第二章-蛋白质化学.学习教案

1、会计学1第二章第二章-蛋白质化学蛋白质化学(huxu).第一页，共131页。内容和要求内容和要求: :1 1、掌握蛋白质的组成、分类及生物学功能；氨基酸的结构、掌握蛋白质的组成、分类及生物学功能；氨基酸的结构(jigu)(jigu)特点与分类；蛋白质结构特点与分类；蛋白质结构(jigu)(jigu)与功能的关系与功能的关系，蛋白质的分离、纯化与鉴定。，蛋白质的分离、纯化与鉴定。2 2、掌握氨基酸的重要性质和组成蛋白质的、掌握氨基酸的重要性质和组成蛋白质的2020种氨基酸的名种氨基酸的名称、分子式和缩写；蛋白质的分子结构称、分子式和缩写；蛋白质的分子结构(jigu)(jigu)；3 3、理解肽和

2、肽建的概念蛋白质的理化性质。、理解肽和肽建的概念蛋白质的理化性质。第1页/共131页第二页，共131页。第2页/共131页第三页，共131页。第一节第一节 蛋白质的分子蛋白质的分子(fnz)组成组成第3页/共131页第四页，共131页。 各种各种( ( zhn zhn) )蛋白质的含氮量很接近，蛋白质的含氮量很接近，平均为平均为1616。 100克样品克样品(yngpn)中蛋白质的含量中蛋白质的含量 ( g % )= 每克样品每克样品(yngpn)含氮克数含氮克数 6.251001/16%第4页/共131页第五页，共131页。2.1 按分子形状分类：球状蛋白质：多溶于水，包含细胞中大多数可溶性

3、蛋白，如血红蛋白(xuhng dnbi)、肌红蛋白、酶、抗体纤维状蛋白质：多是结构蛋白，如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等膜蛋白：脂溶性，与生物膜结合部分多是平行排列的-螺旋。第5页/共131页第六页，共131页。第6页/共131页第七页，共131页。 蛋白质（protein）：活细胞内含量最丰富、功能最复杂，几乎参与(cny)所有的生命活动和生命过程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题。A催化功能(gngnng)：起生物催化作用，如绝大多数酶。B结构成分：构成细胞和生物体的重要物质，如角蛋白、胶原蛋白等。 C转运功能(gngnng)：如血红蛋白。第7页/共131页第八页，共1

4、31页。第8页/共131页第九页，共131页。第9页/共131页第十页，共131页。氨基酸氨基酸 是蛋白质的基本是蛋白质的基本(jbn)组成单位。从细组成单位。从细菌到人类，所有蛋白质都由菌到人类，所有蛋白质都由20种标准氨基酸种标准氨基酸（20 standard amino acids)组成。组成。（一）、氨基酸的结构特点（一）、氨基酸的结构特点(tdin)与分类与分类1、氨基酸的结构通式：、氨基酸的结构通式：19种氨基酸具有一级氨基（种氨基酸具有一级氨基（-NH3+）和羧基（）和羧基（-COOH）结合到）结合到碳原子（碳原子（C），同时），同时结合到（结合到（C）上的是）上的是H原子和各种

5、侧链（原子和各种侧链（R）；）；Pro具有具有二级氨基（二级氨基（-亚氨基酸）亚氨基酸）三、氨基酸三、氨基酸第10页/共131页第十一页，共131页。不带电形式 H2NCHCOOHR +H3NCHCOO-R两性离子形式C如是不对称如是不对称(duchn)C（除（除Gly），则：），则：具有两种立体异构体具有两种立体异构体 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（+）第11页/共131页第十二页，共131页。据营据营养学养学分类分类 必需必需非必需非必需据据R基团化学基团化学(huxu)结构结构分类分类 脂肪脂肪(zhfng)族族A（中性、含羟基或巯基、

6、酸性、碱性）（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）芳香族芳香族A(PheA(Phe、TyrTyr、Trp)Trp)杂环杂环(His(His、Pro)Pro)据据R基团基团(j tun)极性分类极性分类极性极性R基团基团AA非极性非极性R基团基团AA（种）（种）不带电荷不带电荷（种）种）带电荷：正电荷带电荷：正电荷（种）负电荷种）负电荷（种）种）据氨基、羧据氨基、羧基数分类基数分类一氨基一羧基一氨基一羧基一氨基二羧基一氨基二羧基(Glu(Glu、Asp)Asp)二氨基一羧基二氨基一羧基(Lys(Lys、HisHis、Arg)Arg)人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheVa

7、lValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis第12页/共131页第十三页，共131页。第13页/共131页第十四页，共131页。第14页/共131页第十五页，共131页。第15页/共131页第十六页，共131页。第16页/共131页第十七页，共131页。注意：注意： （1）.甘氨酸没有立体异构甘氨酸没有立体异构(构型构型)。（2）.脯氨酸是亚氨基酸。脯氨酸是亚氨基酸。 因此因此(ync)，严格说：，严格说：19种氨基酸种氨基酸+1种亚氨基酸。种亚氨基酸。第17页/共131页第十八页，共131页。v从蛋白质水解得到的从蛋白质水解得到的氨基酸氨基酸( (除甘氨

