《多肽与蛋白质》PPT课件.ppt

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1、目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节多肽与蛋白质多肽与蛋白质第二章第二章Peptides and Proteins目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 1833年年，Payen和和Persoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。1864年年，Hoppe-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。19世纪末世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，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并将氨基酸合成了多种短肽。1938年年，德国化学家，德国化学家Gerardus J.Mulder引用引用“Protein”一词来描述蛋白

2、质。一词来描述蛋白质。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节1951年年,Pauling采用采用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)。1953年，年，Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。完成胰岛素一级序列测定。1962年年，John Kendrew和和Max Perutz确定了血红蛋确定了血红蛋白的四级结构。白的四级结构。20世纪世纪90年代以后年代以后，后基因组计划。，后基因组计划。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节w什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋 白白 质质（protein）是是 由

3、由 许许 多多 氨氨 基基 酸酸（amino acids）通通过过肽肽键键（peptide bond）相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节分分布布广广：所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞胞的的各个部分都含有蛋白质。各个部分都含有蛋白质。含含量量高高：蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子，占占人人体体干干重重的的45，某某些些组组织织含含量量更更高高，例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达80。w蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组

4、成成分体重要组成成分目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2.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3.氧化供能氧化供能目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节肽和蛋白质的一级结构肽和蛋白质的一级结构第一节第一节Primary Structure of Peptides and Proteins 目目 录录第二节第三节第四节第五

5、节第一节第六节（一）氨基酸通过肽键相连形成肽（一）氨基酸通过肽键相连形成肽/蛋白质蛋白质存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300余余种种，组组成成体体内内蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸（amino acid）有有20种，均为种，均为L-氨基酸氨基酸（除甘氨酸外）（除甘氨酸外）。1、肽和蛋白质是由氨基酸组成的多聚体、肽和蛋白质是由氨基酸组成的多聚体目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节肽键是由一个氨基酸的肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨羧基与另一个氨基酸的基酸的-氨

6、基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基酸通过氨基酸通过肽键肽键(peptide bond)相互连接相互连接而形成多肽和蛋白质。而形成多肽和蛋白质。肽肽/蛋白质分子中的氨基酸通过脱水生成的共价键蛋白质分子中的氨基酸通过脱水生成的共价键被称为被称为肽键肽键(peptide bond)，肽键是一种酰胺键，具有，肽键是一种酰胺键，具有部分双键的性质。部分双键的性质。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节*一分子氨基酸与另一分子氨基酸脱去一分子水缩合一分子氨基酸与另一分子氨基酸脱去一分子水缩合成二肽。成二肽。*二肽通过肽键与另一分子氨基酸缩合生成三肽二肽通过肽键与另一分子氨基

7、酸缩合生成三肽*一般来说，由数个、十数个氨基酸组成的肽习惯称一般来说，由数个、十数个氨基酸组成的肽习惯称为为寡肽寡肽(oligopeptide)，而很多氨基酸组成的肽称为，而很多氨基酸组成的肽称为多多肽（肽（polypeptide）。）。通常，多肽分子质量通常，多肽分子质量10 kD；而而蛋白质蛋白质则是由一条或多条肽链组成的更大分子，但则是由一条或多条肽链组成的更大分子，但两者两者经常通用。两者两者经常通用。肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，肽链中的氨基酸分子因脱水缩合而基团不全，被称为被称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节氨基末端

8、（氨基末端（amino terminal）或）或 N 末端末端：多肽链中有多肽链中有游离氨基的一端称游离氨基的一端称氨基末氨基末端端(amino terminal)或或N-端。端。羧基末端（羧基末端（carboxyl terminal）或）或C 末端：末端：多肽链中多肽链中有游离羧基的一端称为有游离羧基的一端称为羧基羧基末端末端(carboxyl terminal)或或C-端。端。多肽链具有方向性：多肽链具有方向性：多肽链从氨基末端走向羧基末端。多肽链从氨基末端走向羧基末端。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶目目 录录第二节第三节第四节第

9、五节第一节第六节+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键肽是根据由肽是根据由N-端至端至C-端参与其组成的氨基酸残基命名的端参与其组成的氨基酸残基命名的 目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂谷胱甘肽是体内重要的还原剂 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节2.体内有许多激素属寡

