第3章 蛋白质化学.ppt

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1、第第3章章 蛋白质化学蛋白质化学1教学目的要求教学目的要求l介绍蛋白质组成、结构及性质介绍蛋白质组成、结构及性质教学重点、难点教学重点、难点l蛋白质的结构蛋白质的结构教学方法教学方法l课件讲授课件讲授+多媒体多媒体教学安排教学安排l3学时学时2蛋白质蛋白质是由许多不同的是由许多不同的-氨基酸氨基酸按一定按一定的序列通过的序列通过酰胺键酰胺键（肽键）缩合而成的，（肽键）缩合而成的，具有较稳定的具有较稳定的构象构象并具有一定并具有一定生物学功能生物学功能的大分子。的大分子。第一节第一节 蛋白质的组成蛋白质的组成3一、蛋白质的生物学意义一、蛋白质的生物学意义42 2、蛋白质的重要生物学功能、蛋白质的

2、重要生物学功能、蛋白质的重要生物学功能、蛋白质的重要生物学功能其他生物学功能：营养蛋白，结构，毒蛋白其他生物学功能：营养蛋白，结构，毒蛋白3 3、氧化供能、氧化供能、氧化供能、氧化供能一、蛋白质的生物学意义一、蛋白质的生物学意义5二、元素组成二、元素组成1、主要元素：、主要元素：C（5055%）、H（68%）、O（2023%）、N（1518%）、S（04%）、微量元素：微量元素：P、Fe、Zn、Cu、Mo、I等等2、特点：、特点：各种蛋白质的含氮量很接近各种蛋白质的含氮量很接近（1518%），平均含，平均含 氮量为氮量为 16%。3、定氮法测定蛋白质含量：、定氮法测定蛋白质含量：蛋白质含量蛋白

3、质含量6.25样品含氮量样品含氮量 6三、组成单位三、组成单位氨基酸（氨基酸（amino acid）1、蛋白质的结构单位、蛋白质的结构单位氨基酸是蛋白质的氨基酸是蛋白质的基本组成单位基本组成单位。存在于自然界的有。存在于自然界的有300余种，从细菌到人类，所有蛋白质都由余种，从细菌到人类，所有蛋白质都由20种标准种标准氨基酸（蛋白质氨基酸）组成。且均属于氨基酸（蛋白质氨基酸）组成。且均属于L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。7不带电形式H2NCHCOOHR+H3NCHCOO-R两性离子形式2、C如是不对称如是不对称C（除（除Gly），），则：则：（1）具有两种立体异构体）具有两种立

4、体异构体 D-型和型和L-型型（2）具有旋光性）具有旋光性 左旋（左旋（-）或右旋（）或右旋（+）8910111213Tyr141516n蛋白质基本结构单位：蛋白质基本结构单位：L 氨基酸氨基酸n 氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外n L氨基酸：甘氨酸（无不对称氨基酸：甘氨酸（无不对称C）除外）除外n 氨基酸结构通式：氨基酸结构通式：RCH(NH2)COOHn 常见氨基酸种类：常见氨基酸种类：20种。种。？多于？多于20种？种？小结171.根据根据R的化学结构的化学结构（1）脂肪族氨基酸：）脂肪族氨基酸：一氨基一羧基一氨基一羧基Aa：Gly、Ala、Val、Leu、I

5、le、Met、Cys、Ser、Thr；二氨基一羧基二氨基一羧基Aa：Arg、Lys；一氨基二羧基一氨基二羧基Aa：Asp、Glu；酰胺：酰胺：Asn、Gln；（2）芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Phe、Tyr；（3）杂环氨基酸：杂环氨基酸：Try、His；（4）杂环亚氨基酸：杂环亚氨基酸：Pro。四、氨基酸分类四、氨基酸分类182.2.根据根据R R的极性的极性（1）极性氨基酸：）极性氨基酸：不带电：不带电：SerSer、ThrThr、AsnAsn、GlnGln、TyrTyr、CysCys；带正电：带正电：碱性氨基酸碱性氨基酸（含有两个以上氨基）：（含有两个以上氨基）：ArgArg（胍基）、（胍

6、基）、HisHis（咪唑基）、（咪唑基）、LysLys（氨基）氨基）带负电：带负电：酸性氨基酸酸性氨基酸（含有两个羧基）：（含有两个羧基）：GluGlu（含（含羧基）、羧基）、AspAsp（含（含羧基）羧基）（2）非极性氨基酸：非极性氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Phe、Met、Pro、Try四、氨基酸分类四、氨基酸分类193.按氨基酸是否能在人体内合成：按氨基酸是否能在人体内合成：（1）必需氨基酸：凡是机体不能自己合成，必须自外界获取）必需氨基酸：凡是机体不能自己合成，必须自外界获取 的氨基酸，称为必需氨基酸。的氨基酸，称为必需氨基酸。8种：种：Lys、Try、Met、Ph

