动物生物化学1蛋白质的结构与功能.ppt

第二章蛋白质的结构与功能 StructureandFunctionofProteins 蛋白质在生命活动中的重要作用蛋白质的化学组成蛋白质的分子结构多肽 蛋白质结构与功能的关系蛋白质的物理化学性质和分离与鉴定 本章主要内容 第一节蛋白质在生命活动中的作用 一 蛋白质的生理作用1 催化作用2 运输作用3 运动作用4 机械支持作用5 代谢调节6 防御抑制7 能量转换8 基因表达与调控9 维持组织的生长 更新和修补 二 蛋白质的分类 一 按形状分纤维状蛋白质 长轴是短轴的10倍以上 多为结构蛋白 如结缔组织中的胶原蛋白球状蛋白质 近似球形或椭圆形 多数可溶于水 许多具有生理活性的蛋白如酶 转运蛋白 蛋白类激素及免疫球蛋白等 二 按结构和功能分简单蛋白 simpleprotein 仅有蛋白质组成的结构简单的蛋白质结合蛋白 conjugatedprotein 在蛋白质分子中除了含有氨基酸成分外 还要有其他的成分的存在 才能保证蛋白质的正常生物活性的蛋白质 简单蛋白质 结合蛋白 第二节蛋白质的化学组成 一 蛋白质的元素组成二 蛋白质的基本结构单位和其它组分三 氨基酸 一 氨基酸的基本结构和构型 二 氨基酸的分类 三 稀有氨基酸 四 非蛋白质的氨基酸 五 氨基酸的主要理化性质 一 蛋白质的元素组成 所有蛋白质均含有C 50 55 H 6 1 7 0 O 23 N 16 某些蛋白质含有 S 0 3 P个别蛋白质含有 Zn Fe Cu等金属元素 二 构成蛋白质的基本结构单位 氨基酸 AminoAcid 一 氨基酸的基本结构和构型存在自然界氨基酸有300种 组成动物体氨基酸有20种1 均为 氨基酸 除脯氨酸 2 均为L 氨基酸 除甘氨酸 L 氨基酸通式 二 氨基酸的分类 按R侧链极性和电荷不同 分为四大类不带电荷极性氨基酸 Gly Ser Thr Cys Thr Asn Gln带负电荷极性氨基酸 Asp Glu带正电荷极性氨基酸 His Arg Lys非极性氨基酸 Ala Val Leu Ile Pro Phe Trp Met 三 稀有氨基酸 2 组成蛋白质的20种氨基酸 四 氨基酸的主要理化性质 1氨基酸的光吸收特征 各种氨基酸在可见区都没有光吸收在紫外光区最大吸收波长分别色氨酸Trp 279酪氨酸Tyr 278苯丙氨酸phe 259nm 2 氨基酸的两性解离与等电点 氨基酸是两性电解质 氨基酸在结晶形态或在水溶液中 并不是以游离的羧基或氨基形式存在 而是离解成两性离子 在两性离子中 氨基是以质子化 NH3 形式存在 羧基是以离解状态 COO 存在 氨基酸是两性电解质 氨基酸的等电点 Isoelectricpoint PI 氨基酸所带净电荷为零时溶液的pH值 第三节蛋白质的化学结构 一 肽键和肽二 蛋白质的一级结构三 蛋白质的高级结构 一 肽单位 酰胺平面 二 非共价键 非共价相互作用力 三 二级结构 四 超二级结构 五 结构域 六 三级结构 七 四级结构 一 肽键 peptidebond 和肽 peptide 肽键 蛋白质分子中 由前一个氨基酸的 COOH和后一个氨基酸的 NH2脱水缩合而成的酰胺键 是蛋白质结构中的主价键 肽 由肽键形成的化合物 二肽 三肽 寡肽 多肽 polypeptide 和多肽链 polypeptidechain 在多肽链中 氨基酸残基按一定的顺序排列 这种排列顺序称为氨基酸顺序在多肽链的一端含有一个游离的 氨基 称为氨基端或N 端 在另一端含有一个游离的 羧基 称为羧基端或C 端 多肽链上不完整的氨基酸 称为氨基酸残基 二 蛋白质的一级结构 一 蛋白质的一级结构 proteinprimarystructure 蛋白质多肽链氨基酸的组成和排列顺序 又称蛋白质的初级结构 二 一级结构的表示 氨基酸的顺序是从N 端的氨基酸残基开始 以C 端氨基酸残基为终点的排列顺序 如上述五肽可表示为 Ser Val Tyr Asp Gln 胰岛素的一级结构 第四节蛋白质的高级结构 蛋白质的结构层次肽单位平面结构和二面角维持蛋白质分子构象的化学键二级结构超二级结构结构域三级结构四级结构 一 蛋白质结构的层次 结构极其复杂 具有明显的结构层次层次一级结构 多肽链上的氨基酸排列顺序 二级结构 多肽链主链骨架的局部空间结构 超二级结构 二级结构单位的集合体 结构域 多肽链上可以明显区分的球状区域 三级结构 整个多肽链上所有原子的空间排布 四级结构 由球状亚基或分子缔和而成的集合体 二 肽单位平面结构和二面角 一 肽单位平面结构的特征肽单位 peptideunit 肽链主链上的重复结构 