8、酸外除甘氨酸外) )都属于都属于L-L-型的，所以习惯上书写氨基酸都不标型的，所以习惯上书写氨基酸都不标明明(biomng)(biomng)构型和旋光方向。构型和旋光方向。v生物界中也发现一些生物界中也发现一些D D系氨基酸，主要存在于某系氨基酸，主要存在于某些抗菌素以及个别植物的生物碱中。些抗菌素以及个别植物的生物碱中。第18页/共131页第十九页，共131页。甘氨酸甘氨酸 （Gly,G）丙氨酸丙氨酸 （Ala,A）缬氨酸缬氨酸 （Val,V）亮氨酸亮氨酸 （Lue,L）异亮氨酸异亮氨酸 （Ile,I）含羟基含羟基(qingj)或硫脂肪族氨基或硫脂肪族氨基酸酸丝氨酸丝氨酸 （Ser,S）苏氨

9、酸苏氨酸 （Thr,T）半胱氨酸半胱氨酸 （Cys,C）甲硫氨酸甲硫氨酸 （Met,M）第19页/共131页第二十页，共131页。天冬氨酸天冬氨酸 （Asp,D）谷氨酸谷氨酸 （Glu,E）天冬酰胺天冬酰胺 （Asn,N）谷氨酰胺谷氨酰胺 （Gln,Q）第20页/共131页第二十一页，共131页。赖氨酸赖氨酸 （Lys,K）精氨酸精氨酸 （Arg,R）组氨酸组氨酸 （His,H）杂环杂环第21页/共131页第二十二页，共131页。组氨酸组氨酸 （His,H）脯氨酸脯氨酸 （Pro,P）第22页/共131页第二十三页，共131页。苯丙氨酸苯丙氨酸 （Phe,F）酪氨酸酪氨酸 （Tyr,Y）色氨酸

10、色氨酸 （Trg,W）第23页/共131页第二十四页，共131页。课后自己总结课后自己总结(zngji)：含含S的的aa？含酚羟基的含酚羟基的aa?含羟基的含羟基的aa?含酰胺基的含酰胺基的aa?含二硫键的含二硫键的aa?第24页/共131页第二十五页，共131页。人体人体(rnt)所需的八种必需氨基酸所需的八种必需氨基酸 赖氨酸赖氨酸(Lys) 缬氨酸缬氨酸(Val) 蛋氨酸蛋氨酸(Met) 色氨酸色氨酸(Trp) 亮氨酸亮氨酸(Leu) 异亮氨酸异亮氨酸(Ile) 苏氨酸苏氨酸(Thr) 苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe) 婴儿时期所需婴儿时期所需: 精氨酸精氨酸(Arg)、组氨酸、组氨酸(His

11、) 早产儿所需：色氨酸早产儿所需：色氨酸(Trp)、半胱氨酸、半胱氨酸(Cys)第25页/共131页第二十六页，共131页。3 3、蛋白质中几种、蛋白质中几种(j zhn(j zhn) )重要的稀重要的稀有氨基酸有氨基酸v在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，通常称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。为不常见蛋白质氨基酸。v这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。这些氨基酸都是由相应的基本氨基酸衍生而来的。v其中其中(qzhng)(qzhng)重要的有重要的有4-4-羟基脯氨酸、羟基脯氨酸、5-5-羟基赖羟基赖氨酸、氨酸、6-N-6-N-甲基赖氨酸、和甲基

12、赖氨酸、和3,5-3,5-二碘酪氨酸等。这些二碘酪氨酸等。这些不常见蛋白质氨基酸的结构如下。不常见蛋白质氨基酸的结构如下。NHHOCOOH4-羟基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25-羟基赖氨酸NH2CH3NHCH2CHCH2CH2CHCOOH6-N-甲基赖氨酸HOIICH2CHCOOHNH23,5-二碘酪氨酸 第26页/共131页第二十七页，共131页。（二）非蛋白（二）非蛋白(dnbi)氨基酸氨基酸 广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离(yul)或结合态，但并不存在蛋白质中的一类氨基酸，大部分也是蛋白质氨基酸的衍生物。 H2N-CH2-CH2-COOH H2N-CH2-

13、CH2-CH2-COOH - -丙氨酸丙氨酸 - -氨基丁酸氨基丁酸第27页/共131页第二十八页，共131页。 非蛋白非蛋白(dnbi)(dnbi)氨基酸氨基酸存在的意义：存在的意义：1.1.作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：作为细菌细胞壁中肽聚糖的组分：D-Glu D-AlaD-Glu D-Ala2.2.作为一些重要代谢物的前体或中间体作为一些重要代谢物的前体或中间体: :- -丙氨酸（丙氨酸（VB3VB3）、鸟氨酸（、鸟氨酸（OrnOrn）、胍氨酸（）、胍氨酸（CitCit）( (尿素尿素(nio s)(nio s)3.3.作为神经传导的化学物质：作为神经传导的化学物质：- -氨基丁酸氨基丁

14、酸4.4.有些氨基酸只作为一种有些氨基酸只作为一种N N素的转运和贮藏载体素的转运和贮藏载体 （刀豆氨酸）（刀豆氨酸）5.5.调节生长作用调节生长作用6.6.杀虫防御作用杀虫防御作用绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。绝大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。第28页/共131页第二十九页，共131页。（三）、氨基酸的重要(zhngyo)性质1、一般物理性质(wl xngzh) 白色晶体，熔点极高（200以上），不同味道；除胱氨酸和酪氨酸外，一般都溶于水。脯氨酸和羟脯氨酸还能溶于乙醇和乙醚。2、旋光性：除甘氨酸外，所有天然-氨基酸都有不对称碳原子，因此(ync)所有天然氨基酸都具有旋光性。3、紫外吸收光

