生物化学蛋白质2

1、蛋白质化学蛋白质化学2.1 氨基酸2.2 肽2.3 蛋白质的分子结构2.4 蛋白质结构和功能的关系2.5 蛋白质的重要性质2.6 蛋白质的分类2.7 蛋白质的分离与鉴定蛋白质化学蛋白质化学2.2 肽(peptide)（p27）蛋白质化学蛋白质化学肽肽(peptide)(peptide)肽键肽键(peptide bond)(peptide bond)肽链肽链(peptide chain)(peptide chain)肽的命名肽的命名肽的性质肽的性质生物活性肽生物活性肽我们将要学到的我们将要学到的蛋白质化学蛋白质化学肽键肽键(酰胺键酰胺键)二肽二肽蛋白质化学蛋白质化学一、肽和肽链一、肽和肽链(pe

2、ptide chain)(peptide chain)的结构及命名的结构及命名1 1、肽和肽链的结构、肽和肽链的结构MetAspLeuTyrNC蛋白质化学蛋白质化学肽肽是由氨是由氨基酸通过肽基酸通过肽键缩合而形键缩合而形成的化合物成的化合物肽键将氨肽键将氨基酸与氨基基酸与氨基酸酸头尾相连头尾相连氨基酸残氨基酸残基基(residue)(residue)MetAspLeuTyrNC蛋白质化学蛋白质化学 多肽链的骨多肽链的骨架均由重复的架均由重复的肽单位排列而肽单位排列而成，称为成，称为肽主肽主链链(backbone)(backbone)。MetAspLeuTyrNC蛋白质化学蛋白质化学多肽链有两端

3、多肽链有两端N N末端末端: :多肽多肽链中有链中有的一的一端端C C末端末端: :多肽多肽链中有链中有的一的一端端MetAspLeuTyrNC蛋白质化学蛋白质化学2 2、命名、命名 根据参与其组成的氨基酸残基来确定的，规定根据参与其组成的氨基酸残基来确定的，规定从肽链的从肽链的NHNH2 2末端氨基酸残基开始，称为末端氨基酸残基开始，称为某氨酰某氨某氨酰某氨酰酰某氨基酸某氨基酸。 氨基酸的顺序是从氨基酸的顺序是从N N- -端的氨基酸残基开始，以端的氨基酸残基开始，以C C- -端氨基酸残基为终点的排列顺序。端氨基酸残基为终点的排列顺序。蛋白质化学蛋白质化学如上述五肽可表示为：如上述五肽可表

4、示为：Ser Gly Tyr Ala Leu丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸TyrGlyGlyPheMet酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（脑啡肽）酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（脑啡肽）例如：例如：蛋白质化学蛋白质化学二、肽的性质二、肽的性质具有两性解离的性质具有两性解离的性质pKpK1 1 ：羧基游离氨基酸，酸性低羧基游离氨基酸，酸性低 pKpK2 2 : : 氨基游离氨基酸，碱性弱氨基游离氨基酸，碱性弱 pKpKR R: :侧链基团（侧链基团（R R）的变化不大）的变化不大肽的化学反应与氨基酸一样肽的化学反应与氨基酸一样双缩脲反应双缩脲反应 含有两个以上肽键

5、的化合物在碱性溶液中与含有两个以上肽键的化合物在碱性溶液中与CuCu2+2+生成生成紫红色到蓝紫色紫红色到蓝紫色的络合物，可用以测定的络合物，可用以测定多肽和蛋白质含量。多肽和蛋白质含量。蛋白质化学蛋白质化学三、生物活性肽三、生物活性肽 p28p281 1、很多动物激素、很多动物激素2 2、某些抗菌素、某些抗菌素3 3、谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH，3 3肽）肽）蛋白质化学蛋白质化学 谷胱甘肽主谷胱甘肽主要生理功能：要生理功能：某些氧化还原酶某些氧化还原酶的辅酶，对巯基的辅酶，对巯基酶的酶的SHSH基有保基有保护作用，且有防护作用，且有防止过氧化物累积止过氧化物累积的功能。的功能。-蛋白质

