第三章蛋白质的结构与功能ppt课件

1、 第三章第三章 蛋白质的构造与功能蛋白质的构造与功能教学要求教学要求 掌握蛋白质的生物学重要性。掌握蛋白质的分子掌握蛋白质的生物学重要性。掌握蛋白质的分子组成特点和根本单位。掌握蛋白质的分子构造及组成特点和根本单位。掌握蛋白质的分子构造及其与功能的关系。熟习蛋白质的重要理化性质。其与功能的关系。熟习蛋白质的重要理化性质。了解蛋白质的重要分别和纯化方法。了解蛋白质的重要分别和纯化方法。 目录目录第一节第一节 蛋白质生理功能、元素组成及分类蛋白质生理功能、元素组成及分类第二节第二节 蛋白质的根本构造单位蛋白质的根本构造单位氨基酸氨基酸第三节第三节 肽肽第四节第四节 蛋白质的分子构造蛋白质的分子构造

2、第五节第五节 蛋白质的分子构造与功能的关系蛋白质的分子构造与功能的关系第六节第六节 蛋白质的重要性质蛋白质的重要性质 蛋白质protein是生活细胞内含量最丰富、功能最复杂的生物大分子，并参与了几乎一切的生命活动和生命过程。因此，研讨蛋白质的构造与功能一直是生命科学最根本的命题。 生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的表达者，具有以下主要功能：催化功能；构造功能；调理功能；催化功能；构造功能；调理功能；防御功能；运动功能；运输功能；防御功能；运动功能；运输功能；信息功能；贮藏功能信息功能；贮藏功能 第一节第一节 蛋白质生理功能、元素组成及分类蛋白质生理功能、元素组成及分类蛋白质的主

3、要生理功能蛋白质的主要生理功能主要功能：主要功能： 催化功能；酶催化功能；酶 构造功能；动物的皮，毛等构造功能；动物的皮，毛等 防御功能；抗体，补体，凝血酶防御功能；抗体，补体，凝血酶 运动功能；肌球蛋白，肌动蛋白运动功能；肌球蛋白，肌动蛋白 运输功能；血红蛋白运输功能；血红蛋白 信息功能；膜蛋白信息功能；膜蛋白 储存功能；储存功能； 卵清蛋白，卵清蛋白，蛋白质主要元素组成：蛋白质主要元素组成：C C、H H、O O、N N、S S 及及 P P、FeFe、CuCu、ZnZn、MoMo、I I、Se Se 等微量元素。等微量元素。碳碳 50% 50% 氢氢7% 7% 氧氧23% 23% 氮氮1

4、6% 16% 硫硫 0-3% 0-3% 微量的磷、铁、铜、碘、微量的磷、铁、铜、碘、锌、钼锌、钼 蛋白质平均含蛋白质平均含N N量为量为1616, ,这是凯氏定这是凯氏定氮法测蛋白质含量的实际根据：氮法测蛋白质含量的实际根据： 蛋白质含量蛋白质含蛋白质含量蛋白质含N N量量6.256.25 三聚氰胺构造式如下，试阐明为什么添三聚氰胺构造式如下，试阐明为什么添加三聚氰胺可以添加乳汁中蛋白含量的加三聚氰胺可以添加乳汁中蛋白含量的原理？原理？三聚氰胺中含氮66.67% 蛋白质的分类蛋白质的分类1 按组成：按组成：简单蛋白：此类蛋白完全水解的产物为简单蛋白：此类蛋白完全水解的产物为-氨氨基酸，不含其它

5、物质；基酸，不含其它物质；按其溶解度等理化性质的差别又可分为以下按其溶解度等理化性质的差别又可分为以下几类。几类。简单蛋白质：水解只产生简单蛋白质：水解只产生AA结合蛋白：由简单蛋白质与非蛋白质组分结结合蛋白：由简单蛋白质与非蛋白质组分结合而成，其非蛋白质组分通常称为辅基。合而成，其非蛋白质组分通常称为辅基。结合蛋白质：蛋白质结合蛋白质：蛋白质+辅基辅基简单蛋白质分类简单蛋白质分类结合蛋白质分类结合蛋白质分类结合蛋白：由简单蛋白质与非蛋白质组分结合而成，其非蛋结合蛋白：由简单蛋白质与非蛋白质组分结合而成，其非蛋白质组分通常称为辅基。白质组分通常称为辅基。2按蛋白质来源分类按蛋白质来源分类 动物