10、肽或多肽体内有许多激素属寡肽或多肽目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节3.神经肽是脑内一类重要的肽神经肽是脑内一类重要的肽 在神经传导过程中起重要作用的肽类称为在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽神经肽(neuropeptide)。较早发现的有脑啡肽较早发现的有脑啡肽(5肽肽)、-内啡肽内啡肽(31肽肽)和和强啡肽强啡肽(17肽肽)等。等。近年发现的孤啡肽近年发现的孤啡肽(17肽肽)，其一级结构类似于，其一级结构类似于强啡肽。强啡肽。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 组成蛋白质的元素：组成蛋白质的元素：主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质

11、含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、铁、铜、锌、锰、钴、钼锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 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16。由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主，因因此此，只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量，就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量：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

12、数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点：蛋白质元素组成的特点：目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(一一)蛋白质的分子组成与结构特征是其分蛋白质的分子组成与结构特征是其分类的基础类的基础1.蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类质两类：单纯蛋白质（单纯蛋白质（simple protein）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（conjugated protein）辅基辅基（prosthetic group）目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节分类分类辅基辅基举例举例脂蛋白脂蛋白

13、脂类脂类血浆脂蛋白（血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）等）糖蛋白糖蛋白糖基或糖链糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核蛋白核酸核酸核糖体核糖体磷蛋白磷蛋白磷酸基团磷酸基团酪蛋白（酪蛋白（casein）血红素蛋白血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素蛋白黄素核苷酸（黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶金属蛋白金属蛋白铁铁铁蛋白铁蛋白锌锌乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶钙钙钙调蛋白钙调蛋白锰锰丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶铜铜细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶结合蛋白质及其辅基结合蛋白质及其辅基 目目 录录第二节第三节第四节第

14、五节第一节第六节3.蛋白质根据其形状分为纤维状蛋白质和球状蛋蛋白质根据其形状分为纤维状蛋白质和球状蛋白质两类白质两类，可分为：，可分为：纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质2.蛋白质根据结构特点进行分类蛋白质根据结构特点进行分类，可分为：，可分为：超家族（超家族（super family）家族（家族（family）亚家族（亚家族（subfamily）目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(二二)蛋白质分子结构可区分为蛋白质分子结构可区分为4 4个层次个层次高级结构高级结构或或空间构象空间构象(conformation)一级结构一级结构(primary structure)二级结

15、构二级结构(secondary structure)三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节三、三、氨基酸残基的排列顺序决定蛋白氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构质的一级结构肽键（主要化学键）肽键（主要化学键）二硫键二硫键蛋白质一级结构蛋白质一级结构(primary structure)是指蛋白是指蛋白质分子中，从质分子中，从N端到端到C端的氨基酸排列顺序。端的氨基酸排列顺序。形成一级结构的化学键：形成一级结构的化学键：一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋

16、白质空间构象和特异生物学功能功能的基础，的基础，但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。唯一因素。目目 录录目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构质的二级结构蛋白质二级结构蛋白质二级结构(secondary structure)是指蛋白是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象氨基酸残基侧链的构象。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节五

17、、五、蛋白质一级结构比对可用于同源蛋白质一级结构比对可用于同源 蛋白质分析蛋白质分析蛋白质一级结构（氨基酸序列）比对常被用来预蛋白质一级结构（氨基酸序列）比对常被用来预测蛋白质之间结构与功能的相似性。测蛋白质之间结构与功能的相似性。序列比对方法（序列比对方法（sequence-comparison method）关键在于将关键在于将2个序列准确地对齐，使之达到相同序列个序列准确地对齐，使之达到相同序列最大化，插入或删除序列最小化的目的，然后计算最大化，插入或删除序列最小化的目的，然后计算相同的氨基酸数。相同的氨基酸数。同源蛋白质同源蛋白质仅指同一基因进化而来的蛋白质。仅指同一基因进化而来的蛋白