6、化学蛋白质化学氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽（GSSG）还原型谷胱甘肽（还原型谷胱甘肽（GSH）谷胱甘肽还原酶谷胱甘肽还原酶蛋白质化学蛋白质化学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+ 谷胱甘肽主要生理功能：作为电子传递体参与植谷胱甘肽主要生理功能：作为电子传递体参与植物体内的电子传递。物体内的电子传递。蛋白质化学蛋白质化学阿斯巴甜糖阿斯巴甜糖 天天( (门门) )冬氨酰苯丙氨酸甲酯冬氨酰苯丙氨酸甲酯( (一种约比蔗糖甜一种约比蔗糖甜200200倍的甜味剂倍的甜味剂) )蛋白质化学蛋白质化学2.3 蛋白质的分子结构蛋白质化学

7、蛋白质化学 一级结构一级结构: : 氨基酸序列和二硫键的位置氨基酸序列和二硫键的位置 二级结构：主链规律的空间排列二级结构：主链规律的空间排列 ( (-螺旋螺旋, -, -折叠折叠) )超二级结构超二级结构结构域（结构域（domaindomain） 三级结构：三级结构： 三维空间折叠三维空间折叠 四级结构：多肽链间的相互关系四级结构：多肽链间的相互关系维持蛋白质空间结构稳定的因素维持蛋白质空间结构稳定的因素我们将要学到的我们将要学到的蛋白质化学蛋白质化学高级结构高级结构蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括一级结构一级结构(primary (primary structure)structu

8、re)二级结构二级结构(secondary (secondary structure)structure)三级结构三级结构(tertiary (tertiary structure)structure)四级结构四级结构(quaternary(quaternary structure) structure) 超二级结构超二级结构结构域结构域蛋白质化学蛋白质化学-helix-sheet二级结构二级结构：-螺旋和螺旋和-折叠折叠蛋白质化学蛋白质化学Tertiary structureQuaternary structure蛋白质化学蛋白质化学一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构定义：定义：多肽链

9、中氨基酸的排列顺序多肽链中氨基酸的排列顺序化学键：化学键：肽键肽键 一级结构是蛋一级结构是蛋白质空间构象和白质空间构象和特异生物学功能特异生物学功能的基础。的基础。蛋白质化学蛋白质化学一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构定义：定义：多肽链中氨基酸的排列顺序多肽链中氨基酸的排列顺序主要的化学键：主要的化学键：肽键肽键 一级结构一级结构是蛋白质空是蛋白质空间构象和特间构象和特异生物学功异生物学功能的基础。能的基础。蛋白质化学蛋白质化学二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构（p54p54） 蛋白质多肽链主链有规则的折叠方式，指多肽链主链蛋白质多肽链主链有规则的折叠方式，指多肽链主链在空间上的排

10、列，在空间上的排列，（不涉及侧链基团在空间上的关系）。（不涉及侧链基团在空间上的关系）。蛋白质化学蛋白质化学一个肽键可由两个共振异构体（一个肽键可由两个共振异构体（resonance isomer）代表。）代表。 生物体内存在的肽键是两种电子异构体结构的共振生物体内存在的肽键是两种电子异构体结构的共振混合物，即碳氮之间的化合键有混合物，即碳氮之间的化合键有50%的双键特性。的双键特性。多肽链折叠的空间限制多肽链折叠的空间限制蛋白质化学蛋白质化学多肽链折叠的空间限制多肽链折叠的空间限制 肽键的肽键的部分双键性质部分双键性质和非键合原子之间的和非键合原子之间的最小接触距最小接触距离离造成了多肽链折

11、叠的空间限制。造成了多肽链折叠的空间限制。C-NC-N单键的键长单键的键长=0.147nm=0.147nmC=NC=N双键的键长双键的键长=0.127nm=0.127nm肽键中肽键中C-NC-N的键长的键长=0.132nm=0.132nm蛋白质化学蛋白质化学肽链中的肽平面肽链中的肽平面蛋白质化学蛋白质化学肽平面（酰胺平面）肽平面（酰胺平面） 从从C沿键轴方向观察，沿键轴方向观察，顺时针顺时针旋转旋转的的和和角度为角度为正正值，值，逆时针逆时针旋转的旋转的为为负负值。值。蛋白质化学蛋白质化学反式反式顺式顺式肽平面一般呈反式构象肽平面一般呈反式构象 脯氨酸的侧链中的脯氨酸的侧链中的-氨基的顺式及反

12、式肽键氨基的顺式及反式肽键具有近乎相等的能量。具有近乎相等的能量。蛋白质化学蛋白质化学 Many of the possible conformations about an -carbon between two peptide planes are forbidden because of steric crowding. 蛋白质化学蛋白质化学0 0、0 0 构象实际上不存在构象实际上不存在蛋白质化学蛋白质化学1922-2001拉氏构象图拉氏构象图(可允许的可允许的、值值)蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学Linus Carl Pauling (1901-1994)v1926年，留学