15、谱：参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)的R基团中含有苯环共轭双键系统，在紫外光区显示特征的吸收谱带，最大光吸收（max）分别为280、275、和257nm。由于大多数蛋白质都含有这些氨基酸残基，因此用紫外分光光度法可测定蛋白质含量。第29页/共131页第三十页，共131页。能电离能电离(dinl)出出H+而成而成COO-具酸性具酸性（1）氨基酸的两性电离）氨基酸的两性电离第30页/共131页第三十一页，共131页。 丙氨酸的解离：丙氨酸的解离： N+H3 N+H3 OH- Ala H+ H3C C COOH H3C C COO- + H+ K1

16、= Ala+ H H Ala+ Ala N+H3 NH2 OH- Ala- H+ H3C C COO- H3C C COO- + H+ K2= Ala H H Ala Ala- K K 1 1、K K 2 2分别代表分别代表-COOHCOOH和和-NH3+-NH3+的表观的表观(bio (bio un)un)解离常数，若侧链解离常数，若侧链R R基基有可解离的基团，其表观有可解离的基团，其表观(bio un)(bio un)解离常数用解离常数用K K R R表示。表示。酸性酸性(sun xn)溶溶液中液中两性离两性离子状态子状态(zhungti)第31页/共131页第三十二页，共131页。+O

17、H-+H+OH-+H+氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子CH COOHRNH3+CH COOHRNH3+在酸性(sun xn)溶液中的氨基酸（pHpI）在晶体(jngt)状态或水溶液中的氨基酸（pH=pI）在碱性(jin xn)溶液中的氨基酸（pHpI）第32页/共131页第三十三页，共131页。（2） 等电点等电点等电点等电点(isoelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时(c sh)溶液的

18、溶液的pH值称值称为该氨基酸的等电点。为该氨基酸的等电点。理解：理解：当调节氨基酸溶液当调节氨基酸溶液(rngy)(rngy)的的pHpH，使氨基酸分子上的，使氨基酸分子上的- -NH3NH3基和基和-COO-COO-基的解离度完全相等时，即氨基酸所基的解离度完全相等时，即氨基酸所带净电荷为零，在电场中既不向阴极移动也不向阳带净电荷为零，在电场中既不向阴极移动也不向阳极移动，此时氨基酸所处溶液极移动，此时氨基酸所处溶液(rngy)(rngy)的的pHpH值称为值称为该氨基酸的等电点。该氨基酸的等电点。第33页/共131页第三十四页，共131页。表观解离(ji l)常数 氨基酸等电点的计算氨基酸

19、等电点的计算(j sun)(j sun)第34页/共131页第三十五页，共131页。pI =1/2(pKl+ pK2) 对侧链对侧链R R基不解离的中性基不解离的中性(zhngxng)(zhngxng)氨基酸氨基酸来说，其等电点是它的来说，其等电点是它的pKlpKl和和pK2pK2的算术平均的算术平均值。值。第35页/共131页第三十六页，共131页。对多氨基和多羧基(su j)氨基酸的解离 解离原则：第36页/共131页第三十七页，共131页。等电点计算公式的推导：在氨基酸完全质子化时，各种不同氨基酸的等电点可由下面(xi mian)的方法推导出来： 对于中性氨基酸（一氨基一羧基氨基酸）：以

20、R表示带电情况，则： R+ R0 + H+ K1=R0H+/R+ 则 R+ = R0H+/ K1 R0 R + H+ K2=R-H+/R0 则 R-= R0 K2/ H+ 当在等电点时， R+ = R- 则有： H+2 = K1 K2 即 H+= （K1 K2）1/2 等式两边取负对数得： pH=1/2（pK1+pK2） 也就是pI= 1/2（pK1+pK2） K1 K2第37页/共131页第三十八页，共131页。同样对于三个可解离(ji l)的氨基酸例如天冬氨酸和赖氨酸来说，只要写出它的解离(ji l)公式，然后取兼性离子两边的pK值的平均值，则得其 等电点。如天冬氨酸的解离(ji l)如下

21、： R+ R0 R R2 则 pI= 1/2（pK1+pK2） 而赖氨酸的解离(ji l)如下： R2+ R+ R0 R 则 pI= 1/2（pK2+pK3） pK1pK2pK3pK1pK2 pK3第38页/共131页第三十九页，共131页。甘氨酸盐酸盐（甘氨酸盐酸盐（A+）等电点甘氨酸（等电点甘氨酸（A ）甘氨酸钠（甘氨酸钠（A-）一氨基一羧基一氨基一羧基AA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 1+pK 2第39页/共131页第四十页，共131页。ApK1pK2pIpIpK3pK3pK2pK1加入的加入的OH-mL数数加入的加入的OH-mL数数pHpH一氨基二羧基一氨基二羧基AAAA的