18、质。序列相似但非进化相关的序列相似但非进化相关的2个蛋白质的序列，常个蛋白质的序列，常被称为被称为相似（相似（analogy）序列）序列。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 第二节第二节 肽、蛋白质的高级结构肽、蛋白质的高级结构Three Dimentional Structure of Peptides and Proteins目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节蛋白质的蛋白质的二级结构二级结构(secondary structure)是指组是指组成蛋白质的肽链的主链的空间结构，也就是肽链主成蛋白质的肽链的主链的空间结构，也就是肽链主链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基

19、酸残基侧链骨架原子的相对空间位置，不涉及氨基酸残基侧链的构象。链的构象。一、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质一、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质 的二级结构的二级结构 肽链主链骨架原子肽链主链骨架原子包括包括N（氨基氮）、（氨基氮）、C（-碳原子）和碳原子）和CO（羰基碳）（羰基碳）3个原子依次重复排列。个原子依次重复排列。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 -螺旋螺旋(-helix)-折叠折叠(-pleated sheet)-环环 -转角转角(-turn)无规卷曲无规卷曲(random coil)蛋白质二级结构的主要形式：蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：维系二级结

20、构的主要化学键：氢键氢键目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（一）（一）肽键是一个刚性的平面肽键是一个刚性的平面参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型，此此同同一一平平面面上上的的6个个原原子子构构成成了了所谓的所谓的肽单元肽单元(peptide unit)。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（二）（二）-螺旋螺旋是常见的蛋白质二级结构是常见的蛋白质二级结构目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（三）（三）-折叠折叠使多肽链形成

21、片层结构使多肽链形成片层结构目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（四）（四）-转角和无规卷曲转角和无规卷曲在蛋白质分子中在蛋白质分子中普遍存在普遍存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。部分肽链结构。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（五）模体（五）模体是蛋白质的超二级结构是蛋白质的超二级结构在许多蛋白质分子中，在许多蛋白质分子中，由几个具有二级结由几个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近、相互作用，所构的肽段，在空间上相互接近、相互作用，所形成的折叠模样，称为形成的折叠模样，称为超二级结构超二级结构（super

22、secondary structure），），又称又称折叠折叠（fold）或）或模体（模体（motif）。）。超二级结构形式有超二级结构形式有3 3种：种：，目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（六）（六）氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成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

23、叠，它就会出现相应的二级结构。这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳定相应的二级结构的原因。或去稳定相应的二级结构的原因。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节一一段段肽肽链链有有多多个个谷谷氨氨酸酸或或天天冬冬氨氨酸酸残残基基相相邻邻，则则在在pH7.0时时，这这些些残残基基的的游游离离羧羧基基都都带带负负电电荷荷，彼彼此此相相斥斥，妨妨碍碍-螺螺旋旋的的形形成成。同同样样，多多个个碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基在在一一肽肽段段内，由于正电荷相斥，也妨碍内，由于正电荷相斥，也妨碍-螺旋的形成。螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响天冬酰

24、胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响-螺旋螺旋形成。形成。脯氨酸的结构不利于形成脯氨酸的结构不利于形成-螺旋。螺旋。形成形成-折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容许两条肽段彼此靠近。能容许两条肽段彼此靠近。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节二、二、多肽链在二级结构基础上进一步折叠多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成蛋白质三级结构形成蛋白质三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(tertiary structure)是指整条是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置，

25、链中所有原子在三维空间的排布位置，包括一包括一级结构中相距甚远的肽段的空间位置关系。级结构中相距甚远的肽段的空间位置关系。（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端肌红蛋白（肌红蛋白（myoglobin）是一个单个肽链的球状蛋白质，由是一个单个肽链的球状蛋白质，由153个氨基酸残基构成，含有个氨基酸残基构成，含有1个个血红素（血红素（heme）辅基。）辅基。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(二二)维持三级结构稳定主要依靠非共价键维持三级结构稳定主要依靠非共价键

26、蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠弱的相互蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠弱的相互作用力或称非共价键、次级键，主要有氢键、作用力或称非共价键、次级键，主要有氢键、范德华力（范德华力（Van der Waals force）、）、疏水作用疏水作用（hydrophobic interactin）和）和盐键（盐键（salting bond）（又称离子键）等。）（又称离子键）等。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 （三）（三）三级结构可含有功能各异的三级结构可含有功能各异的结构域结构域在二级结构或超二级结构