7、e、Val、Leu、Ile、Thr。另一种说法把。另一种说法把His、Arg也列也列 为必需氨基酸总共为为必需氨基酸总共为10种。种。（2）非必需氨基酸：凡是机体可以合成的氨基酸。）非必需氨基酸：凡是机体可以合成的氨基酸。10种种:Ser、Asn、Gln、Tyr、Cys、Asp、Glu、Gly、Ala、Pro.四、氨基酸分类四、氨基酸分类204.几种重要的不常见氨基酸几种重要的不常见氨基酸几种重要的不常见氨基酸几种重要的不常见氨基酸在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称为不常见蛋白质氨基酸。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸蛋白质氨基

8、酸。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生衍生而来的。而来的。四、氨基酸分类四、氨基酸分类胶原蛋白胶原蛋白甲状腺球蛋白甲状腺球蛋白肌肉蛋白肌肉蛋白21五、氨基酸的理化性质五、氨基酸的理化性质1、物理性质、物理性质无色晶体，熔点极高（无色晶体，熔点极高（200以上），不同味道；水中溶以上），不同味道；水中溶解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。解度差别较大（极性和非极性），不溶于有机溶剂。222、两性解离及等电点、两性解离及等电点u两性离子两性离子：所谓两性离子是指在同一个氨基酸分子上带有：所谓两性离子是指在同一个氨基酸分子上带有能能放出质子的放出质子的NH3+正离子和能正离子和能接受质子

9、的接受质子的COO-负离负离子。因此，氨基酸是子。因此，氨基酸是两性两性电解质。电解质。u等电点等电点（isoelectric point）：当调节氨基酸溶液的）：当调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上使氨基酸分子上NH3+和和COO-的的解离度解离度完全相等，即完全相等，即氨基酸所带氨基酸所带净电荷为零净电荷为零，在电场即不向阴极也不向阳极移，在电场即不向阴极也不向阳极移动。此时氨基酸所处溶液的动。此时氨基酸所处溶液的pH值值为该氨基酸的等电点为该氨基酸的等电点(pI)。五、氨基酸的理化性质五、氨基酸的理化性质23npIpH 带正电，向阴极移动带正电，向阴极移动npIpH不带电，不移动不带电

10、，不移动五、氨基酸的理化性质五、氨基酸的理化性质l 氨基酸可以做缓冲试剂氨基酸可以做缓冲试剂243、紫外吸收：、紫外吸收：nTry、Tyr和和Phe在在280nm波波长附近具有最大长附近具有最大吸收峰，其中吸收峰，其中Try的最大吸收的最大吸收最接近最接近280nm.nTryTyr Phe五、氨基酸的理化性质五、氨基酸的理化性质25(1)(1)茚三酮反应茚三酮反应4.4.化学性质化学性质五、氨基酸的理化性质五、氨基酸的理化性质26（2）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法）与甲醛的反应：氨基酸的甲醛滴定法RCHCOO-NH3+RCHCOO-NH2+H+OH-中和滴定中和滴定HCHORCHCOO-N

11、HCH2OHHCHORCHCOO-N(CH2OH)2应用：氨基酸定量分析应用：氨基酸定量分析甲醛滴甲醛滴 定定 法（间接滴定）法（间接滴定）A.直接滴定，终点直接滴定，终点pH过高过高（12），没有适当指示剂。），没有适当指示剂。B.与甲醛反应，滴定终点在与甲醛反应，滴定终点在9左左右，可用右，可用酚酞酚酞作指示剂。作指示剂。C.简单快速，一般用于测定蛋白简单快速，一般用于测定蛋白质的水解速度。质的水解速度。五、氨基酸的理化性质五、氨基酸的理化性质27（3）与）与2,4-二硝基氟苯二硝基氟苯(DNFB)的反应的反应NO2FO2N+H2NCHCOOHRNO2O2NHNCHCOOHR+HF弱碱性D

12、NP-氨基酸氨基酸(黄色）黄色）五、氨基酸的理化性质五、氨基酸的理化性质28Sanger 反应：反应：首先被英国的首先被英国的Sanger用来鉴定用来鉴定多肽、蛋白质多肽、蛋白质的的N末端氨基酸，所以也称末端氨基酸，所以也称Sanger 反应。反应。u 肽分子与肽分子与DNFB反应，得反应，得DNP-肽肽;u 水解水解DNP-肽，得肽，得DNP-N端氨基酸及其他游离氨基酸端氨基酸及其他游离氨基酸;u 分离分离DNP-氨基酸氨基酸(黄色黄色);u 层析法定性层析法定性DNP-氨基酸，得出氨基酸，得出N端氨基酸的种类、数目端氨基酸的种类、数目.29（4）与异硫氰酸苯酯（）与异硫氰酸苯酯（PITC）

