第02章蛋白质2

第二章第二章 蛋白质化学蛋白质化学第二部分 蛋白质的结构与性质蛋白质的四级结构蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构2.3 蛋白质的结构蛋白质的结构具有多种结构层次，包括 一级结构 和 空间结构 ，空间结构又称为构象。空间结构包括 二级结构、三级结构和四级结构 。在二级与三级之间还存在 超二级结构 和 结构域 这两个结构层次。一、蛋白质的一级结构 2.3 蛋白质的结构定义： 蛋白质的一级结构（ Primary structure）又称为共价结构或化学结构。它是蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的定位。特点：1) 分子呈链状结构2) 主要的化学键： 肽键 和 二硫键2.3 蛋白质的结构（一）肽键与肽链 (重点)1.肽键： 一个氨基酸的 -COOH 和相邻的另一个氨基酸的-NH2脱水形成共价键。肽键的特点： 1)稳定性高。 具有部分双键的性质，不能自由旋转。 构成肽键的四个原子处于肽平面上2. 氨基酸以肽键连接起来叫 肽。肽是一大类物质：1）两个氨基酸组成的肽叫 二肽 ；2）三个氨基酸组成的肽叫 三肽 ；3）多个氨基酸组成的肽叫 多肽 ；1) 氨基酸借肽键连成长链，称为 肽链（ peptide） ，肽链两端有自由 -NH2和 -COOH， 自由 -NH2端称为 N-末端 （氨基末端），自由 -COOH端称为 C-末端 （羧基末端）；2) 构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为 氨基酸残基 ；3) 肽链中的氨基酸的排列顺序，一般 -NH2端开始，由N指向 C， 即 多肽链有方向性 ， N端为头， C端为尾。肽的有关重要概念N端 /氨基末端 C端 /羧基末端肽键和肽的结构4）肽链空间构象的 基本结构单位 为 肽平面或肽单位。所谓的肽平面是指肽链中从一个 C原子到另一个 C原子之间的结构， 共包含 6个原子 （ C、 C、O、 N、 H、 C）， 它们在空间共处于同一个平面。(二 ) 生物体内几种常见的多肽1、肌肽（二肽）和脑啡肽（五肽）：缓冲剂和镇痛。2、谷胱甘肽（ GSH）：由 Glu， Cys， Gly组成功能： (1) 参与生物体内的氧化还原反应。(2) 保护硫基酶的作用(3) 防止过氧化物积累的作用2.3 蛋白质的结构F Sanger, EOP Thompson. Biochem J, 53 (1953) 353-366.2.3 蛋白质的结构Frederick Sanger获得过 两次 Nobel化学奖，分别是 1960年 测定蛋白质 胰岛素(insulin) 的一级结构和 1980年 测定 DNA的一级结构2.3 蛋白质的结构F. SangerFrederick Sanger构型： 手性碳原子所连接的四个不同的原子或原子团在空间的两种不同的排布方式：即 D型 和 L型 。构型的改变涉及共价键的破坏和形成，与氢键无关。构象： 由几个碳原子组成的分子 ,因一些单键的旋转而形成的不同碳原子上各取代基团或原子的空间排列。构象的改变不涉及共价键的破坏，仅是单键的旋转 ,但与氢键及其它次级键的破坏形成有关。(一 ) 构型和构象二、蛋白质的二级结构 (二 ) 蛋白质的构象变化的分子基础1. 维持蛋白质三维结构的作用力 (重点 ) 次级键氢键、疏水作用、离子键、范德华力、配位键2. 构象变化还与肽平面有关(三 ) 蛋白质二级结构 (重点 )： 蛋白质主链某些肽段，借助氢键沿着某个轴盘绕折叠，形成有周期性的构象主要有： -螺旋 (-helix ) ， -折叠 (-pleatecl sheet) ， -转角 (-turn) ， 无规则卷曲 (nonregular coil) 。 本课主要介绍 -螺旋和 -折叠。2.3 蛋白质的结构1、 -螺旋 (-helix) 2.3 蛋白质的结构-螺旋结构要点 (重点 )：1. 每个 AA残基 的 -NH和位于其前面第四个 aa残基的 C=O形成氢键2. 绕中心轴螺旋，每圈周期 3.6 aa， 0.54 nm。3. 100/aa， 0.15 nm/aa4. 残基侧链向外做辐射状排列5. 大多位右手，也有左手 (极少 )6. 遇到 Pro时，自然中断形成的一个结节 (kink)。2.3 蛋白质的结构2.3 蛋白质的结构Pauling and Corey with their model of the alpha helix, 1951. 2.3 蛋白质的结构The 1954 Nobel Prize in Chemistry/The 1962 Nobel Peace PrizeLinus Pauling (1901-1994)2、 -折叠 (-pleated sheet): 若干条肽链或一条肽链的若干肽段通过氢键结合形成的平行或反平行锯齿状片层结构。2.3 蛋白质的结构-折叠结构要点特征 (重点 )：1) 主链平行或反平行的方式排列在一起，依赖 -C=O和-NH形成氢键 构象呈锯齿状排列 氢键垂直于中心轴 R基团交替位于片层的上，下方。侧链向外，形成疏水环境。3、超二级结构 (重点 ) (super secondary structure)：蛋白质中几个相邻的（不一定是一级结构上邻近的）二级结构单位组合在一起，形成有规则的在空间上能辨认的二级结构组合体1) ： 两个 -helix彼此缠绕形成的，主要存在 -角蛋白中。2) X： X可以是 -helix或无规则卷曲 (nonregular coil）， 主要存在与一些酶当中。3) ： 三条或更多反平行式 -转角或其他肽段连接而成主要存在一些酶和抗体中。2.3 蛋白质的结构aa2.3 蛋白质的结构bC D发夹、 曲折 折叠桶 4、结构域 (重点 )（ structural domain）：在二级结构基础上，多肽链进一步卷曲折叠形成点一个相对独立，近似球形的组装体。结构域特点：1) 对某些较小分子来说，结构域就是三级结构（只有一个结构域） 往往是活性中心，如酶与抗体。2.3 蛋白质的结