22、的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 1+pK 2二氨基一羧基二氨基一羧基AAAA的的等电点计算：等电点计算：pI=2pK 2+pK 3谷氨酸（谷氨酸（A A）和赖氨酸（）和赖氨酸（B B）滴定曲线）滴定曲线(qxin)(qxin)和等电点和等电点计算计算第40页/共131页第四十一页，共131页。中性中性(zhngxng)氨基酸：氨基酸：pK1，为，为羧基的解离羧基的解离常数，常数，pK2，为，为氨基的解离常数。氨基的解离常数。 pI=(pK1，+pK2，)/2酸性氨基酸：酸性氨基酸：pK1，为，为羧基的解离常数，羧基的解离常数，pK2，为侧链羧基的解离常数。为侧链羧基的解离常数。 pI=

23、(pK1，+pK2，)/2碱性氨基酸：碱性氨基酸： pK2，为，为氨基的解离常数，氨基的解离常数，pK3，为侧链氨基的解离常数。为侧链氨基的解离常数。 pI=(pK2，+pK3，)/2总结总结(zngji)第41页/共131页第四十二页，共131页。华中农大2002年考研试题(sht) Glu的解离常数分别是PK1（-COOH）=2.19 ，PK2（ -+NH3 ）=9.67 , PKR(-COOH)=4.25； Glu的等电点是？第42页/共131页第四十三页，共131页。举例例1: 甘氨酸的pK1=2.34,pK2=9.60.问该氨基酸在pH为5.0时在电场中的移动方向.怎么办解:先求出甘

24、氨酸的等电点,再根据等电点与pH的关 系,判断其所带电荷,从而可得到答案. GlypI=(pK1+Pk2)/2=(2.34+9.60)/2=5.97 因为等电点(5.97)大于pH(5.0),故而带正电荷,所以在电场中向负极移动.第43页/共131页第四十四页，共131页。怎么办例2:LyspK1=2.18,pK2=8.59,pK3=10.53,问在pH为4.0和在11.5时各带何种电荷,并说明在电场中的移动方向.解.因Lys属于碱性氨基酸,所以,它的等电点为: pI=(pK2+pK3)/2=(8.59+10.53)/2=9.56当pH为4.0时,pI大于pH,故是在酸性条件(tiojin)下

25、,氨基酸本身带正电,在电场中向阴极移动.当pH为11.5时,pI小于pH,故是在碱性条件(tiojin)下,氨基酸本身带负电,在电场中向阳极移动.第44页/共131页第四十五页，共131页。5、氨基酸的重要(zhngyo)化学反应 C O O HCHH2NR第45页/共131页第四十六页，共131页。第46页/共131页第四十七页，共131页。NH3CO2RCHO+还原性茚三酮还原性茚三酮+(弱酸弱酸)加热加热3H20水合水合(shuh)性茚三性茚三酮酮+ 2NH3 +水合性茚三酮水合性茚三酮还原性茚三酮还原性茚三酮蓝紫色化合物蓝紫色化合物(1) 与茚三酮的反应与茚三酮的反应(fnyng) 第

26、47页/共131页第四十八页，共131页。氨基酸与水合茚三酮共热，发生氧化脱氨反应，生成NH3与酮酸。水合茚三酮变为还原型茚三酮。加热过程中酮酸裂解，放出(fn ch)CO2，自身变为少一个碳的醛。水合茚三酮变为还原型茚三酮。NH3与水合茚三酮及还原型茚三酮脱水缩合，生成蓝紫色化合物。v反应要点反应要点vA. A. 该反应由该反应由NH2NH2与与COOHCOOH共同参与，共同参与，- -氨基酸特有的反应；氨基酸特有的反应；vB. B. 茚三酮是强氧化剂；茚三酮是强氧化剂；vC. C. 该反应非常灵敏，可在该反应非常灵敏，可在570nm570nm测定吸光值；测定吸光值；vD. D. 测定范围：

27、测定范围：0.5-500.5-50g/mlg/ml；vE. E. 脯氨酸与茚三酮直接脯氨酸与茚三酮直接(zhji)(zhji)生成黄色物质，在生成黄色物质，在440nm440nm测定（不释测定（不释放放NH3NH3），谷氨酰胺和天门冬酰胺与茚三酮直接），谷氨酰胺和天门冬酰胺与茚三酮直接(zhji)(zhji)生成棕色物生成棕色物质。质。v应用：应用：vA. A. 氨基酸定量分析（先用层析法分离）氨基酸定量分析（先用层析法分离）vB. B. 氨基酸自动分析仪：用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离氨基酸自动分析仪：用阳离子交换树脂，将样品中的氨基酸分离，自动定性定量，记录结果。，自动定性定量，记

28、录结果。第48页/共131页第四十九页，共131页。(2).与亚硝酸反应 在室温(sh wn)下亚硝酸能与含游离-氨基的氨基酸起反应，定量地放出氮气，氨基酸被氧化成羟酸(注：含亚氨基的脯氨酸则不能与亚硝酸反应)。CHRNH2COOHCHROHCOOH N2H2O+HNO2+第49页/共131页第五十页，共131页。(3). 与2，4-二硝基(xio j)氟苯的反应 (Sanger反应） 在弱碱性溶液中，氨基酸的- 氨基很容易与2，4-二硝基(xio j)氟苯（DNFB）作用，生成稳定的黄色2，4-二硝基(xio j)苯基氨基酸（简写为DNP-氨基酸）。 第50页/共131页第五十一页，共131