13、的反应的反应 由由Edman于于1950年首先提出用于年首先提出用于N末端分析，又称末端分析，又称Edman降解法降解法N=C=S+NCHCOOHHHRPITCNCNCHCOOHHHRS（PTC-氨基酸）NCHRSNCCOPTH-氨基酸pH8.3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”30六、肽六、肽肽肽一个氨基酸的一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水氨基脱水缩合缩合而成的化合物。而成的化合物。氨基酸之间脱水后氨基酸之间脱水后形成的键称形成的键称肽键肽键（酰胺键酰胺键）。）。二肽、

14、二肽、。寡肽：寡肽：12-20个氨基酸残基个氨基酸残基多肽：多肽：20个以上个以上31成肽反应：成肽反应：oo32肽的表示法肽的表示法:N端：端：N端的氨基酸残基的端的氨基酸残基的-氨基未参与肽键的形成氨基未参与肽键的形成;C端端:C端的氨基酸残基的端的氨基酸残基的-羧基未参与肽键的形成。羧基未参与肽键的形成。写法和读法：写法和读法：规定书写方法为规定书写方法为N端端C端，端，例如：例如：Ala-Gly-Phe，读作：丙氨，读作：丙氨酰酰甘氨甘氨酰酰苯丙氨酸。苯丙氨酸。NH2-Ala-Gly-Phe-COOH，或，或H-Ala-Gly-Phe-OH，若有必要从若有必要从C端端N端写，则必须标明

15、，如（端写，则必须标明，如（C）Phe-Gly Ala（N）l请读出以下肽链请读出以下肽链33（1）谷光甘肽（）谷光甘肽（GSH）保护体内蛋白质、酶的巯基免遭保护体内蛋白质、酶的巯基免遭氧化氧化，使其处在活性状态使其处在活性状态34（2）促肾上腺皮质激素（）促肾上腺皮质激素（ACTH）39肽，活性部位为第肽，活性部位为第410位的位的7肽片段：肽片段：Met-Glu-His-Phe-Arg-Try-Gly。35（3）脑肽）脑肽脑啡肽具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。脑啡肽具有强烈的镇痛作用（强于吗啡），不上瘾。从猪脑中分离出了两种类型的脑啡肽：从猪脑中分离出了两种类型的脑啡肽：C端氨基酸

16、残基端氨基酸残基Met-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu36影片：影片：10737第二节第二节 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能一、蛋白质的一级结构（共价结构）一、蛋白质的一级结构（共价结构）二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构三、蛋白质结构与功能的关系三、蛋白质结构与功能的关系38实验证明：蛋白质的基本结构是由许多氨基实验证明：蛋白质的基本结构是由许多氨基酸通过酸通过肽键肽键按一定顺序连接形成的多肽链。按一定顺序连接形成的多肽链。目前已经知道的目前已经知道的蛋白质种类有蛋白质种类有100亿之多，亿之多，这

17、是因为它们的氨基酸组成和排列顺序不同这是因为它们的氨基酸组成和排列顺序不同而引起的。而引起的。蛋白质结构很复杂，人们为了研究方便，把蛋白质结构很复杂，人们为了研究方便，把蛋白质的蛋白质的结构分为四级，六个层次：结构分为四级，六个层次：3940蛋白质的结构：蛋白质的结构：一级结构一级结构高级结构或空间结构高级结构或空间结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构初级结构或化学结构初级结构或化学结构超二级结构超二级结构结构域结构域第二节第二节 蛋白质的结构及功能蛋白质的结构及功能 411.1.概念：概念：指蛋白质分子中多肽链上氨基酸指蛋白质分子中多肽链上氨基酸的连接方式和排列顺序。的连接方

18、式和排列顺序。一级结构是空间结构的基础，它决一级结构是空间结构的基础，它决定着蛋白质的空间结构。定着蛋白质的空间结构。（国际化学会规定）（国际化学会规定）2.2.连接方式：连接方式：共价键。主要是共价键。主要是肽键肽键,还有还有二硫键二硫键3.3.排列顺序：排列顺序：指从氨基末端开始各氨基酸的次序指从氨基末端开始各氨基酸的次序 4.4.举例：举例：牛胰岛素 肽键是一级肽键是一级结构中最重要的结构中最重要的连接键。在主链连接键。在主链中占中占 二硫键是连接肽二硫键是连接肽链内或肽链间的主要链内或肽链间的主要桥键。在蛋白质分子桥键。在蛋白质分子中起着稳定其空间结中起着稳定其空间结构的作用。构的作用

19、。二硫键往往与生物活力有关。二硫键往往与生物活力有关。数目：由51个氨基酸组成，由A、B两条链构成。A链由21个氨基酸组成。B链由30个氨基酸组成。A链和B链之间通过两对链间二硫键连接在一起；A链内还有一对链内二硫键。一、蛋白质的一级结构（共价结构）一、蛋白质的一级结构（共价结构）生物信息生物信息多样多样特异特异42第二节第二节 蛋白质的结构及功能蛋白质的结构及功能 一、蛋白质的一级结构（共价结构）一、蛋白质的一级结构（共价结构）空间结构空间结构空间结构空间结构二级结构二级结构三级结构三级结构四级结构四级结构超二级结构超二级结构超二级结构超二级结构结构域结构域结构域结构域二、蛋白质的空间结构二

