.3NCNCHCOOHHHRSPTC-氨基酸氨基酸NCHRSNCCOPTH-氨基酸无水HF重复测定多肽链重复测定多肽链N端氨基酸排列端氨基酸排列顺序，设计出顺序，设计出“多肽顺序自动分多肽顺序自动分析仪析仪”第77页/共216页1:17 上午78与亚硝酸反应 在标准条件下测定生成的氮气体积，即可计算出氨基酸的量，在标准条件下测定生成的氮气体积，即可计算出氨基酸的量，也可用于蛋白质水解程度的测定也可用于蛋白质水解程度的测定注意：生成的氮气注意：生成的氮气(N2)只有一半来自氨基酸只有一半来自氨基酸 第78页/共216页1:17 上午79与荧光胺反应：根据荧光强度测定氨基酸含量（ng级）。激发波长x=390nm，发射波长m=475nm。第79页/共216页1:17 上午80与5,5-双硫基-双（2-硝基苯甲酸）反应：第80页/共216页1:17 上午81H2NCHCH2SSHNO2HOOCSNO2COOHCOOH+SSNO2NO2HOOCCOOHH2NCHCOOH +CH2SHpH8.0硫代硝基苯甲酸硫代硝基苯甲酸测定测定Cys-SH含量含量（pH8.0412nm的摩尔消光系数的摩尔消光系数=13600 L.mol-1.cm-1）第81页/共216页1:17 上午822.3、肽、肽2.3.1 2.3.1 肽肽(peptide)(peptide)的结构的结构 肽肽是由氨基酸通过是由氨基酸通过肽键肽键缩合而缩合而形成的化合物。形成的化合物。第82页/共216页1:17 上午83+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第83页/共216页1:17 上午84肽肽键键(peptide(peptide bond)bond)：是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基基酸酸的的-氨氨基基脱脱水水缩缩合合而而形成的化学键，本质为形成的化学键，本质为酰胺键酰胺键。氨氨基基酸酸残残基基(residue)(residue):肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因因为为脱脱水水缩缩合合而而基基团团不不全全，被被称称为为氨氨基基酸残基。酸残基。第84页/共216页1:17 上午85第85页/共216页1:17 上午86第86页/共216页1:17 上午87第87页/共216页1:17 上午88*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡寡肽肽(oligopeptide)(oligopeptide)，由更多的氨基酸相由更多的氨基酸相连形成的肽称连形成的肽称多肽多肽(polypeptide)(polypeptide)。*多多肽肽链链(polypeptide(polypeptide chain)chain)是是指指许许多多氨氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。基酸之间以肽键连接而成的一种结构。第88页/共216页1:17 上午89第89页/共216页1:17 上午90N N 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C C 末端：多肽链中有末端：多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有方向性：多肽链有方向性：Ala-Tyr-Asp-Gly Ala-Tyr-Asp-GlyN N C CN端C端第90页/共216页1:17 上午91N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第91页/共216页1:17 上午92第92页/共216页1:17 上午932.3.2 2.3.2 几种生物活性肽几种生物活性肽 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)第93页/共216页1:17 上午94GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+GSH 有抗氧化剂的作用，可还原细胞内产有抗氧化剂的作用，可还原细胞内产生的过氧化氢生的过氧化氢第94页/共216页1:17 上午95谷胱甘肽的生理功用：谷胱甘肽的生理功用：解毒作用：解毒作用：参与氧化还原反应：参与氧化还原反应：保护巯基酶的活性：保护巯基酶的活性：抗氧化剂作用，维持红细胞膜的稳定：抗氧化剂作用，维持红细胞膜的稳定：第95页/共216页1:17 上午96 体内许多激素属寡肽或多肽体内许多激素属寡肽或多肽 神经肽神经肽(neuropeptide)2.2.多肽类激素及神经肽多肽类激素及神经肽第96页/共216页1:17 上午97促进子宫、乳腺平滑促进子宫、乳腺平滑肌收缩，加速遗忘。