29、页。（DNP-DNP-氨基酸）黄色氨基酸）黄色(hungs)(hungs)弱碱弱碱6mol6mol盐酸盐酸单肽链单肽链 DNFBDNFBDNPDNP肽链（肽链（黄色黄色）DNPDNP（N N端）氨基酸端）氨基酸n n个氨基酸个氨基酸乙醚抽提后层析，与标准乙醚抽提后层析，与标准DNPDNP氨基酸比较，确定氨基酸比较，确定N N端氨基酸端氨基酸弱碱弱碱(ru jin)第51页/共131页第五十二页，共131页。(4).与异硫氰酸苯酯反应 （Edman反应） 在弱碱性条件下，氨基酸中的-氨基还可以与异硫氰酸苯酯（PITC）反应，产生相应(xingyng)的苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸）。在无水

30、酸中，PTC-氨基酸即环化为苯硫乙内酰脲（PTH），后者在酸中极稳定。 这个反应首先被Edman用于鉴定多肽或蛋白质的N-末端氨基酸。第52页/共131页第五十三页，共131页。产物为苯硫乙内酰脲(PTH). 可以用来鉴定多肽或蛋白质NH2末端(m dun)氨基酸.亦称Edman反应第53页/共131页第五十四页，共131页。Edman法测定氨基酸序列(xli)单肽链单肽链 PITCPITC弱碱弱碱乙醚抽提后层析，与标准乙醚抽提后层析，与标准PTHPTH氨基酸比较，确定氨基酸比较，确定N N端氨基酸端氨基酸PTH-PTH-氨基酸氨基酸 + + 余下少一个氨基酸的肽链余下少一个氨基酸的肽链 第5

31、4页/共131页第五十五页，共131页。四四 肽肽一个氨基酸的羧基一个氨基酸的羧基(su j)(su j)与另一个氨基酸的氨基之与另一个氨基酸的氨基之间失水间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽。由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个(du (du )氨基氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸组成的肽则称为多肽。组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基。酸残基。第55页/共131页第五十六页，共131页。肽键肽键(ti jin)N=C 0.127nmN=C 0.127nm键长键长=0.132nm

32、=0.132nmN-C 0.148nmN-C 0.148nm肽键中的肽键中的C-NC-N键具有部分双键性质，不能自由旋键具有部分双键性质，不能自由旋转转(xunzhun)(xunzhun)。在大多数情况下，以反式结构存在。在大多数情况下，以反式结构存在。第56页/共131页第五十七页，共131页。肽平面肽平面(pngmin)(pngmin)或酰胺或酰胺平面平面(pngmin)(pngmin)：CNCCOH 组成肽单位的4个原子和2个相邻的碳原子都处于同一个平面内，此刚性(n xn)结构的平面称为肽平面或酰胺平面。肽单位：实际就是肽单位：实际就是(jish)一个肽平面一个肽平面 肽键的四个原子和

33、与之相连的两个-碳原子所组成的基团。第57页/共131页第五十八页，共131页。 二面角 两相邻酰胺平面之间，能以共同的C为定点而旋转，绕C-N键旋转的角度称角，绕C-C键旋转的角度称角。和称作二面角，亦称构象角酰胺平面(pngmin)与-碳原子之间形成的二面角（和）第58页/共131页第五十九页，共131页。（三）、肽链中AA的排列(pili)顺序和命名 通常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(su j)，称为羧基(su j)端或C-端。 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。如下面的五肽可表示为： Se

34、r-Gly-Tyr-Val-Leu第59页/共131页第六十页，共131页。肽键和肽的结构如图所示肽键和肽的结构如图所示丝氨酰 甘氨酰 酪氨酰 丙氨酰 亮氨酸第60页/共131页第六十一页，共131页。 多肽链结构(jigu)示意图第61页/共131页第六十二页，共131页。（四）、天然(tinrn)存在的活性肽 自然界中有自由存在的活性肽，主要有：1.谷胱甘肽（GSH）：三肽（GluCysGly），含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作为体内重要的还原剂，保护(boh)某些蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使其处于活性状态。 分子中具有一个由谷氨酸的-羧基和半胱氨酸的-氨基脱水(tu shu)

35、缩合的-肽键第62页/共131页第六十三页，共131页。2. 2.脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用，它们在中枢神经脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用，它们在中枢神经系统中形成，是体内系统中形成，是体内(t ni)(t ni)自己产生的一类鸦片剂。自己产生的一类鸦片剂。第63页/共131页第六十四页，共131页。3.3.牛催产素与加压素：牛催产素与加压素： 均为九肽，分子中含有一对二硫键，两者结均为九肽，分子中含有一对二硫键，两者结构类似。前者第八位为构类似。前者第八位为LeuLeu，后者为，后者为ArgArg。前者。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉

36、收缩，使血压升高动脉收缩，使血压升高(shn o)(shn o)，也有，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。 牛催产素牛催产素 S S S S CysTyrIleGlnAsnCysProLeuGly- CysTyrIleGlnAsnCysProLeuGly-NH2NH2 牛加压素牛加压素 S S S S CysTyrPheGlnAsnCysProArgGly-CysTyrPheGlnAsnCysProArgGly-NH2NH2第64页/共131页第六十五页，共131页。第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构(fn z ji u)(fn z ji u)