6、性蛋白质：肉类蛋白质、乳类蛋动物性蛋白质：肉类蛋白质、乳类蛋白质、蛋类蛋白质白质、蛋类蛋白质 植物性蛋白质：蔬菜蛋白、谷类蛋白、植物性蛋白质：蔬菜蛋白、谷类蛋白、油料种子蛋白油料种子蛋白 单细胞蛋白质单细胞蛋白质3、按分子外形的对称程度：、按分子外形的对称程度： 球状蛋白质球状蛋白质 纤维状蛋白质、膜蛋纤维状蛋白质、膜蛋白质白质4、按功能分：、按功能分： 酶、运输蛋白、营养和储存蛋白、激酶、运输蛋白、营养和储存蛋白、激素、受体蛋白、运动蛋白、构造蛋白、防素、受体蛋白、运动蛋白、构造蛋白、防御蛋白。御蛋白。 第二节第二节 蛋白质的根本构造单位蛋白质的根本构造单位氨基酸氨基酸一、一、 氨基酸的通式

7、氨基酸的通式二、蛋白质氨基酸、稀有的蛋白质氨基酸和二、蛋白质氨基酸、稀有的蛋白质氨基酸和 非蛋白质氨基酸的概念非蛋白质氨基酸的概念三、二十种常见的蛋白质氨基酸分类、构造三、二十种常见的蛋白质氨基酸分类、构造及三字符号及三字符号四、氨基酸的性质四、氨基酸的性质五、氨基酸的消费和运用五、氨基酸的消费和运用蛋白质完全水解得到各种氨基酸的混合物，蛋白质完全水解得到各种氨基酸的混合物，部分水解通常得到多肽片段。最后得到各种部分水解通常得到多肽片段。最后得到各种氨基酸的混合物。所以，氨基酸是蛋白质的氨基酸的混合物。所以，氨基酸是蛋白质的根本构造单元。根本构造单元。大多数的蛋白质都是由大多数的蛋白质都是由2

8、020种氨基酸组成。这种氨基酸组成。这2020种氨基酸被称为根本氨基酸。种氨基酸被称为根本氨基酸。 氨基酸的通式氨基酸的通式 氨基酸的通式氨基酸的通式注注:L型的型的-NH2基写在分子的左边，基写在分子的左边，D型的写在右边。型的写在右边。D型型AA在自然界中存在于细菌细胞壁，短杆菌肽中。在自然界中存在于细菌细胞壁，短杆菌肽中。脯氨酸脯氨酸 Pro,P氨基酸是具有氨基氨基酸是具有氨基-NH2-NH2或亚氨基和羧基或亚氨基和羧基-COOH-COOH的有机分子。氨基酸种类的有机分子。氨基酸种类多，但构成蛋白质具有遗多，但构成蛋白质具有遗传密码的氨基酸只需传密码的氨基酸只需2020种，种，且都是且都

9、是L-L-型的型的-型氨基型氨基酸，酸， CC是不对称是不对称C C除除GlyGly，那么：那么：具有两种立体异构体具有两种立体异构体 D- D-型和型和L-L-型型 2. 2. 具有旋光性具有旋光性 左旋左旋- -或右旋或右旋+ + 氨基酸构造共同点氨基酸构造共同点 常见的氨基酸有20种自然界的氨基酸大于20种 氨基酸构造上的共同点：一个氨基，一个羧基，一个H原子与-C相连脯氨酸为-亚氨基酸 。 除甘氨酸外，其他的AA -C都是不对称C原子，具有L和D型。氨基酸的分类氨基酸的分类l l按其侧链按其侧链R构造的不同，可分为脂肪族、芳构造的不同，可分为脂肪族、芳香族和杂环氨基酸三大类香族和杂环氨