肌收缩，加速遗忘。收缩血管收缩血管减少排尿减少排尿巩固记忆巩固记忆Tyr CysProArgGlyCNH2=OSPhe AsnCys SGln加压素（升血压）加压素（升血压）Tyr CysProLeuGlyCNH2=OSIle AsnCys SGln催产素催产素H2NH2N第97页/共216页1:17 上午98w脑啡肽(enkephalin,ENK)与-内啡肽、强啡肽等合称内源性阿片肽.内源性阿片肽是体内具有阿片样活性的一类物质,分布广泛,通过作用于不同部位的各种类型的阿片受体,发挥复杂多样的生理作用.第98页/共216页1:17 上午99脑啡肽：一种能产生吗啡样作用的天然化学物质。它是发现最早(1975年)的内啡肽,属于五肽。休斯(Hughes,G.)从动物脑内分离出两种类似的五肽:一种为甲硫氨酸脑啡肽(MEnkephalin);另一种为亮氨酸脑啡肽(LEnkephalin)。发现它们局限于脑内的神经末梢,含脑啡肽的神经元都是小的中间神经元。其作用和吗啡 一样能与阿片受体呈立体专一性结合 第99页/共216页1:17 上午100第100页/共216页1:17 上午101第101页/共216页1:17 上午1022.4 2.4 蛋白质的结构蛋白质的结构The Molecular Structure of Protein 第102页/共216页1:17 上午103蛋白质是由许多蛋白质是由许多氨基酸氨基酸单位通过单位通过肽键肽键连接连接起来的，具有起来的，具有特定分子结构特定分子结构的的高分子化合高分子化合物物。构象构象是由于有机分子中是由于有机分子中单键单键的旋转所形成的旋转所形成的。蛋白质的构象通常由的。蛋白质的构象通常由非共价键（次级非共价键（次级键）键）来维系来维系第103页/共216页1:17 上午104蛋白质的分子结构包括（人为划分）蛋白质的分子结构包括（人为划分）一级结构一级结构(primary structure)(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)(quaternary structure)高级高级结构结构第104页/共216页1:17 上午105定义：定义：蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。顺序。(包括蛋白质分子中所有的二硫键的位置）包括蛋白质分子中所有的二硫键的位置）2.4.12.4.1、蛋白质的一级结构、蛋白质的一级结构主要的维系键：主要的维系键：肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。，有些蛋白质还包括二硫键。一级结构是一级结构是蛋白质空间构象和蛋白质空间构象和特异生物学功能的特异生物学功能的基础。基础。但不是决定但不是决定蛋白质空间构象的蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素第105页/共216页1:17 上午106CN键不能自由旋转酰胺平面包括6个原子第106页/共216页1:17 上午107Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Ala-Ser-Val-Cys-Ser-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn 1 5 6 10 11 15 21Phe-Val-Asn-Gln-His-Leu-Cys-Gly-Ser-His-Leu-Val-Glu-Ala-Leu-Tyr-Leu-Val-Cys-GlySSSS 1 5 7 10 15 20-Glu-Arg-Gly-Phe-Phe-Tyr-Thr-Pro-Lys-Ala21 25 30B链链 A链链SS牛胰岛素的一级（化学）结构牛胰岛素的一级（化学）结构蛋白质的一结构包括：氨基酸组成、氨基酸的排列顺序、氨基酸的连接方式第107页/共216页1:17 上午108第108页/共216页1:17 上午1092.4.2 蛋白质的空间结构 蛋白质的构象蛋白质分子中所有原子在三维空间的分布和肽链的走向第109页/共216页1:17 上午110疏水作用、离子键、氢键和 Van der Waals 力等。稳定蛋白质空间结构的作用力第110页/共216页1:17 上午111第111页/共216页1:17 上午112、蛋白质的二级结构、蛋白质的二级结构蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置，并并不不涉涉及及氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链的的构构象象。