27、的基础上，多肽链在二级结构或超二级结构的基础上，多肽链可形成在三级结构层次上的局部折叠区，称为可形成在三级结构层次上的局部折叠区，称为结结构域构域(domain)。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（四）根据结构域可对蛋白质进行分类：（四）根据结构域可对蛋白质进行分类：根据结构域可将球状蛋白质分为根据结构域可将球状蛋白质分为4类：类：反平行反平行螺旋结构域（全螺旋结构域（全-结构）结构）平行或混合型平行或混合型折叠片结构域（折叠片结构域（，-结构）结构）反平行反平行折叠片结构域折叠片结构域(全全-结构结构)富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）富含金属或二硫键结构域（不规则小

28、蛋白质结构）目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节A.A.全全-结构域结构域 B.B.平行或混合型平行或混合型 折叠片结构域折叠片结构域C.C.全全-结构域结构域 D.D.富含二硫键结构域富含二硫键结构域目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（五）分子伴侣（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠参与蛋白质的折叠分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。*分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的

29、聚集发生，后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。使肽链正确折叠。*分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。再诱导其正确折叠。*分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节目前已知参与蛋白质折叠的分子伴侣可分为目前已知参与蛋白质折叠的分子伴侣可分为3类：类：热激蛋白热激蛋白70(Hsp70)：Hsp70在真核和原核生物中高度保守，在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆转变性或聚集的蛋

30、白质它可部分逆转变性或聚集的蛋白质。伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)：伴侣蛋白普遍存在于细菌、线粒体、伴侣蛋白普遍存在于细菌、线粒体、叶绿体和真核生物，主要有叶绿体和真核生物，主要有2个家族：个家族：Hsp60（在大肠杆菌（在大肠杆菌中又称为中又称为GroEL）和）和Hsp10。核质蛋白核质蛋白(nucleoplasmin)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用 目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节各亚基间的结合力主要是氢键和离子键各亚基间的结合力主要是氢键和离子键。三、三、多亚基的蛋白质具有四级结构形式多亚基的

31、蛋白质具有四级结构形式蛋蛋白白质质分分子子中中各各亚亚基基的的空空间间排排布布及及亚亚基基接接触触部部位位的的布布局局和和相相互互作作用用，称称为为蛋蛋白白质质的的四级结构四级结构。体内有许多蛋白质分子含有二条或多条多体内有许多蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的为蛋白质的亚基亚基 (subunit)(subunit)。（一）具有四级结构形式的蛋白质由多亚基组成（一）具有四级结构形式的蛋白质由多亚基组成目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节血血红红蛋蛋白白的的四四级级结结构构（二）（二）亚基通过亚基间的相互

32、作用联系在一起亚基通过亚基间的相互作用联系在一起由由2个个亚亚基基组组成成的的蛋蛋白白质质四四级级结结构构中中，若若亚亚基基分分子子结结构构相相同同，称称 之之 为为 同同 二二 聚聚 体体(homodimer)，若若亚亚基基分分子子结结构构不不同同，则则称称之之 为为 异异 二二 聚聚 体体(heterodimer)。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质生物体内许多蛋白质往生物体内许多蛋白质往往由多个亚基组成，亚基之往由多个亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋白质四间凭借次级键形成蛋白质四级结构。级结构。

33、胰岛素受体：胰岛素受体：由由4个亚基个亚基组成组成(22)，亚基与亚基与亚基形亚基形成单体成单体(monomer)，2个单体个单体形成二聚体形成二聚体(dimer)。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系Structure and Function of Proteins第三节第三节目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构是高级结构与功能一、蛋白质一级结构

34、是高级结构与功能的基础的基础牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶的一级结构的一级结构二二硫硫键键目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 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，无活性目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能级结构与功能 氨基酸残基序号氨基酸残基序号胰岛素胰岛素 A8 A9 A10 B30A8 A9 A10 B30 人人 Thr Ser Ile ThrThr Ser Ile Thr 牛牛 A