20、、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）43（一）蛋白质空间结构的研究方法（一）蛋白质空间结构的研究方法 1 X-1 X-射线衍射法（射线衍射法（X-ray diffraction methodX-ray diffraction method）结晶结晶 2 2 核磁共振（核磁共振（NMRNMR）溶液中蛋白质构象溶液中蛋白质构象 3 3 光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱）光谱法（红外光谱、紫外差光谱、荧光光谱）4 4 旋光色散法（旋光色散法（optical optical rotatoryrotatory dispersion,ORD dispersion,ORD）5 5 圆二色性（圆二

21、色性（circular circular dichroismdichroism,CD,CD）6 6 氢同位素交换法氢同位素交换法 二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）44X-X-射线衍射法射线衍射法 简单原理简单原理 肌红蛋白结晶肌红蛋白结晶45（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构 1.1.二级结构的概念：二级结构的概念：指肽链的折叠和盘绕形成的特定的空间指肽链的折叠和盘绕形成的特定的空间构象。构象。(国际会议规定国际会议规定)2.2.实质实质:主链的走向主链的走向主链的走向主链的走向 3.3.主要化学键：主要化学键：氢键氢键氢键氢键4.4.特征：特征：一般

22、具规律或重复性的构象一般具规律或重复性的构象一般具规律或重复性的构象一般具规律或重复性的构象 规则构象：规则构象：例如例如例如例如-螺旋，螺旋，螺旋，螺旋，-折叠，折叠，折叠，折叠，-转角。转角。转角。转角。不规则构象：不规则构象：如自由回转，如自由回转，如自由回转，如自由回转，环环。基于肽键的性质和所形成基于肽键的性质和所形成基于肽键的性质和所形成基于肽键的性质和所形成的肽键平面的肽键平面的肽键平面的肽键平面(酰胺平面酰胺平面酰胺平面酰胺平面)科里科里鲍林鲍林二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）46B B B B 肽键平面肽键平面肽键平面肽键平面:肽键的肽键的肽键

23、的肽键的4 4 4 4个原子和与之相连的个原子和与之相连的个原子和与之相连的个原子和与之相连的2 2 2 2个个个个C C 形成肽形成肽形成肽形成肽平面，是多肽链主链骨架的重复单位。平面，是多肽链主链骨架的重复单位。平面，是多肽链主链骨架的重复单位。平面，是多肽链主链骨架的重复单位。肽键平面肽键平面/肽单元肽单元(peptide unit)C C C C C COON NR RHHR RHHHH0.153 nm0.153 nm0.132 nm0.132 nm0.146 nm0.146 nmA A A A 肽键性质肽键性质肽键性质肽键性质:由于原子共振的结果，使由于原子共振的结果，使由于原子共振

24、的结果，使由于原子共振的结果，使肽键具有部分双肽键具有部分双肽键具有部分双肽键具有部分双键性质，不能自由旋转键性质，不能自由旋转键性质，不能自由旋转键性质，不能自由旋转。C C C C 在酰胺平面中在酰胺平面中C=O与与N-H呈呈反式反式。47CC3C2C1CNNHHHOOR肽平面肽平面 1肽平面肽平面 2肽平面及其旋转肽平面及其旋转 、两面角两面角两面角两面角决定决定肽平面的相对位肽平面的相对位置，即肽链的构置，即肽链的构象象48-螺旋螺旋螺旋螺旋 (-helix)(-helix)-折叠折叠折叠折叠 (-(-pleated sheet)pleated sheet)-转角转角转角转角(-tur

25、n)(-turn)无规则卷曲无规则卷曲无规则卷曲无规则卷曲（random coilrandom coil）49 -螺旋（螺旋（-helix）（）（1951，Pauling）存在于存在于纤维纤维状状蛋白质蛋白质（角蛋角蛋白：白：皮肤、毛发、皮肤、毛发、指甲、和角）和指甲、和角）和球球状状蛋白质中。蛋白质中。多多肽肽链链沿沿长长轴轴卷卷曲曲而而成成的的有有规规则则的的棒棒状状结结构构称称为为-螺螺旋旋。是是最最早早被被发发现现的的二二级级结结构构，故故用用命命名名为为-螺螺旋旋。它它是是根根据据对对羊羊毛毛的的-角角蛋蛋白白质质的的X-射射线线衍射分析而发现的。衍射分析而发现的。50典型典型-螺旋