13、年，留学Sommerfeld实验室（实验室（1年年7个月）个月）v1928年，发明杂化轨道理论，年，发明杂化轨道理论， 创立量子化学创立量子化学v1930年，去年，去Laurence Bragg实验室学实验室学X-ray衍射衍射v1936年，与年，与Mirsky一起发表蛋白质变性的理论一起发表蛋白质变性的理论-氢键氢键v1937年，开始搭年，开始搭-helix的模型，发现的模型，发现5.4A的周期，与的周期，与 Astbury的的Keratin蛋白测定得到的蛋白测定得到的5.1A不符。此后化了不符。此后化了约约10年的时间测定各种含肽键的小分子的结构，得出肽年的时间测定各种含肽键的小分子的结构

14、，得出肽键的键的6个原子在同一平面上的结论个原子在同一平面上的结论v1949年，人造丝年，人造丝X-ray数据发表，他看到了数据发表，他看到了5.4A的周期的周期v1950年，年，-helix模型发表，次年发表模型发表，次年发表-sheet模型模型v1954年，年，Nobel化学奖化学奖v1963年，年，Nobel和平奖和平奖v70年代，提倡年代，提倡Vitamin C治百病治百病v80年代，和年代，和Robinson的纠纷的纠纷蛋白质化学蛋白质化学蛋白质二级结构元件蛋白质二级结构元件 螺旋螺旋 - -折叠折叠 - -转角转角无规律卷曲无规律卷曲蛋白质化学蛋白质化学 蛋白质的二级结构蛋白质的二

15、级结构(Secondary structure)(Secondary structure)是肽链主链不同肽段通是肽链主链不同肽段通过自身的相互作用、形过自身的相互作用、形成成氢键氢键，沿某一主轴盘，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空旋折叠而形成的局部空间结构。间结构。 氢键（氢键（D-HD-HA A）是一种由弱是一种由弱酸性供体基团酸性供体基团(D-H)(D-H)和一个具独和一个具独对电子的原子（对电子的原子（A A）之间形成的）之间形成的静电作用力。静电作用力。(p73)(p73)蛋白质化学蛋白质化学定义定义 多肽链多肽链沿长轴方向沿长轴方向通过氢键向通过氢键向上盘曲所形上盘曲所形成的右手螺成

16、的右手螺旋结构称为旋结构称为-螺旋螺旋。 螺旋螺旋（p58p58）蛋白质化学蛋白质化学结构要点结构要点A A、肽链以肽键平肽链以肽键平面为单位，以多面为单位，以多肽链中的肽链中的碳原碳原子为转折，围绕子为转折，围绕长轴盘旋，形成长轴盘旋，形成右手螺旋；每个右手螺旋；每个 - -碳的碳的和和分分别在别在57 和和47 附近。附近。蛋白质化学蛋白质化学B B、每圈螺旋含每圈螺旋含有有3.63.6个氨基酸个氨基酸残基，沿螺旋残基，沿螺旋轴方向上升轴方向上升0.54nm0.54nm，直径，直径约为约为0.5nm0.5nm。C C、每个残基绕每个残基绕轴旋转轴旋转100100，沿轴上升沿轴上升0.15n

17、m0.15nm。蛋白质化学蛋白质化学D D、相邻螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与相邻螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。中心轴平行。蛋白质化学蛋白质化学E E、氢键由每个氨基酸残基的氢键由每个氨基酸残基的N-HN-H与前面与前面隔隔3 3个氨基酸残基的个氨基酸残基的C=OC=O形成；在氢键封形成；在氢键封闭的环内共包含闭的环内共包含1313个原子，故可描述为个原子，故可描述为3.63.61313-螺旋。（螺旋结构可用螺旋。（螺旋结构可用S SN N表示，表示，S S代表每圈螺旋的残基个数，代表每圈螺旋的残基个数，N N表示氢键表示氢键封闭环本身的原子数）封闭环本身的原子数）