35、la Ser Val AlaAla Ser Val Ala 猪猪 Thr Ser Ile AlaThr Ser Ile Ala 羊羊 Ala Gly Val AlaAla Gly Val Ala 马马 Thr Gly Ile AlaThr Gly Ile Ala 狗狗 Thr Ser Ile AlaThr Ser Ile Ala目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节促促肾肾上上腺腺皮皮质质激激素素(ACTH)和和促促黑黑激激素素(-MSH,-MSH)共共有有一一段段相相同同的的氨氨基基酸酸序序列列，因因此此，ACTH也也可促进皮下黑色素生成，但作用较弱。可促进皮下黑色素生成，但作用较弱

36、。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节(三三)氨基酸序列提供氨基酸序列提供重要的生物化学信息重要的生物化学信息一一些些广广泛泛存存在在于于生生物物界界的的蛋蛋白白质质如如细细胞胞色色素素(cytochrome C)，比比较较它它们们的的一一级级结结构构，可可以以帮帮助助了了解解物物种种进进化化间间的关系。的关系。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（四）（四）重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链

37、N-val his leu thr pro val glu C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节1.肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基 二、蛋白质空间结构表现功能二、蛋白质空间结构表现功能血红素结构血红素结构 (一一)血红蛋白构象改变引起功能变化血红蛋白构象改变引起功能变化目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb)肌肌红红蛋蛋白白是是一一个个只只有有三三级级结结构构的的单单链链蛋蛋白白质质，有有8

38、 8段段-螺旋结构。螺旋结构。血血红红素素分分子子中中的的两两个个丙丙酸酸侧侧链链以以离离子子键键形形式式与与肽肽链链中中的的两两个个碱碱性性氨氨基基酸酸侧侧链链上上的的正正电电荷荷相相连连，加加之之肽肽链链中中的的F F8 8组组氨氨酸酸残残基基还还与与FeFe2+2+形形成成配配位位结结合合，所所以以血血红红素素辅辅基基与与蛋蛋白白质质部分稳定结合。部分稳定结合。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节血红蛋白血红蛋白(hemoglobin，Hb)血血红红蛋蛋白白具具有有4个个亚亚基组成的四级结构基组成的四级结构。Hb各各亚亚基基的的三三级级结结构构与与Mb极极为为相相似似。Hb亚亚

39、基基之之间间通通过过8对对盐盐键键，使使4个个亚亚基基紧紧密密结结合合而而形形成亲水的球状蛋白。成亲水的球状蛋白。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节Hb与与Mb一一样样能能可可逆逆地地与与O2结结合合，Hb与与O2结结合合后后称称为为氧氧合合Hb。氧氧合合Hb占占总总Hb的的百百分分数（称数（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2浓度变化而改变。浓度变化而改变。2.血红蛋白的构象变化影响结合氧的能力血红蛋白的构象变化影响结合氧的能力 目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线目目 录录第二节第三节第四节第五

40、节第一节第六节协同效应协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为力的现象，称为协同效应协同效应。如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 (positive cooperativity)如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称为负协同效应负协同效应 (negative cooperativity)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节O2血血红红素素与与氧

41、氧结结合合后后，铁铁原原子子半半径径变变小小，就就能能进进入入卟卟啉啉环环的的小小孔孔中中，继继而而引引起起肽肽链链位位置置的的变动。变动。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节别构效应别构效应(allosteric effect)蛋蛋白白质质空空间间结结构构的的改改变变伴伴随随其其功功能能的的变化，称为变化，称为别构效应别构效应。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节（二）蛋白质构象改变可导致（二）蛋白质构象改变可导致构象病构象病蛋蛋 白白 质质 构构 象象 疾疾 病病（Protein Conformational Diseases）：若若蛋蛋白白质质的的折折叠叠发发生生错错

42、误误，尽尽管管其其一一级级结结构构不不变变，但但蛋蛋白白质质的的构构象象发发生生改改变变，仍仍可可影影响响其其功能，严重时可导致疾病发生。功能，严重时可导致疾病发生。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节蛋白质构象改变导致疾病的机制蛋白质构象改变导致疾病的机制：有些蛋：有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨丁顿