26、结构螺旋结构要点：要点：有右手和左手螺旋之分，天然蛋白有右手和左手螺旋之分，天然蛋白质绝大部分是质绝大部分是右手螺旋右手螺旋，较稳定；仅在，较稳定；仅在嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。嗜热菌蛋白酶中发现了一段左手螺旋。在同一肽链内相邻的螺圈之间形成在同一肽链内相邻的螺圈之间形成氢链氢链。在在-螺旋结构中，氨基酸残基以螺旋结构中，氨基酸残基以100角角围绕螺旋轴上升，两个相邻氨基酸的轴心围绕螺旋轴上升，两个相邻氨基酸的轴心距为距为1.5(0.15nm)，每圈有，每圈有3.6个个氨基酸，氨基酸，每一圈之间的轴心距为每一圈之间的轴心距为5.4(0.54nm)。稳定因素稳定因素：与它的氨基酸：与它的

27、氨基酸组成和排列组成和排列顺顺序有关。序有关。-螺旋的稳定性主要靠螺旋的稳定性主要靠氢键氢键来维来维持。持。如如Pro-弯曲或结节；弯曲或结节；Gly-难成两难成两面角；面角；Ile侧链庞大，空间位阻。侧链庞大，空间位阻。51举例：举例：角蛋白（角蛋白（keratin）-纤维状纤维状蛋白质蛋白质原纤丝 微纤维 巨原纤维 52典型的典型的-螺旋：螺旋：螺旋上升一圈氨基螺旋上升一圈氨基螺旋上升一圈氨基螺旋上升一圈氨基酸的残基数。酸的残基数。酸的残基数。酸的残基数。氢键闭合环所氢键闭合环所氢键闭合环所氢键闭合环所包含的原子数包含的原子数包含的原子数包含的原子数n ns s=3=3.6 61313非典

28、型的非典型的-螺旋螺旋：n ns s=3=3.0 010 10 或或n ns s=4=4.4 416 16 5354 存在于存在于存在于存在于纤维状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质(-角蛋白角蛋白角蛋白角蛋白：蚕丝、蜘蛛蚕丝、蜘蛛蚕丝、蜘蛛蚕丝、蜘蛛丝中丝心蛋白丝中丝心蛋白丝中丝心蛋白丝中丝心蛋白)和和和和球蛋白球蛋白球蛋白球蛋白中。中。中。中。-螺旋（螺旋（-helix）多肽链之间以多肽链之间以链内链内氢键氢键相连。相连。-折叠结构：折叠结构：指肽链中较伸展的曲折形成的指肽链中较伸展的曲折形成的主链呈主链呈锯锯齿状齿状的的层状结构层状结构。又称。又称-片层结构片层结构 -折叠（折叠

29、（-Pleated sheet）(19511951，Pauling,CoreyPauling,Corey）55-折叠结构折叠结构要点要点:-折叠主链骨架以一定的折叠形式折叠主链骨架以一定的折叠形式形成一个折叠的形成一个折叠的片层片层。在两条相邻的肽链之间形成在两条相邻的肽链之间形成氢键氢键。侧链侧链交错位于肽平面结构的上下方交错位于肽平面结构的上下方 -折叠有折叠有平行平行和和反平行反平行的两种形式的两种形式:每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是每一个氨基酸在主轴上所占的距离，平行的是0.325nm，反平行的是反平行的是0.35nm。伸展构象。伸展构象平行折叠略平行折叠略小于小于反平行折叠

30、反平行折叠。羰基羰基氨基氨基56举例：举例：丝心蛋白（也称丝蛋白，丝心蛋白（也称丝蛋白，fibroin）-纤维状纤维状蛋白质蛋白质是反平行的是反平行的-折叠片层结构折叠片层结构57平平平平行行行行反反反反向向向向平平平平行行行行请观察并找出以下各属于请观察并找出以下各属于-折叠折叠哪种形式？哪种形式？58-螺旋和螺旋和-折叠间的关系：折叠间的关系：-螺旋螺旋 -折叠折叠拉伸和盘曲的关系拉伸和盘曲的关系拉伸拉伸(湿、热湿、热)盘曲盘曲(干、冷干、冷)59 -折叠折叠 -螺旋螺旋 -转角转角(发夹结构发夹结构)结构特点：结构特点：是第一个氨基酸的是第一个氨基酸的C=OC=O上的氧原子与第四个氨基上

31、的氧原子与第四个氨基酸残基的酸残基的-NH-NH-上的氢原子形成氢键。上的氢原子形成氢键。是球状蛋白中多肽链作是球状蛋白中多肽链作180180度回折的构象。度回折的构象。l一般由一般由四四个氨基酸组成个氨基酸组成l 常见氨基酸：常见氨基酸：ProPro、GlyGlyl-转角经常出现在连接转角经常出现在连接反平行反平行-折叠折叠片的端头片的端头l以主链间以主链间氢键氢键维持稳定维持稳定l折叠成紧密的折叠成紧密的球蛋白球蛋白60指没有确定规律性的松散的肽链结构。指没有确定规律性的松散的肽链结构。该构象区域常常是酶的功能部位，因此，该构象区域常常是酶的功能部位，因此，近年来愈加受到人们的重视近年来愈