10、基酸三大类 l根据其侧链根据其侧链R有无极性再分为中性极性氨基有无极性再分为中性极性氨基酸和中性非极性氨基酸二个亚类酸和中性非极性氨基酸二个亚类.中性极性中性极性氨基酸氨基酸polar AA较亲水较亲水, hydrophilic亲水性大的极性较大。中性非极性氨基酸亲水性大的极性较大。中性非极性氨基酸non-polar AA较疏水较疏水hydrophobic 二十种常见蛋白质氨基酸的分类、构造及三字符号二十种常见蛋白质氨基酸的分类、构造及三字符号据营养据营养学分类学分类 必需必需非必需非必需据据R基团化基团化学构造分类学构造分类 脂肪族脂肪族A中性、含羟基或巯基、酸性、碱性中性、含羟基或巯基、酸

11、性、碱性芳香族芳香族A(Phe、Tyr、Trp)杂环杂环(His、Pro)人的必需氨基人的必需氨基酸酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThrArgArg、HisHis婴儿期：婴儿期：ArgArg和和HisHis供应缺乏，供应缺乏，属半必需氨基酸属半必需氨基酸 据据R基团基团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种种不带电荷种不带电荷种带电荷：正电荷种负电荷种带电荷：正电荷种负电荷种非极性非极性R基团氨基酸基团氨基酸不带电荷极性不带电荷极性R基团氨基酸基团氨基酸带电荷带电荷R基团氨基酸基团氨基酸甘氨酸甘氨酸 Gl

12、y,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中性脂肪族氨基酸中性脂肪族氨基酸R R基均为中性烷基，基均为中性烷基，R R基对分子酸碱性影响很小，它们基对分子酸碱性影响很小，它们几乎有一样的等电点。几乎有一样的等电点。6 .06 .00.030.03GlyGly是独一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性是独一不含手性碳原子的氨基酸，因此不具旋光性 从从GlyGly至至IleIle，R R基团疏水性添加基团疏水性添加 含羟基或硫脂肪族氨基酸含羟基或硫脂肪族氨基酸丝氨酸丝氨酸 Ser,S苏氨酸苏氨酸 Thr,T半胱氨酸半胱氨酸 Cys,

13、C甲硫氨酸甲硫氨酸 Met,MSerSer的的-CH2 OH-CH2 OH基基pKa=15pKa=15在生理条件下不解离在生理条件下不解离, ,但在大多数酶但在大多数酶的活性中心都发现有的活性中心都发现有SerSer残基存在。残基存在。SerSer和和ThrThr的的-OH-OH往往与糖链相连，构成糖蛋白。往往与糖链相连，构成糖蛋白。 CysCys的的R R中含巯基中含巯基-SH-SH， 具有两个重要性质：具有两个重要性质：1 1在较高在较高pHpH值条件，巯基离解。值条件，巯基离解。2 2两个两个CysCys的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸。的巯基氧化生成二硫键，生成胱氨酸。MetMet在生

14、物合成中是一种重要的甲基供体。在生物合成中是一种重要的甲基供体。以下氨基酸中侧链含有羟基的是以下氨基酸中侧链含有羟基的是 (2019) (2019)酸性氨基酸及酰胺酸性氨基酸及酰胺天冬氨酸天冬氨酸 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它们是独一在生理条件下带它们是独一在生理条件下带有负电荷的的两个有负电荷的的两个 氨基酸氨基酸 R中含有酰胺基团中含有酰胺基团2种种酰胺基中氨基易发生氨基转移反响 碱性氨基酸碱性氨基酸赖氨酸赖氨酸 Lys,K精氨酸精氨酸 Arg,R组氨酸组氨酸 His,H杂环杂环LysLys侧链氨基的侧链氨基的pKapKa为为

15、10.5310.53，生理条件下，生理条件下，LysLys侧链带有一个侧链带有一个正电荷正电荷NH3+NH3+，侧链的氨基反响活性侧链的氨基反响活性增大。增大。ArgArg是碱性最强的氨基是碱性最强的氨基酸，侧链上的胍基是知酸，侧链上的胍基是知碱性最强的有机碱，碱性最强的有机碱，pKapKa值为值为12.4812.48，生理条，生理条件下完全质子化。件下完全质子化。HisHis是是pKapKa值最接近生理值最接近生理pHpH值的一种游离氨基值的一种游离氨基酸中为酸中为6.006.00，在多肽链，在多肽链中为中为7.35 7.35 ，是在生，是在生理理pHpH条件下独一具有缓条件下独一具有缓冲才