定义定义 主要的维系键主要的维系键：氢键氢键 第112页/共216页1:17 上午113 由于C=OC=O双键中的电子云与N N原子上的未共用电子对发生“电子共振”，使肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转。蛋白质立体结构原则第113页/共216页1:17 上午114肽肽键键平平面面由由于于肽肽键键具具有有部部分分双双键键的的性性质质，使使参参与与肽肽键键构构成成的的六六个个原原子子被被束束缚缚在在同同一一平平面面上上，这一平面称为肽键平面或肽单元。这一平面称为肽键平面或肽单元。肽单元肽单元第114页/共216页1:17 上午115l由于由于-碳原碳原子与其他原子子与其他原子之间均形成之间均形成单单键键，因此，因此两相两相邻的肽键平面邻的肽键平面可以作相对旋可以作相对旋转转第115页/共216页1:17 上午116蛋白质二级结构的主要形式蛋白质二级结构的主要形式 -螺旋螺旋 (-helix)-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-pleated sheet)-转角转角 (-turn)-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)(random coil)第116页/共216页1:17 上午117第117页/共216页1:17 上午118第118页/共216页1:17 上午119-螺旋螺旋：-螺旋是螺旋是多肽链的主多肽链的主链原子沿一链原子沿一中心轴盘绕中心轴盘绕所形成的有所形成的有规律的螺旋规律的螺旋构象构象第119页/共216页 结构特征：结构特征：为一为一右手螺旋右手螺旋，侧链，侧链伸向螺旋伸向螺旋外侧外侧 螺旋每圈包含螺旋每圈包含3.63.6个氨个氨基酸残基基酸残基,螺距螺距 0.54nm0.54nm；螺旋以螺旋以氢键氢键维系（氨维系（氨基酸的基酸的N-HN-H和相邻第四个氨和相邻第四个氨基酸的羰基氧基酸的羰基氧C=OC=O之间。氢之间。氢键方向与螺旋轴基本平行）键方向与螺旋轴基本平行）第120页/共216页1:18 上午121.-折叠折叠 -折叠折叠是由若干肽是由若干肽段或肽链排段或肽链排列起来所形列起来所形成的扇面状成的扇面状片层构象片层构象第121页/共216页1:18 上午122-折叠包括折叠包括平行式平行式和和反平行式反平行式两种类型两种类型第122页/共216页1:18 上午123反向平行第123页/共216页1:18 上午124第124页/共216页1:18 上午125结构特征：结构特征：由若干条肽段或肽链平行或反平由若干条肽段或肽链平行或反平 行排列组成行排列组成片状结构片状结构；主链骨架伸展呈主链骨架伸展呈锯齿状锯齿状；涉及的肽段较短，一般为涉及的肽段较短，一般为5 51010个个 氨基酸残基；氨基酸残基；借相邻主链之间的借相邻主链之间的氢键氢键维系。维系。第125页/共216页1:18 上午126.-转角转角 是多肽链是多肽链180180回折部分回折部分所形成所形成的一种二级结构的一种二级结构无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。分肽链结构。.无规卷曲无规卷曲第126页/共216页1:18 上午127凸起 凸起（-bugle）是一种小片的非重复性结构，能单独存在，但大多数经常作为反平行折叠片中的一种不规则情况而存在。凸起可认为是折叠股中额外插人的一个残基，它使得在两个正常氢键之间、在凸起折叠股上是两个残基。而另一侧的正常股上是一个残基。第127页/共216页1:18 上午128第128页/共216页1:18 上午129（四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成（四）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋螺旋或或-折叠，它就会出现相应的二级结构。折叠，它就会出现相应的二级结构。第129页/共216页1:18 上午130超二级结构（supersecondary structure）超二级结构是介于蛋白质二级结构和三级结构之间的空间结构,指相邻的二级结构单元组合在一起，彼此相互作用，排列形成规则的、在空间结构上能够辨认的二级结构组合体，并充当三级结构的构件（block building），其基本形式有、和等。第130页/共216页1:18 上午131蛋白质中的几种超二级结构蛋白质中的几种超二级结构（A；B 单元；C Rossman折叠，螺旋处于折叠片上侧；D 发夹；E 曲折；F 希腊钥匙拓扑结构）第131页/共216页1:18 上午132细胞色素细胞色素C的的结构结构第132页/共216页1:18 上午133细胞核抗原的细胞核抗原的结构结构 第133页/共216页1:18 上午134纤溶酶原的纤溶酶原的结构结构 第134页/共216页1:18 上午135、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构疏水作用、离子键、氢键和疏水作用、离子键、氢键和 Van der WaalsVan der Waals力等。