37、 蛋白质与多肽(du ti)并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽(du ti)称为蛋白质。第65页/共131页第六十六页，共131页。第66页/共131页第六十七页，共131页。一级结构一级结构(jigu)四级结构四级结构(jigu)二级结构二级结构三级结构三级结构primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernary structurequariernary structure超二级结构超二

38、级结构结构域结构域 supersecondary structuresupersecondary structureStructure domanStructure doman第67页/共131页第六十八页，共131页。 -折叠片折叠片 -螺旋体螺旋体 松散肽段松散肽段亚基亚基三级结构三级结构四级结构四级结构第68页/共131页第六十九页，共131页。定义：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序定义：蛋白质多肽链中氨基酸的排列顺序(shnx)(shnx)以及二硫键的位置。以及二硫键的位置。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构(jigu)(jigu)主要的维系键：肽键主要的维系键：肽键(ti jin

39、)(ti jin)，有些蛋白质还包括二硫，有些蛋白质还包括二硫键。键。 一级结构是一级结构是蛋白质空间构象和蛋白质空间构象和特异生物学功能的特异生物学功能的基础。但不是决定基础。但不是决定蛋白质空间构象的蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素第69页/共131页第七十页，共131页。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能(gngnng)的基础。蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构(jigu)举例举例第70页/共131页第七十一页，共131页。二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构(jigu)(jigu)蛋白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主链骨架原子的相对空间位置，空间

40、位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义定义 第71页/共131页第七十二页，共131页。( (一一) )维持和稳定蛋白质构象的作用力维持和稳定蛋白质构象的作用力 氢键：氢键： x H y x H y疏水作用力：是指非极性基团即疏水基团为了避疏水作用力：是指非极性基团即疏水基团为了避开水相而群集在一起的集合力开水相而群集在一起的集合力; ; 范德华力：在物质的聚集状态中，分子与分子之范德华力：在物质的聚集状态中，分子与分子之间存在着一种较弱的作用力间存在着一种较弱的作用力离子键：它是由带相反电荷的两个离子键：它是由带相反电荷的两个(lin )(lin )基团间的静电吸引所形成的基团间的静电吸引

41、所形成的二硫键二硫键 ：是两个：是两个(lin )(lin )硫原子之间所形成硫原子之间所形成的共价键的共价键第72页/共131页第七十三页，共131页。第73页/共131页第七十四页，共131页。 ( (二二) )二级结构的基本二级结构的基本(jbn)(jbn)类型类型 - -螺旋螺旋 ( ( -helix ) -helix ) - -折叠折叠 ( ( -pleated sheet )-pleated sheet ) - -转角转角(zhunjio) ( (zhunjio) ( -turn )-turn ) 无规则卷曲无规则卷曲( random coil )( random coil )第7

42、4页/共131页第七十五页，共131页。 - -螺旋是螺旋是多肽链的主多肽链的主链原子沿一链原子沿一中心中心(zhngx(zhngxn)n)轴盘绕所轴盘绕所形成的有规形成的有规律的螺旋构律的螺旋构象象第75页/共131页第七十六页，共131页。特征：特征：1 1、 每隔每隔3.63.6个个AAAA残基螺旋上残基螺旋上升一圈，螺距升一圈，螺距0.54nm;0.54nm; 2 2 、 螺旋体中所有氨基酸残基螺旋体中所有氨基酸残基R R侧链都伸向外侧，链中的全部侧链都伸向外侧，链中的全部C=0 C=0 和和N-HN-H几乎都平行于螺旋轴几乎都平行于螺旋轴; ; 3 3、每个氨基酸残基的、每个氨基酸残

43、基的N-HN-H与前面与前面第四个氨基酸残基的第四个氨基酸残基的C=0C=0形成氢键形成氢键(qn jin)(qn jin)，肽链上所有的肽键都，肽链上所有的肽键都参与氢键参与氢键(qn jin)(qn jin)的形成。的形成。形成因素：与组成和排列顺序直接相关。形成因素：与组成和排列顺序直接相关。多态性：多数为右手（较稳定多态性：多数为右手（较稳定(wndng)(wndng)），），亦有少数左手螺旋存在（不稳定亦有少数左手螺旋存在（不稳定(wndng)(wndng)）；存在尺寸不同的螺旋。）；存在尺寸不同的螺旋。第76页/共131页第七十七页，共131页。第77页/共131页第七十八页，共1

44、31页。w(a) (a) 理理 想想 的的 右右 a a 螺螺 旋旋 。 w虚虚 线线: : 氢氢 键键; ; 绿绿 色：色：C; C; 蓝蓝 色：色：N; N; 红红 色：色：O O 。 此此 (b) (b) 右右 a a 螺螺 旋旋 。 (c) (c) 左左 a a 螺螺 旋旋 。 w天然天然(tinrn)(tinrn)蛋白质大部分为右手螺旋；蛋白质大部分为右手螺旋；第78页/共131页第七十九页，共131页。2. 2. - -折叠折叠(zhdi)(zhdi) - -折叠是折叠是由若干肽段由若干肽段或肽链排列或肽链排列起来所形成起来所形成(xngchn(xngchng)g)的扇面状的扇面状