16、干的氨基酸。冲才干的氨基酸。HisHis在酶的酸碱催化机制在酶的酸碱催化机制中起重要作用中起重要作用杂环氨基酸杂环氨基酸组氨酸组氨酸 His,H脯氨酸脯氨酸 Pro,PPro的的-亚氨基是环的一部分，亚氨基是环的一部分，因此具有特殊的刚性构造。因此具有特殊的刚性构造。普通出如今两段普通出如今两段-螺旋之间的转螺旋之间的转角处，角处，Pro残基所在的位置必然残基所在的位置必然发生骨架方向的变化，发生骨架方向的变化，芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸 Phe,F酪氨酸酪氨酸 Tyr,Y色氨酸色氨酸 Trp,W在280nm处，Trp吸收最强，Tyr次之，Phe最弱。 蛋白质氨基酸：蛋白质氨基酸

17、： 蛋白质中常见的蛋白质中常见的20种氨基酸种氨基酸 在少数蛋白质中分别出一些不常见的氨基酸，通常称为稀在少数蛋白质中分别出一些不常见的氨基酸，通常称为稀有氨基酸。有氨基酸。 这些氨基酸都是由相应的根本氨基酸衍生而来的，没有遗这些氨基酸都是由相应的根本氨基酸衍生而来的，没有遗传密码。蛋白质生物合成后，经专注的酶催化构成。传密码。蛋白质生物合成后，经专注的酶催化构成。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 主要存在于胶原蛋白

18、中主要存在于胶原蛋白中主要存在于组蛋白中主要存在于组蛋白中主要存在于甲状腺球蛋白中主要存在于甲状腺球蛋白中 稀有的蛋白质氨基酸：稀有的蛋白质氨基酸：生物体内的氨基酸类别生物体内的氨基酸类别非蛋白质的氨基酸非蛋白质的氨基酸不参与蛋白质的组成，而是以游离的形状存在于不参与蛋白质的组成，而是以游离的形状存在于生物体之中。生物体之中。在各种组织和细胞中找到在各种组织和细胞中找到180多种非蛋白质的氨多种非蛋白质的氨基酸。总的来说，关于非蛋白质氨基酸的生物功基酸。总的来说，关于非蛋白质氨基酸的生物功能，报道的不多。能，报道的不多。 氨基酸的性质氨基酸的性质1 1、氨基酸的物理性质、氨基酸的物理性质常见氨

19、基酸均为无色结晶常见氨基酸均为无色结晶,其外形因构型而异其外形因构型而异 溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，溶解性：各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶并能溶解于稀酸或稀碱中，但不能溶解于有机溶剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。剂。通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。 (2) (2) 熔点：氨基酸的熔点极高，普通在熔点：氨基酸的熔点极高，普通在200200以以上。上。 (3) (3) 味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的味感：其味随不同氨基酸有所不同，有的无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐有无味、有的为甜、有的味苦，谷氨酸的单钠盐

20、有鲜味，是味精的主要成分。鲜味，是味精的主要成分。2、氨基酸光学性质、氨基酸光学性质1、除甘氨酸外，一切天然、除甘氨酸外，一切天然-氨基酸都有不对称手性碳氨基酸都有不对称手性碳原子，因此一切天然氨基酸都具有旋光性。原子，因此一切天然氨基酸都具有旋光性。参与蛋白质组成的参与蛋白质组成的20种氨基酸中色氨酸种氨基酸中色氨酸(Trp)、酪氨酸、酪氨酸(Tyr)苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe)的的R基团中含有苯环共轭双键系统，在近紫外基团中含有苯环共轭双键系统，在近紫外光区光区220-300nm显示特征的吸收谱带，最大光吸收显示特征的吸收谱带，最大光吸收max分别为分别为279、278、和、和259nm。由