43、舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨丁顿舞蹈病、疯牛病等。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种未知蛋白质的作用下可转变成全在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病疯牛病疯牛病目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节三、蛋白质的化学修饰、相互作用可改变其功能三、蛋白质的

44、化学修饰、相互作用可改变其功能最初基因表达的产物最初基因表达的产物蛋白质，并不一定为具蛋白质，并不一定为具有生物学功能的成熟蛋白质，新生蛋白质通常还需有生物学功能的成熟蛋白质，新生蛋白质通常还需要进行蛋白质翻译后的化学修饰（第十八章）。要进行蛋白质翻译后的化学修饰（第十八章）。四、生物信息学探讨蛋白质的结构与功能关系四、生物信息学探讨蛋白质的结构与功能关系 生物信息学（生物信息学（bioinformatics）是一门基于信息学）是一门基于信息学和计算的新兴交叉学科，应用计算机程序法将复杂的和计算的新兴交叉学科，应用计算机程序法将复杂的生物学数据进行整合与分析，从而阐明生命现象中难生物学数据进行

45、整合与分析，从而阐明生命现象中难以解释的复杂分子机制。以解释的复杂分子机制。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质Chemical and Physical Properties of Proteins目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 一、一、蛋白质具有两性电离性质蛋白质具有两性电离性质蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pHpH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当当蛋蛋白

46、白质质溶溶液液处处于于某某一一pH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有胶体性质蛋蛋白白质质属属于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1万万至至100万万之之间间，其其分分子子的的直直径径可可达达1100nm，为胶粒范围之内。，为胶粒范围之内。蛋白质胶体稳定的因素：蛋白质胶体稳

47、定的因素：颗粒表面电荷颗粒表面电荷水化膜水化膜目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质在等电点的蛋白质在等电点的蛋白质水化膜水化膜+带正电荷的蛋白质带正电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质带负电荷的蛋白质不稳定的蛋白质颗粒不稳定的蛋白质颗粒酸酸碱碱酸酸碱碱酸酸碱碱脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用脱水作用溶液中蛋白质的聚集和沉淀溶液中蛋白质的聚集和沉淀目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节三、很多因素可引起蛋白质变性三、很多因素可引起蛋白质变性在某些物理和化学因素作用下，其特定在某些物理和化学因素作用下，其特定的空间

48、构象被破坏，也即有序的空间结构变的空间构象被破坏，也即有序的空间结构变成无序的空间结构，从而导致其理化性质改成无序的空间结构，从而导致其理化性质改变和生物活性的丧失。变和生物活性的丧失。蛋白质的变性蛋白质的变性(denaturation)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 造成变性的因素造成变性的因素 变性的本质变性的本质 破坏非共价键和二硫键，不改变蛋破坏非共价键和二硫键，不改变蛋白质的一级结构。白质的一级结构。如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强如加热、乙醇等有机溶剂、强酸、强碱、重金属离子及生物碱试剂等碱、重金属离子及生物碱试剂等。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节

49、应用举例应用举例临床医学上，变性因素常被应用来消毒及临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。灭菌。此外此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）的必要条件。制剂（如疫苗等）的必要条件。目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节若若蛋蛋白白质质变变性性程程度度较较轻轻，去去除除变变性性因因素素后后，蛋蛋白白质质仍仍可可恢恢复复或或部部分分恢恢复复其其原原有有的的构构象和功能，称为象和功能，称为复性复性。蛋白质的复性蛋白质的复性(renaturation)目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 尿素

50、、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，无活性目目 录录第二节第三节第四节第五节第一节第六节在在一一定定条条件件下下，蛋蛋白白疏疏水水侧侧链链暴暴露露在在外外，肽肽链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。链融会相互缠绕继而聚集，因而从溶液中析出。变变性性的的蛋蛋白白质质易易于于沉沉淀淀，有有时时蛋蛋白白质质发发生生沉沉淀，但并不变性。淀，但并不变性。蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固蛋白质变性后的絮状物加热可变成比较坚固的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。的凝块，此凝块不易再溶于强酸和强碱中。蛋白质沉淀蛋白质沉淀蛋白质的凝固作用蛋