18、蛋白质化学蛋白质化学F F、氨氨基基酸酸残残基基的的侧侧链链基基团团伸伸向向外外侧侧蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学影响影响 螺旋稳定的因素螺旋稳定的因素 即每一个氨基酸残基中的即每一个氨基酸残基中的N-HN-H和前面第四和前面第四个氨基酸残基的个氨基酸残基的C=OC=O之间都形成氢键，使之间都形成氢键，使-螺旋十分牢固。螺旋十分牢固。-螺旋稳定的原因螺旋稳定的原因-大量的氢键大量的氢键 蛋白质化学蛋白质化学A A、酸性或碱性氨基酸残基集中的区域、酸性或碱性氨基酸残基集中的区域 带相同电荷的残基过于集中，彼此间因静电排带相同电荷的残基过于集中，彼此间因静电排斥而不能

19、形成链内氢键，妨碍斥而不能形成链内氢键，妨碍 螺旋的形成。螺旋的形成。不利于不利于-螺旋稳定的因素螺旋稳定的因素B B、较大的、较大的R R基集中的区域基集中的区域 因空间位阻大不利于因空间位阻大不利于-螺旋的形成，如螺旋的形成，如PhePhe、TrpTrp、IleIle等。等。 蛋白质化学蛋白质化学D D、甘氨酸残基出现的部位，不利于、甘氨酸残基出现的部位，不利于-螺旋的形成螺旋的形成 甘氨酸甘氨酸R R基为基为H,H,所占空间很小所占空间很小, ,会影响该处螺旋的稳定；会影响该处螺旋的稳定；甘氨酸甘氨酸R R基为基为H H，在形成三级结构时不能与其它侧链基团，在形成三级结构时不能与其它侧链

20、基团形成次级键，所以不利于形成次级键，所以不利于-螺旋的稳定。螺旋的稳定。 C C、脯氨酸残基出现的部位、脯氨酸残基出现的部位, , 螺旋即被中断，并产生螺旋即被中断，并产生一个一个“结节结节” 脯氨酸脯氨酸-碳原子组成五员环，结构不易扭转；脯氨碳原子组成五员环，结构不易扭转；脯氨酸是亚氨基酸，酸是亚氨基酸，N N上没有供形成氢键的氢。上没有供形成氢键的氢。蛋白质化学蛋白质化学 - -螺旋的意义螺旋的意义-螺旋是球状蛋白质构象中最为常见的螺旋盘螺旋是球状蛋白质构象中最为常见的螺旋盘曲形式曲形式 - -螺旋可使肽链的长度大为缩短，即延伸性螺旋可使肽链的长度大为缩短，即延伸性较大较大 - -螺旋并

21、不是蛋白质构象中唯一的螺旋结构螺旋并不是蛋白质构象中唯一的螺旋结构（3 31010螺旋；左手螺旋；螺旋；左手螺旋；4.44.41616螺旋）螺旋） 例：例：-角蛋白（角蛋白（p62p62）蛋白质化学蛋白质化学 - -折叠折叠（p59p59）定义定义 两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢键相连而两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢键相连而并行成较伸展的并行成较伸展的片状结构片状结构。蛋白质化学蛋白质化学结构要点结构要点多肽链中的肽键平面之间折叠成锯齿状。多肽链中的肽键平面之间折叠成锯齿状。-折叠是依靠不同肽链之间或同一条肽链不同肽段折叠是依靠不同肽链之间或同一条肽链不同肽段之间肽键的之间肽键的N-H

22、N-H与与C=OC=O形成氢键而得以稳定，氢键与链形成氢键而得以稳定，氢键与链互相垂直。互相垂直。侧链基团较小侧链基团较小, ,它们交替地伸向片层的上方和下方。它们交替地伸向片层的上方和下方。 蛋白质化学蛋白质化学类别类别所有肽链的所有肽链的N-N-端在同一方向；端在同一方向； -119-119、+113+113(图）A、平行式平行式B、反平行式反平行式N-N-端一顺一反地交替排列；端一顺一反地交替排列； -139-139、+135+135（更为稳定）（更为稳定） (图）蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学蛋白质化学影响

23、影响-折叠形成的因素：折叠形成的因素：侧链基团的大小侧链基团的大小 影响影响-折叠形成的因素折叠形成的因素 -折叠稳定的原因：折叠稳定的原因：大量链间氢键大量链间氢键 只有多肽链中氨基酸残基的只有多肽链中氨基酸残基的R R较小时，才能较小时，才能允许两肽段彼此靠近。允许两肽段彼此靠近。 如蚕丝蛋白中含有大量的如蚕丝蛋白中含有大量的-折叠，因蚕丝折叠，因蚕丝蛋白中含有大量的甘氨酸残基和丙氨酸残基。蛋白中含有大量的甘氨酸残基和丙氨酸残基。 蛋白质化学蛋白质化学 -折叠的意义折叠的意义-折叠是球状蛋白质构象的重要结构特征折叠是球状蛋白质构象的重要结构特征, ,往往往形成中央核心。往形成中央核心。球状