21、于大多数蛋白质都。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。含量。TrpTyrPhe的的 紫外紫外吸收吸收光谱光谱摩尔吸收系数摩尔吸收系数波长波长(279)(279)(278)(278)(259)(259) 氨基酸的性质氨基酸的性质1 1 两性解离和等电点两性解离和等电点 2 2 光学性质光学性质 3 3 重要化学反响重要化学反响a. a. 与茚三酮反响与茚三酮反响: :用于氨基酸定量定性测定用于氨基酸定量定性测定. .b.b.与与2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(DNFB)(DNFB)的反响的反响san

22、gersanger反反响响: :用于蛋白质用于蛋白质N-N-端测定端测定. . c. c. 与苯异硫氰酯与苯异硫氰酯PITCPITC的反响的反响EdmanEdman反响反响， 用于蛋白用于蛋白N-N-端测定，蛋白质顺序测定仪设端测定，蛋白质顺序测定仪设计原理的根据。计原理的根据。氨基酸的两性解离性质氨基酸的两性解离性质 两性离子：带有数量相等的正负两种电荷的离子 两性离子：带有数量相等的正负两种电荷的离子pH = pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷净电荷为负为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCOONH3+ + H+ OH- + H+ OH-(pK 1)(pK 2)当氨基酸

23、溶液在某一定当氨基酸溶液在某一定pH值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相值时，使某特定氨基酸分子上所带正负电荷相等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极挪动，此时溶液的等，成为两性离子，在电场中既不向阳极也不向阴极挪动，此时溶液的pH值即为该氨基酸的等电点值即为该氨基酸的等电点(isoelectric point，pI)。此时氨基酸的溶解度。此时氨基酸的溶解度最小。最小。氨基酸的两性解离性质及等电点氨基酸的两性解离性质及等电点3 3、氨基酸的化学性质、氨基酸的化学性质氨基酸等电点的运用氨基酸等电点的运用 等电点是氨基酸的特征常数，氨基酸不等电点是氨基酸的特征常数，氨基酸不同，其等电点

24、不同。同，其等电点不同。 当氨基酸处于等电点是，由于静电引力当氨基酸处于等电点是，由于静电引力的作用，其溶解度最小，容易发生沉淀。的作用，其溶解度最小，容易发生沉淀。利用此特点可从氨基酸混合物溶液中分利用此特点可从氨基酸混合物溶液中分别某种氨基酸。别某种氨基酸。 在等电点以上的在等电点以上的pH,AA带负电荷带负电荷,在电场在电场只向正极挪动只向正极挪动,反之向负极挪动反之向负极挪动.溶液的溶液的pH离等电点愈远离等电点愈远,AA携带的净电荷愈大携带的净电荷愈大.氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算 可见，氨基酸的可见，氨基酸的pI值等于该氨基酸的两性离子形状两侧值等于该氨基酸的两性离子形状两

25、侧的基团的基团pK值之和的二分之一。值之和的二分之一。pI=2pK 1+pK 2一氨基一羧基一氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK 2+pK R碱性碱性AA的等电点的等电点计算：计算：pI=2pK 1+pK R酸性酸性AA的等电点的等电点计算：计算：练习 甘氨酸的解离常数是甘氨酸的解离常数是pK1=2.34, pK2=9.60 pK1=2.34, pK2=9.60 ，它的等电，它的等电点点pIpI是是 。 A A、7.26 B7.26 B、5.97 5.97 C C 、7.14 D7.14 D、10.7710.77 谷氨酸的谷氨酸的pK1(-COOH)pK1(-COOH)为为

26、2.192.19，pK2(-NH3)pK2(-NH3)为为9.679.67，pK3R(-pK3R(-COOH)COOH)为为4.254.25，其，其pIpI是是 。 A A、4.25 B4.25 B、3.22 C3.22 C、6.96 6.96 D D、5.935.93氨基酸与茚三酮反响氨基酸与茚三酮反响( (可定性定量测定可定性定量测定AA)AA)+3H20水合茚三酮水合茚三酮(无色无色)NH3CO2 RCHO+复原性茚三酮复原性茚三酮紫色化合物紫色化合物(弱酸弱酸)加热加热水合茚三酮水合茚三酮+ 2NH3 +复原性茚三酮复原性茚三酮氨基酸与氨基酸与2,42,4一二硝基氟苯一二硝基氟苯(DN