32、加受到人们的重视存在于球状蛋白质中存在于球状蛋白质中 -折叠折叠 -螺旋螺旋 -转角转角(发夹结构发夹结构)无规卷曲无规卷曲(自由回转、松散肽段自由回转、松散肽段)所谓无规律是所谓无规律是因为人们还没有发因为人们还没有发现它的规律。现它的规律。61 -折叠折叠 -螺旋螺旋 -转角转角(发夹结构发夹结构)无规卷曲无规卷曲(自由回转、松散肽段自由回转、松散肽段)(5)环环l普存于普存于球状球状蛋白质中的蛋白质中的新的新的二二级结构级结构l总是出现在蛋白质分子的总是出现在蛋白质分子的表面表面l可能在可能在分子识别分子识别中起重要作用。中起重要作用。62（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构 二

33、、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）（三）蛋白质的超二级结构、结构域（三）蛋白质的超二级结构、结构域(1973,Rossman)（一）蛋白质空间结构的研究方法（一）蛋白质空间结构的研究方法 是近年来引入的二级结构至是近年来引入的二级结构至三级结构层次的一种过渡态构象三级结构层次的一种过渡态构象层次层次1.1.超二级结构超二级结构 在结构层次上高于二级在结构层次上高于二级在结构层次上高于二级在结构层次上高于二级结构，但没有聚集成具有功结构，但没有聚集成具有功结构，但没有聚集成具有功结构，但没有聚集成具有功能的结构域。能的结构域。能的结构域。能的结构域。指若干相邻的二级结

34、构单元组指若干相邻的二级结构单元组合在一起，相互作用，形成有规则的（在空间上可辨合在一起，相互作用，形成有规则的（在空间上可辨认的）二级结构组合体。认的）二级结构组合体。常见类型：常见类型：、-曲折、曲折、-折叠筒等。折叠筒等。63（1）：是两个是两个-螺旋互相缠绕，形成一个左手超螺旋互相缠绕，形成一个左手超螺旋。螺旋。64（2）：是两段的是两段的-折叠通过一段连接链折叠通过一段连接链连接而形连接而形成的结构。成的结构。l为为-螺旋螺旋则为则为；最常见的为两个最常见的为两个聚集体连在一聚集体连在一起形成起形成 结构，称结构，称Rossman折叠折叠。Rossman折叠折叠l为为-折叠，则为折叠

35、，则为。l为无规卷曲，则为为无规卷曲，则为c。c65（3）-曲折（曲折（-meander）：）：是三条或三条以上反平行的是三条或三条以上反平行的-折叠通过短链，如折叠通过短链，如-转转角相连。角相连。66（4）-折叠筒（折叠筒（-sheat barrel）：）：由多条由多条-折叠链所构成的折叠链所构成的-折叠片，再卷成一个折叠片，再卷成一个圆筒状的结构。圆筒状的结构。6768（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构 二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）（三）蛋白质的超二级结构、结构域（三）蛋白质的超二级结构、结构域(1973,Rossmann)（一）蛋白质空间结

36、构的研究方法（一）蛋白质空间结构的研究方法 1.1.超二级结构超二级结构 2.2.结构域结构域 是球状蛋白质的折叠单位。是球状蛋白质的折叠单位。在超二级结构基础上，多在超二级结构基础上，多肽链进一步绕曲折叠成肽链进一步绕曲折叠成（空间可以区分的）近似球状的三（空间可以区分的）近似球状的三维实体。维实体。在空间上结构域之间彼此分隔，几个相对独立的在空间上结构域之间彼此分隔，几个相对独立的结构域再结构域再缔合成缔合成三级结构。而且各自具有部分生物学三级结构。而且各自具有部分生物学功能。功能。69（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构 二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维

37、结构）（三）蛋白质的超二级结构、结构域（三）蛋白质的超二级结构、结构域（一）蛋白质空间结构的研究方法（一）蛋白质空间结构的研究方法（四）蛋白质的三级结构（四）蛋白质的三级结构1.1.三级结构三级结构即多肽链中所有原子即多肽链中所有原子(包括主链和侧链包括主链和侧链)在三维空间的排布方式。在三维空间的排布方式。在二级结构在二级结构 、超二级结构和结构域基础上，多肽、超二级结构和结构域基础上，多肽链进一步盘绕折叠形成更为复杂的球状实体。链进一步盘绕折叠形成更为复杂的球状实体。蛋白质可能含有蛋白质可能含有1 1个或多个结构域。个或多个结构域。一般只有三级结构以上的蛋白质才具有一般只有三级结构以上的蛋

38、白质才具有生物活性生物活性。702.形成三级结构的力：形成三级结构的力：l非共价键：非共价键：疏水键疏水键、氢键、离子键（盐键）、范德华力。l天然球状蛋白质分子中，非极性基因非极性基因R R在分在分子内部，极性基因子内部，极性基因R R在外部在外部，所以蛋白质分蛋白质分子内部的疏水键相互作用，是维持三级结子内部的疏水键相互作用，是维持三级结构最重要的作用力。构最重要的作用力。疏水键：疏水键：(疏水作用、疏水力疏水作用、疏水力疏水作用、疏水力疏水作用、疏水力)是非极性基团在极是非极性基团在极是非极性基团在极是非极性基团在极性溶剂中的一种优势缔合。性溶剂中的一种优势缔合。性溶剂中的一种优势缔合。性