如C CO NH C 称为肽单位或肽单元 肽平面 peptideplane 肽链主链的肽键C N具有双键的性质 因而不能自由的旋转 使连接在肽键上的六个原子共处于一个平面上 此平面称为肽平面 二 两面角 dihedralangle 在多肽链里 C 碳原子刚好位于互相连接的两个肽平面的交线上 C 碳原子上的C N和C C都是单键 可以绕键轴旋转 其中以C N旋转的角度称为 而以C C旋转的角度称为 这就是 碳原子上的一对二面角 三 维持蛋白质分子构象的化学键 氢键 b 离子键 a 疏水作用力 c 范德华引力 d 配位键 二硫键 e 蛋白质分子构象主要靠非共价键维持 四二级结构 secondarystructure 指多肽链主链在一级结构的基础上进一步的盘旋或折叠 形成的周期性构象 维系二级结构的力是氢键 二级结构的主要形式 螺旋 折叠 转角 转角 无规卷曲 1 螺旋 helix 肽链主链骨架围绕中心轴盘绕成螺旋状 称为 螺旋 典型的 螺旋的结构是 1 外观似棒状 肽链的主链绕C 相继旋转一定角度 形成紧密的螺旋 侧链伸向外侧2 每3 6个氨基酸残基上升一圈 每个氨基酸残基绕轴旋转1000 每圈使轴上升0 54nm 0 15nm 氨基酸残基 这种典型的 螺旋简写为3 613 3 每一个氨基酸残基上的亚氨基氢 N H 与前面第四个氨基酸残基上的羰基氧 C O 之间形成链内氢键 在氢键封闭的环内 有13个原子 CO N C C 3 NH 4 大多数天然蛋白质都是右手 螺旋 2 折叠 sheet 多肽链中一段较伸展的周期性折叠的锯齿形的主链构象 折叠有两种类型 即平行结构和反平行结构 平行结构 反平行结构 3 转角 turn 又称为 回折 弯曲或发卡结构是多肽链1800回折处的特殊结构 在 转角中弯曲的第一个氨基酸残基的C O和第四个氨基酸残基的N H之间形成一个氢键 无规卷曲 randomcoil 指蛋白质的肽链中没有确定规律性的那部分肽段构象 它的结构比较松散 这种结构和 螺旋 折叠 转角比较起来是不规则的 但对于一些蛋白质分子来讲 特定的无规卷曲构象是不能被破坏的 否则就失去活性 转角 turnangle 也存在于蛋白质180回折处 是由3个连续的氨基酸残基组成 第一个和第三个残基之间形成两个氢键以维持其结构的稳定 五 超二级结构 supersecondarystructure 球状蛋白质分子中的一级结构顺序上相邻的二级结构常常在三维折叠中相互靠近 彼此作用 在局部区域形成规则的二级结构的聚合体 常见的超二级结构类型 六 结构域 domain 在较大的蛋白质分子里 多肽链的三维折叠常常形成两个或多个松散连接的近似球状的三维实体 这些实体就称为结构域 丙酮酸激酶的一个结构域 七 三级结构 蛋白质的三级结构 tertiarystructure 指一条多肽链在二级结构 超二级结构及结构域 的基础上 进一步盘绕 折叠而成的具有特定肽链走向的紧密球状结构 或者说三级结构是指多肽链中所有原子的空间排布 维系三级结构的力有疏水作用力 氢键 范德华力 盐键 八 四级结构 蛋白质的四级结构 quaternarystructure 四级结构指亚基的种类 数目及各个亚基在寡聚蛋白中的空间排布和亚基之间的相互作用 维系四级结构的力疏水作用力 氢键 范德华力 盐键 静电作用力 Hb hemeglobin 的四级结构 第五节多肽 蛋白质结构与功能的关系 一级结构与功能的关系 分子病高级结构与功能的关系 变 复性理论 变构理论 一 一级结构与功能的关系 1 一级结构多肽链中个别氨基酸改变可能改变功能 2 关键肽端的改变导致功能改变ACTH 促肾上腺皮质激素 SYSMEHFRWGKPVGKKRRPVKVYPNGAEDELAEAFPLEF 3 一级结构反映物种的进化 分子进化 细胞色素C的种属差异性 以人为标准 4 一级结构改变引起分子病 最早从分子水平证明的先天性遗传病 镰刀形红细胞贫血症 二 高级结构与功能的关系 蛋白质变性 proteindenaturation 物理的和化学的因素使天然蛋白质失去原有的理化性质和生物学活性的作用 蛋白质的变性作用只是三维构象的改变 不涉及一级结构的改变 包括可逆和不可逆变性 变性蛋白的特征 溶解度降低黏度变化易被酶水解凝固生物学活性丧失 牛胰Rnase的可逆变性 蛋白质的复性 renaturation 变性了的蛋白质在一定的条件下可以重键其天然构象 恢复其生物活性的现象 如牛胰RNase 二 蛋白质的变构与血红蛋白的输氧功能变构作用 allostericeffect 是指对于多亚基的蛋白质或酶 效应剂作用