27、FB)(DNFB)的反响的反响sangersanger反响反响DNFBdinitrofiuorobenzeneDNP-AA(黄色黄色)+ HF弱硷中弱硷中氨基酸氨基酸用于测定用于测定N末端末端AA氨基酸与苯异硫氰酯氨基酸与苯异硫氰酯PITCPITC的反响的反响EdmanEdman反响反响PITCphenylisothiocyanate+苯乙内酰硫脲衍生物苯乙内酰硫脲衍生物(PTH-AA) phenylisothiohydantion-AA弱硷中弱硷中(400 C)(硝基甲烷硝基甲烷 400 C)H+ 3个反响共同的特点: 与-氨基反响 生成物溶于有机溶剂第三节第三节 肽肽一一 、肽、肽(pep

28、tide)(peptide)和肽键和肽键(peptide bond)(peptide bond)的概念的概念二、天然存在的活性肽二、天然存在的活性肽 生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子生理活性肽的功能类别：激素、抗菌素、辅助因子 实例：谷胱甘肽实例：谷胱甘肽(glutathione,GSH)(glutathione,GSH)促甲状腺素释放因子促甲状腺素释放因子TRHTRH肽和肽键的构成肽和肽键的构成肽键肽键肽平面肽平面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-氨基脱水缩合而成的化合物称为肽。氨基脱水缩合而成的化合物称为肽。 氨基酸之间脱水后构成的酰胺键称肽键

29、酰胺键。氨基酸之间脱水后构成的酰胺键称肽键酰胺键。肽键肽键(peptide bend)的概念的概念 肽键肽键peptide bond是蛋白质分子中的是蛋白质分子中的主要共价键，性质比较稳定。它虽是单主要共价键，性质比较稳定。它虽是单键，但具有部分双键的性质，难以自在键，但具有部分双键的性质，难以自在旋转而有一定的刚性，因此构成肽键平旋转而有一定的刚性，因此构成肽键平面。包括衔接肽键两端的面。包括衔接肽键两端的CO、和和2个个C共共6个原子的空间位置处在一个个原子的空间位置处在一个相对接近的平面上，而相邻相对接近的平面上，而相邻2个氨基酸的个氨基酸的侧链侧链R又构成反式构型，从而构成肽键与又构成

30、反式构型，从而构成肽键与肽链复杂的空间构造肽链复杂的空间构造 肽单位肽键的构造特点：肽键的构造特点：1 1酰胺氮上的孤对电子与相邻羰基之间构成共振杂化体。酰胺氮上的孤对电子与相邻羰基之间构成共振杂化体。2 2肽键具有部分双键性质，不能自在旋转。肽键具有部分双键性质，不能自在旋转。3 3肽键具有平面性，组成肽键的肽键具有平面性，组成肽键的4 4个原子和个原子和2 2个个CC几乎处在同一平面内几乎处在同一平面内酰氨平面。酰氨平面。4 4其中其中C=OC=O与与N-HN-H以及两以及两个个CaCa通常均呈反式构型通常均呈反式构型. .5-碳原子的二面角碳原子的二面角 和和 二面角二面角 两相邻酰胺平

31、面两相邻酰胺平面之间，能以共同的之间，能以共同的C为定点而旋转，为定点而旋转，绕绕C-N键旋转的角键旋转的角度称度称角，绕角，绕C-C键旋转的角度称键旋转的角度称角。角。和和称作二面称作二面角，亦称构象角。角，亦称构象角。多肽链可以看成由C串联起来的无数个酰胺平面组成完全伸展的多肽主链构象完全伸展的多肽主链构象-碳原子碳原子酰胺平面酰胺平面=1800，=1800=00，=00的多肽主链构象的多肽主链构象酰胺平面酰胺平面=00，=00 (实践上不存在实践上不存在)侧链侧链非键合原子非键合原子接触半径接触半径 肽肽peptide是氨基酸经过肽键相连的化合物，蛋白是氨基酸经过肽键相连的化合物，蛋白质