力等。主要的维系键：主要的维系键：整条肽链中整条肽链中全部氨基酸残基全部氨基酸残基的相对空间位置。的相对空间位置。即肽链中即肽链中所有原子在三维空间的排布位置所有原子在三维空间的排布位置。定义定义 第135页/共216页第136页/共216页1:18 上午137 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端 为单肽蛋白质，含有153个氨基酸，有8个螺旋区第137页/共216页1:18 上午138血红素结构图 第138页/共216页1:18 上午139三级结构是蛋白质结构的基础三级结构是蛋白质结构的基础对于对于单一多肽链的蛋白质，单一多肽链的蛋白质，三级结三级结构是它的构是它的最高级结构，最高级结构，只有具有完只有具有完整的三级结构，才具有全部的整的三级结构，才具有全部的生物生物学功能学功能第139页/共216页1:18 上午140结构域结构域大分子蛋白质的三级结构大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为密，各行使其功能，称为结构结构域域(domain)(domain)。第140页/共216页1:18 上午141结构域是在二级结构或超二级结构的基础上形成三级结构的局部折叠区，一条多肽链在这个域范围内来回折叠，但相邻的域常被一个或两个多肽片段连结。通常由50-300个氨基酸残基组成，其特点是在三维空间可以明显区分和相对独立，并且具有一定的生物功能 第141页/共216页1:18 上午142对那些较小的球状蛋白质分子或亚基来说,结构域和三级结构是一个意思,也就是说这些蛋白质或亚基是单结构域的如肌红蛋白等；较大的蛋白质分子或亚基其三级结构一般含有两个以上的结构域，即多结构域的,其间以柔性的铰链（hinge）相连，以便相对运动。第142页/共216页1:18 上午143、蛋白质的四级结构、蛋白质的四级结构亚基亚基(subunit)(subunit)有些蛋白质分子含有有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的称为蛋白质的亚基亚基 。胰岛素受体：胰岛素受体：由由4 4个亚基组成个亚基组成(2 22 2)，亚基与亚基与亚基形成单体亚基形成单体(monomer)(monomer)，2 2个单体形成二聚体个单体形成二聚体(dimer)(dimer)。第143页/共216页1:18 上午144亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是疏水作用疏水作用，其次，其次是是氢键和离子键氢键和离子键。蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构结构。第144页/共216页1:18 上午145血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 第145页/共216页1:18 上午146血红蛋白的四个亚基紧密结合，血红蛋白的四个亚基紧密结合，亚基之间的维系键是亚基之间的维系键是亚基之间亚基之间的的8 8 个盐键个盐键第146页/共216页1:18 上午147第147页/共216页1:18 上午148第148页/共216页1:18 上午1492.5 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein第149页/共216页1:18 上午150一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础 2.5.1 蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键第150页/共216页1:18 上午151 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性第151页/共216页1:18 上午152蛋白质的结构是其功能的基础蛋白质的功能是蛋白质结构的延伸蛋白质的功能可以理解为分子内和分子间各种作用力的综合，即蛋白质与其他分子的相互作用，或蛋白质在行使功能时，主要是氢键、盐键、疏水作用以及范德华力共同发挥作用的结果。第152页/共216页1:18 上午153从细胞色素从细胞色素c c的一级的一级结构看生物进化结构看生物进化物种进化过程中越物种进化过程中越接近的生物，细胞接近的生物，细胞色素的一级结构越色素的一级结构越相似相似一级结构相似的多肽或一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功蛋白质，其空间构象以及功能也相似。能也相似。一