39、溶剂中的一种优势缔合。3.举例：举例：鲸肌红蛋白的鲸肌红蛋白的X射线衍射图谱射线衍射图谱71肌红蛋白肌红蛋白(1)肌红蛋白是由肌红蛋白是由一条一条多肽链折叠盘绕成多肽链折叠盘绕成近似近似球状球状的构象。的构象。(2)主链的主链的80%左右是左右是右手螺旋右手螺旋，其余为，其余为无规卷曲无规卷曲，一条多肽链共有，一条多肽链共有8个螺旋区个螺旋区（A、B、C、D、E、F、G、H），），7个个非螺旋区（二个在末端，中间有五个）。非螺旋区（二个在末端，中间有五个）。(3)氨基酸残基的氨基酸残基的亲水基团亲水基团几乎全部分几乎全部分布在分子的表面，而疏水基团几乎全部在布在分子的表面，而疏水基团几乎全部在

40、分子的内部。分子的内部。(4)血红素辅基血红素辅基垂直地伸出分子表面，垂直地伸出分子表面，通过一个通过一个His残基和分子内部相连。残基和分子内部相连。724.球状蛋白质二、三级结构共同的特点：球状蛋白质二、三级结构共同的特点：(1)在球状蛋白质分子中在球状蛋白质分子中,一条多肽链往往通过一部一条多肽链往往通过一部分分-螺旋螺旋，一部分，一部分-折叠折叠，一部分，一部分-转角转角和和无规卷无规卷曲等曲等使肽链折叠盘绕成近似使肽链折叠盘绕成近似球状球状的构象。的构象。(2)球状蛋白质的大多数球状蛋白质的大多数极性侧链极性侧链总是暴露在分子总是暴露在分子表面形成表面形成亲水面亲水面，而大多数，而大

41、多数非极性侧链非极性侧链总是埋在分总是埋在分子内部形成子内部形成疏水核疏水核。(3)球状蛋白质的表面往往有内陷的空穴，空穴周球状蛋白质的表面往往有内陷的空穴，空穴周围有许多疏围有许多疏 水侧链，是疏水区，这水侧链，是疏水区，这空穴空穴往往是酶的往往是酶的活性部位活性部位或蛋白质或蛋白质 的的功能部位功能部位。73（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构 二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）（三）蛋白质的超二级结构、结构域（三）蛋白质的超二级结构、结构域（一）蛋白质空间结构的研究方法（一）蛋白质空间结构的研究方法（四）蛋白质的三级结构（四）蛋白质的三级结构（五）蛋

42、白质的四级结构（五）蛋白质的四级结构74（五）（五）四级结构四级结构 1.四级结构四级结构指各亚基间的空间排布及相互关系。指各亚基间的空间排布及相互关系。四级结构是由两条及两条以上具有独立三级结构的四级结构是由两条及两条以上具有独立三级结构的肽链通过非共价键聚合而成。（每一条肽链称为一肽链通过非共价键聚合而成。（每一条肽链称为一个亚基个亚基）2.特点特点：是由多个亚基聚集而成的是由多个亚基聚集而成的寡聚蛋白寡聚蛋白 亚基可以相同，也可以不同亚基可以相同，也可以不同 形状多为球形形状多为球形 往往有明显的对称组合往往有明显的对称组合 形成的力形成的力:主要是次级键主要是次级键(非共价键非共价键)

43、。753.举例：举例：血红蛋白四级结构（血红蛋白四级结构（Max.Perutz）血红蛋白是由四个亚基组成，血红蛋白是由四个亚基组成，2个个-亚基亚基，2个个-亚基亚基，每，每个亚基由一条个亚基由一条多肽链多肽链与一个与一个血红素辅基血红素辅基组成组成。个亚基以。个亚基以正正四面体四面体的方式排列，彼此之间以的方式排列，彼此之间以非共价键非共价键相连（主要是相连（主要是离子键、离子键、氢键氢键）。76（二）蛋白质的二级结构（二）蛋白质的二级结构 二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）（三）蛋白质的超二级结构、结构域（三）蛋白质的超二级结构、结构域（一）蛋白质空间结构的研

44、究方法（一）蛋白质空间结构的研究方法（四）蛋白质的三级结构（四）蛋白质的三级结构（五）蛋白质的四级结构（五）蛋白质的四级结构（六）（六）维持空间结构的作用力维持空间结构的作用力维持空间结构的作用力维持空间结构的作用力次级键次级键次级键次级键F1.氢键：氢键：-CO H N-F2.离子键（盐键、静电引力）离子键（盐键、静电引力）F3.范德华力范德华力F4.4.疏水作用疏水作用(力、键力、键)在二至四级结构中都有。不仅链在二至四级结构中都有。不仅链内有，链间有，亚基间也存在，是蛋内有，链间有，亚基间也存在，是蛋白质中最为重要的次级键。白质中最为重要的次级键。是是R R基解离后带正或负的电荷基解离后