24、蛋白质中的球状蛋白质中的-折叠（当沿着它们的肽链方折叠（当沿着它们的肽链方向观察时）总是呈明显的右手扭曲。向观察时）总是呈明显的右手扭曲。蛋白质化学蛋白质化学形状形状氢键氢键R R基团基团延伸性延伸性- -螺旋螺旋螺旋状螺旋状链内链内较大较大较大较大- -折叠折叠锯齿状锯齿状链间链间较小较小较小较小- -螺旋与螺旋与- -折叠的比较折叠的比较蛋白质化学蛋白质化学 - -转角和转角和 - -凸起凸起（p61p61） 在在 - -转角中第一个残基的转角中第一个残基的C=OC=O与第四个残基的与第四个残基的N-N-H H氢键键合，形成一个紧密的环，使氢键键合，形成一个紧密的环，使 - -转角成为比较

25、转角成为比较稳定的结构。稳定的结构。蛋白质化学蛋白质化学由四个连续的氨基酸残基构成由四个连续的氨基酸残基构成第一个氨基酸残基的第一个氨基酸残基的C CO O与第四个氨基酸的与第四个氨基酸的N-HN-H形成氢键，从而稳定转折的构象。形成氢键，从而稳定转折的构象。两种主要类型两种主要类型差别：中央肽基旋转了差别：中央肽基旋转了180180。-转角的结构特点转角的结构特点蛋白质化学蛋白质化学 转角的特定构象在一定程度上取决转角的特定构象在一定程度上取决于它的组成氨基酸于它的组成氨基酸, ,某些氨基酸如某些氨基酸如脯氨酸和脯氨酸和甘氨酸甘氨酸经常存在其中。经常存在其中。 -转角常见于球状蛋白质分子表面

26、，转角常见于球状蛋白质分子表面，在这里改变多肽链方向的阻力比较小。在这里改变多肽链方向的阻力比较小。-转角的结构特点转角的结构特点蛋白质化学蛋白质化学 由于由于甘氨酸甘氨酸缺少侧链缺少侧链( (只有一个只有一个H),H),在在转角转角中能很好的调整其他残基的空间阻碍中能很好的调整其他残基的空间阻碍, ,因此是立体化因此是立体化学上最合适的氨基酸。学上最合适的氨基酸。 脯氨酸脯氨酸具有环状结构和固定的具有环状结构和固定的角角, ,因此在一定因此在一定程度上迫使程度上迫使转角形成转角形成, ,促使多肽自身回折。这些促使多肽自身回折。这些回折有助于反平行回折有助于反平行折叠片的形成。折叠片的形成。蛋

27、白质化学蛋白质化学 - -凸起凸起引起多肽链方向的改变引起多肽链方向的改变蛋白质化学蛋白质化学无规律卷曲无规律卷曲（p62p62，无序结构，无序结构) )无规则卷无规则卷曲曲细胞色素细胞色素C C的三级结构的三级结构 定义定义：又称自由回转，是指没有一定规律的松散肽又称自由回转，是指没有一定规律的松散肽链结构。链结构。（酶的活性部位和蛋白质的功能部位常常处于这种构（酶的活性部位和蛋白质的功能部位常常处于这种构象区域）象区域）蛋白质化学蛋白质化学是多肽链某些区段形成的规律性不强的构象是多肽链某些区段形成的规律性不强的构象往往出现在往往出现在-螺旋与螺旋与-螺旋之间、螺旋之间、-折叠与折叠与-折叠之间以及折叠之间以及-螺旋与螺旋与-折叠之间折叠之间 结构特点结构特点：蛋白质化学蛋白质化学蛋白质二级结构元件蛋白质二级结构元件 螺旋螺旋 - -折叠折叠 - -转角转角无规律卷曲无规律卷曲蛋白质化学蛋白质化学B B、每圈螺旋含每圈螺旋含有有3.63.6个氨基酸个氨基酸残基，沿螺旋残基，沿螺旋轴方向上升轴方向上升0.54nm0.54nm，直径，直径约为约为0.5nm0.5nm。C C、每个残基绕每个残基绕轴旋转轴旋转100100，沿轴上升沿轴上升0.15nm0.15nm。蛋白质化学蛋白质化学D D、甘氨酸残