45、片层构象片层构象结构特征结构特征 在在 - -折叠中，折叠中，- -碳原子总是处于折叠线上，氨基酸的侧链都碳原子总是处于折叠线上，氨基酸的侧链都垂直于折叠片平面，交替地分布在片状平面的上面或下面，以垂直于折叠片平面，交替地分布在片状平面的上面或下面，以避免避免R R基团的空间障碍；基团的空间障碍；相邻两个氨基酸之间的轴心距为相邻两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm0.35nm；几乎所有肽键几乎所有肽键(ti jin)(ti jin)都参与链内氢键的交联，氢键与链的长都参与链内氢键的交联，氢键与链的长轴接近垂直。有链内氢键和链间氢键；轴接近垂直。有链内氢键和链间氢键；- -折叠有两种类型。一种为

46、平行式，即所有肽链的折叠有两种类型。一种为平行式，即所有肽链的N-N-端都在同端都在同一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反一边。另一种为反平行式，即相邻两条肽链的方向相反第79页/共131页第八十页，共131页。3. -转角转角(zhunjio)v链内形成链内形成(xngchng)氢键氢键，多肽链出现，多肽链出现180的回折。此的回折。此回折角称回折角称- 转角转角结构。结构。 v此结构广泛存在此结构广泛存在球状蛋白中。球状蛋白中。第80页/共131页第八十一页，共131页。-转角转角(zhunjio)（-turn）为了紧紧折叠成紧密的球蛋白，多肽链常常反转为了紧紧折叠成紧密的球蛋

47、白，多肽链常常反转(fn zhun)方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基方向，成发夹形状。一个氨基酸的羰基氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。氧以氢键结合到相距的第四个氨基酸的氨基氢上。N1CHCC2CHNHO=C3CHNC4CHNRRHOHRROHO-转角经常出转角经常出现在连接现在连接(linji)反平行反平行-折叠片的端折叠片的端头。头。第81页/共131页第八十二页，共131页。第82页/共131页第八十三页，共131页。指若干相邻二级结构单元组合彼此相互作用，形成指若干相邻二级结构单元组合彼此相互作用，形成(xngchng)有规则的在有规则的在空间上能辨认的二级结构组合体。此为

48、二级结构与三级结构间的一种过渡空间上能辨认的二级结构组合体。此为二级结构与三级结构间的一种过渡构象。构象。如：如：，；等。；等。1 1、超二级结构、超二级结构(jigu)(supersecondary (jigu)(supersecondary structures)structures)-链链回形拓扑结构回形拓扑结构 - -迂回迂回第83页/共131页第八十四页，共131页。2、结构域、结构域 对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个或两个以上相对独立的三维实体缔合而成三级结构。这种相对独立的三维实体就称结构独立的三维实体缔合而成

49、三级结构。这种相对独立的三维实体就称结构域。域。结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与结构域通常是几个超二级结构的组合，对于较小的蛋白质分子，结构域与三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。三级结构等同，即这些蛋白为单结构域。结构域一般由结构域一般由100-200个氨基酸残基组成，氨基酸可以是连续的，也可以个氨基酸残基组成，氨基酸可以是连续的，也可以是不连续的是不连续的结构域之间常形成结构域之间常形成(xngchng)裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水裂隙，比较松散，往往是蛋白质优先被水解的部位。酶的活性中心往往位于两个结构域的界面上解的部位。酶的活性中心往往位于两个结

50、构域的界面上结构域之间由结构域之间由“铰链区铰链区”相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间相连，使分子构象有一定的柔性，通过结构域之间的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。的相对运动，使蛋白质分子实现一定的生物功能。结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕结构域是球状蛋白质的折叠单位。多肽链在超二级结构的基础上进一步绕曲折叠成紧密的近似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白曲折叠成紧密的近似球行的结构，具有部分生物功能。对于较大的蛋白质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。质分子或亚基，多肽链往往由两个以上结构域缔合而成三级结构。第8

51、4页/共131页第八十五页，共131页。 -螺旋螺旋(luxun) -转角转角(zhunjio) -折叠折叠二硫键二硫键结构域结构域1结构域结构域2第85页/共131页第八十六页，共131页。疏水键、离子键、二硫键、氢键和疏水键、离子键、二硫键、氢键和 Van der Waals力等。力等。 主要的化学键：主要的化学键：三级结构（三级结构（ tertiary structure ）是指球状蛋白质的多肽）是指球状蛋白质的多肽键在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折键在二级结构的基础上，通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系叠，借助次级键维系(wix)使使-螺旋、螺旋

52、、-折叠、折叠、-转角和无规则转角和无规则卷曲等二级结构相互配置而形成特定的构象。三级结构的形成使卷曲等二级结构相互配置而形成特定的构象。三级结构的形成使肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。肽链中所有的原子都达到空间上的重新排布。定义定义(dngy) 第86页/共131页第八十七页，共131页。-螺旋螺旋(luxun)-折叠折叠-转角转角无规则卷曲无规则卷曲空穴空穴 特征：特征：含多种二级结构单元；含多种二级结构单元；有明显的折叠层次有明显的折叠层次(cngc)(cngc)；是紧密的球状或椭球状实体；是紧密的球状或椭球状实体；分子表面有一空穴分子表面有一空穴( (活性部位活性部位) )；疏