45、带正或负的电荷,二者二者通过静电吸引而形成。通过静电吸引而形成。在亚基间的聚合及维持特定的三在亚基间的聚合及维持特定的三级构象中具有重要作用。级构象中具有重要作用。是一些基团空间距离较近彼是一些基团空间距离较近彼此产生的一种吸引力。作用范围此产生的一种吸引力。作用范围虽然几虽然几，但在分子内有限的空间，但在分子内有限的空间中许多因素能形成这种力，对维中许多因素能形成这种力，对维持空间结构起一定的作用。持空间结构起一定的作用。是一些非极性基团在极性溶剂是一些非极性基团在极性溶剂中的优势缔合。它们能避开水相，中的优势缔合。它们能避开水相，自相聚集在一起形成一个疏水区域。自相聚集在一起形成一个疏水区

46、域。疏水作用对维持三级结构的稳疏水作用对维持三级结构的稳疏水作用对维持三级结构的稳疏水作用对维持三级结构的稳定中起着重要的作用定中起着重要的作用定中起着重要的作用定中起着重要的作用775.蛋白质分子中的共价键与次级键蛋白质分子中的共价键与次级键共价键共价键次级键次级键化学键化学键 肽键肽键一级结构一级结构氢键氢键二硫键二硫键二、三、四级结构二、三、四级结构疏水作用疏水作用盐键盐键范德华力范德华力三、四级结构三、四级结构78a 离子键离子键 b 氢键氢键 c c 疏水键疏水键 d d 范德华引力范德华引力79第二节第二节 蛋白质的结构及功能蛋白质的结构及功能 一、蛋白质的一级结构（共价结构）一、

47、蛋白质的一级结构（共价结构）三、三、蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构（三维结构）（三维结构）80三、三、蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 每种蛋白质都有其特定的结构每种蛋白质都有其特定的结构,以完成其特定的功能。蛋白质的结以完成其特定的功能。蛋白质的结构和功能是相适应的构和功能是相适应的,二者之间具有二者之间具有高度的统一性。高度的统一性。1.一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系l一级结构决定空间结构一级结构决定空间结构l生物进化与种属差异生物进化与种属差异l分子病分子病811.一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系 一级结

48、构决定空间结构一级结构决定空间结构 一级结构与种属差异一级结构与种属差异例：细胞色素例：细胞色素C C它是由一条肽链（它是由一条肽链（104104个和血红个和血红素）组成蛋白质。主要生理功能：是在生物氧化素）组成蛋白质。主要生理功能：是在生物氧化过程中传递电子，现对近百种生物的细胞色素进过程中传递电子，现对近百种生物的细胞色素进行研究发现，行研究发现，亲缘关系越近，其结构越相近亲缘关系越近，其结构越相近。根据这一特征，目前己使用其对细胞色素进根据这一特征，目前己使用其对细胞色素进行分类。行分类。对不同机体中表现同一功能对不同机体中表现同一功能的蛋白质的一级结构分析表的蛋白质的一级结构分析表明，

49、种属差异十分明显。明，种属差异十分明显。82(3)(3)分子病分子病 一级结构决定空间结构一级结构决定空间结构 一级结构与种属差异一级结构与种属差异是从分子水平发生病变而引起的疾病。是从分子水平发生病变而引起的疾病。实质是基实质是基因结构错误导致蛋白质表因结构错误导致蛋白质表达异常，一级结构中氨基酸排列顺序改变达异常，一级结构中氨基酸排列顺序改变引起功能的改变和丧失的发生的疾病。引起功能的改变和丧失的发生的疾病。典型病例典型病例 镰刀型血红细胞贫血病镰刀型血红细胞贫血病1.一级结构与功能的关系一级结构与功能的关系83 在在在在574574574574个氨基酸中仅仅一个个氨基酸中仅仅一个个氨基酸

50、中仅仅一个个氨基酸中仅仅一个氨基酸被改变，就引起了细胞氨基酸被改变，就引起了细胞氨基酸被改变，就引起了细胞氨基酸被改变，就引起了细胞结构和功能的改变。结构和功能的改变。结构和功能的改变。结构和功能的改变。细胞易胀破、发生溶血、细胞易胀破、发生溶血、细胞易胀破、发生溶血、细胞易胀破、发生溶血、运氧机能降低，出现头昏、运氧机能降低，出现头昏、运氧机能降低，出现头昏、运氧机能降低，出现头昏、胸闷等贫血症状。胸闷等贫血症状。胸闷等贫血症状。胸闷等贫血症状。84-链1234567Hb-AVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-SVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-LysO