32、不完全水解的产物也是肽。肽按其组成的氨基酸数质不完全水解的产物也是肽。肽按其组成的氨基酸数目为目为2个、个、3个和个和4个等不同而分别称为二肽、三肽和四个等不同而分别称为二肽、三肽和四肽等，普通含肽等，普通含10个以下氨基酸组成的称寡肽个以下氨基酸组成的称寡肽oligopeptide，由，由10个以上氨基酸组成的称多肽个以上氨基酸组成的称多肽polypeptide，它们都简称为肽。，它们都简称为肽。 多肽多肽polypeptide 和蛋白质分子中的氨基酸均称为和蛋白质分子中的氨基酸均称为氨基酸残基氨基酸残基amino acid residue。多肽和蛋白质的。多肽和蛋白质的区别，一方面是多肽中

33、氨基酸残基数较蛋白质少，普区别，一方面是多肽中氨基酸残基数较蛋白质少，普通少于通少于50个，而蛋白质大多由个，而蛋白质大多由100个以上氨基酸残基组个以上氨基酸残基组成成 中间的中间的AA不存在不存在-羧基和羧基和-氨基氨基,称称AA残基。残基。 活性肽活性肽- -具特殊生理功能，常游离存在。具特殊生理功能，常游离存在。天然存在的活性肽天然存在的活性肽谷胱甘肽谷胱甘肽 谷胱甘肽在体内参与氧化复原过程，作为某些氧化复原酶的辅因子，或维护巯基酶，或防止过氧化物积累。一谷胱甘肽一谷胱甘肽GSH第一个肽键与普通不同，由谷氨酸第一个肽键与普通不同，由谷氨酸-羧基与半胱氨酸的氨基组羧基与半胱氨酸的氨基组成

34、，分子中半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。成，分子中半胱氨酸的巯基是该化合物的主要功能基团。 复原性谷胱甘肽分子中的肽键有何特点？复原性与氧化复原性谷胱甘肽分子中的肽键有何特点？复原性与氧化性谷胱甘肽的构造有何不同？性谷胱甘肽的构造有何不同？(2019年考研题年考研题8分分) 2GSH2GSHH2O2GS-SGH2O2GS-SG2H2O2H2O 谷胱甘肽谷胱甘肽( (氧化型氧化型)Glutathione(Oxidized) )Glutathione(Oxidized) 分子构造分子构造式式 二催产素和升压素二催产素和升压素 均为9肽，第3位和第9位氨基酸不同。催产素使子宫和乳腺平滑肌收缩

35、，具有催产和促使乳腺排乳作用。升压素促进血管平滑肌收缩，升高血压，减少排尿。三促肾上腺皮质激素三促肾上腺皮质激素ACTH 39肽，活性部位为第410位的7肽片段： Met-Glu-His-Phe-Arg-Trp-Gly。四脑肽四脑肽脑啡肽具有剧烈的镇痛作用强于吗啡，不上瘾。脑啡肽具有剧烈的镇痛作用强于吗啡，不上瘾。Met-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-MetLeu-脑啡肽脑啡肽 Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-内啡肽内啡肽31肽具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。肽具有较强的吗啡样活性与镇痛作用。五胰高血糖素五胰高血糖素由胰岛由胰岛-细胞分泌细胞分泌-细胞分泌胰岛素，细胞分

36、泌胰岛素，29肽。胰高血糖素肽。胰高血糖素调理调理 维持血糖浓度。维持血糖浓度。一、一、 蛋白质的构造层次的划分蛋白质的构造层次的划分二、二、 蛋白质的一级构造蛋白质的一级构造三、三、 多肽主链折叠的空间限制和多肽主链折叠的空间限制和 维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力四、四、 蛋白质的二级构造蛋白质的二级构造五、五、 蛋白质的超二级构造和构造域蛋白质的超二级构造和构造域六、六、 蛋白质的三级构造蛋白质的三级构造七、七、 蛋白质的四级构造蛋白质的四级构造第四节第四节 蛋白质的分子构造蛋白质的分子构造蛋蛋白白质质构构造造的的主主要要层层次次一级构造一级构造四级构造四级构造二级构造二级构

37、造三级构造三级构造primary structureprimary structuresecondary structuresecondary structureTertiary structureTertiary structurequariernary structurequariernary structure超二级构造超二级构造构造域构造域 supersecondary structure supersecondary structureStructure domanStructure doman一、一、 蛋白质的构造层次的划分蛋白质的构造层次的划分 蛋白质是氨基酸以肽键相互衔接的线性