53、水侧链埋藏在分子内部，疏水侧链埋藏在分子内部， 亲水侧链暴露在分子表面。亲水侧链暴露在分子表面。实例：肌红蛋白，核糖核酸酶实例：肌红蛋白，核糖核酸酶第87页/共131页第八十八页，共131页。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次(qc)(qc)是氢键和离子键。是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构四、蛋白质的四级结构(jig(jigu)u)蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触触(jich)(jich)部位的布局和相互作用，称为蛋白质部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，

54、每有些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，称为蛋白质的亚一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基基 (subunit)。第88页/共131页第八十九页，共131页。 血红蛋白的四级结构的测定由佩血红蛋白的四级结构的测定由佩鲁茨鲁茨 1958 1958年完成，其结构要点为：年完成，其结构要点为：球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基球状蛋白，寡聚蛋白，含四个亚基两条两条链，两条链，两条链，链，2222 链：链：141141个残基；个残基； 链：链：146146个个残基残基分子量分子量65 00065 000含四个血红素辅基含四个血红素辅基亲水性侧链基团亲水性侧链基团(j

55、 tun)(j tun)在分子表在分子表面，疏水性基团面，疏水性基团(j tun)(j tun)在分子内在分子内部部第89页/共131页第九十页，共131页。第90页/共131页第九十一页，共131页。一、一、 蛋白质一级结构与功能蛋白质一级结构与功能(gngnng)(gngnng)二、二、 蛋白质高级构象与功能蛋白质高级构象与功能(gngnng)(gngnng) 蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样蛋白质复杂的组成和结构是其多种多样(du zhn du yn)生物学功能的基础；而蛋白质独特的性质和功能则是其生物学功能的基础；而蛋白质独特的性质和功能则是其结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的

56、所有信息，并结构的反映。蛋白质一级结构包含了其分子的所有信息，并决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关。决定其高级结构，高级结构和其功能密切相关。 第91页/共131页第九十二页，共131页。（一）同源蛋白质的一级结构（一）同源蛋白质的一级结构(jigu)差异与生物进差异与生物进化化第92页/共131页第九十三页，共131页。生物生物(shngw) 与人不同的与人不同的AA数目数目黑猩猩黑猩猩 0恒河猴恒河猴 1兔兔 9袋鼠袋鼠 10牛、猪、羊、狗牛、猪、羊、狗 11马马 12鸡、火鸡鸡、火鸡 13响尾蛇响尾蛇 14海龟海龟 15金枪鱼金枪鱼 21角饺角饺 23小蝇小蝇 25蛾蛾 31小麦小

57、麦 35粗早链孢霉粗早链孢霉 43酵母酵母 44 第93页/共131页第九十四页，共131页。第94页/共131页第九十五页，共131页。第95页/共131页第九十六页，共131页。为镰刀形，与氧结合功能丧为镰刀形，与氧结合功能丧失，失， 导致病人窒息甚至死亡，导致病人窒息甚至死亡，但病人可抗非洲疟疾。但病人可抗非洲疟疾。第96页/共131页第九十七页，共131页。w它是最早认识的一它是最早认识的一种分子病。流行于种分子病。流行于非洲，死亡率极高非洲，死亡率极高，大部分患者童年，大部分患者童年时就夭折时就夭折(yozh)，活过童年的寿命也活过童年的寿命也不长，它是由于遗不长，它是由于遗传基因突

58、变导致血传基因突变导致血红蛋白分子结构的红蛋白分子结构的突变。突变。第97页/共131页第九十八页，共131页。（三）（三）. .一级结构的局部断裂一级结构的局部断裂(dun li)(dun li)与蛋白与蛋白质的激活质的激活 胰岛素原与胰岛素（牛胰岛素原的激胰岛素原与胰岛素（牛胰岛素原的激活活(j hu)） ArgLysArg（C肽）肽）第98页/共131页第九十九页，共131页。（一）核糖核酸酶的变性（一）核糖核酸酶的变性(binxng)与复与复性性 二、蛋白质高级结构与功能二、蛋白质高级结构与功能(gngnng)的关系的关系 牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键第99

59、页/共131页第一百页，共131页。 天然天然(tinrn)(tinrn)状态，有催状态，有催化活性化活性 尿素尿素(nio s)(nio s)、 -巯基乙醇巯基乙醇 去除去除(q ch)(q ch)尿尿素、素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性第100页/共131页第一百零一页，共131页。第101页/共131页第一百零二页，共131页。血红蛋白血红蛋白(xuhng dnbi)(xuhng dnbi)的四个亚基紧密结合，亚基之间的四个亚基紧密结合，亚基之间的维系键是亚基之间的的维系键是亚基之间的8 8 个盐键个盐键第102页/共131页第一百零三页，共131页。Hb Hb

60、 未与未与O2O2结合的时候，结合的时候，Fe2+Fe2+位于卟啉环平面外侧，与位于卟啉环平面外侧，与F8His F8His 连接，当第一个连接，当第一个 O2 O2与与 Fe2+ Fe2+结合后，结合后， 被拉到平面被拉到平面中，使得牵动中，使得牵动(qindng)F8(qindng)F8螺旋片段，导致亚基之间盐螺旋片段，导致亚基之间盐键断裂、结合变松弛，使易于与第二个亚基结合键断裂、结合变松弛，使易于与第二个亚基结合第103页/共131页第一百零四页，共131页。变构效应变构效应(xioyng)(xioyng)与协同效应与协同效应(xioyng)(xioyng)协同效应：一个亚基与其配体（