38、序列。在蛋白质中，多肽链折叠构成特殊的外形构象conformation。在构造中，这种构象是原子的三维陈列，由氨基酸序列决议。蛋白质有四种构造层次：一级构造primary，二级构造secondary，三级构造tertiary和四级构造quaternary不总是有。二、蛋白质的一级构造二、蛋白质的一级构造多肽链中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置多肽链中氨基酸的陈列顺序，包括二硫键的位置称为蛋白质的一级构造称为蛋白质的一级构造(primary structure)(primary structure)。一级构。一级构造中包含的共价键造中包含的共价键covalent bondscovalent b

39、onds主要指肽键主要指肽键peptide bondpeptide bond和二硫键和二硫键disulfide bonddisulfide bond这是蛋白质最根本的构造，它内寓着决议蛋白质高级这是蛋白质最根本的构造，它内寓着决议蛋白质高级构造和生物功能的信息。构造和生物功能的信息。牛胰岛素的一级构造牛胰岛素的一级构造一级构造测定一级构造测定1.获取一定量纯的蛋白质样品，测其分子量，然后将样品完全水解，确定该蛋白质的氨基酸种类、数目及每种氨基酸的含量。2. 进展末端测定，确定该蛋白质的肽链数目，N-端和C-端是什么氨基酸。N-末端测定法：常采用2，4二硝基氟苯法、Edman降解法、丹磺酰氯法。

40、C-末端测定法：常采用肼解法、羧肽酶法。3. 肽链的拆分 经末端的分析，假设该蛋白质含有两条以上的肽链，而且肽链之间是经过非共价键衔接，运用蛋白量变性剂将其变性后分开；假设蛋白质肽链之间经过共价键相连，那么可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇复原法将其分开。4. 各肽链中氨基酸陈列顺序的测定 运用两种以上的方法将肽链部分水解成肽段，测各肽段的氨基酸顺序，然后运用片段重叠法推测出完好肽链的氨基酸顺序。5. 确定二硫键和酰胺的位置 一级构造测定一级构造测定根本战略：片段重叠法氨基酸顺序直测法根本战略：片段重叠法氨基酸顺序直测法 要点：要点：a.a.测定蛋白质的分子量及其氨基酸组分测定蛋白质的分子量及其氨基

41、酸组分 b. b. 测定肽键的测定肽键的N N末端和末端和C C末端末端 c. c. 运用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的运用两种或两种以上的肽键内切酶分别在多肽键的专注位点上断裂肽键；也可用溴化氰法专注性地断裂甲硫氨酸专注位点上断裂肽键；也可用溴化氰法专注性地断裂甲硫氨酸位点，从而得到一系列大小不等的肽段。位点，从而得到一系列大小不等的肽段。 d. d. 分别提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸分别提纯所产生的肽段，并分别测定它们的氨基酸顺序顺序 e. e. 将这些肽段的顺序进展跨切口重叠，进展比较分析将这些肽段的顺序进展跨切口重叠，进展比较分析，推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列

42、。，推断出蛋白质分子的全部氨基酸序列。蛋白质蛋白质AA顺序测顺序测 定根本战略定根本战略将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序将肽段顺序进展叠联以确定完好的顺序 将肽段分别并测出顺序将肽段分别并测出顺序专注性裂解专注性裂解末端氨基酸测定末端氨基酸测定二硫键拆开二硫键拆开纯蛋白质纯蛋白质将大化小，逐段分析，制成将大化小，逐段分析，制成两套肽片段，找出重叠位点两套肽片段，找出重叠位点，排出肽的前后位置，最后，排出肽的前后位置，最后确定蛋白质的完好序列。确定蛋白质的完好序列。 胰蛋白酶专注水解Lys和Arg 胰凝乳蛋白酶专注水解Phe,Trp,Tyr 溴化氰专注水解Met 如:Val-Phe-Asp-L

43、ys-Gly-Phe-Val-Glu-Arg 胰蛋白酶:Val-Phe-Asp-Lys和Gly-Phe-Val-Glu-Arg 胰凝乳蛋白酶: Asp-Lys-Gly-Phe 、Val-Phe 和Val-Glu-Arg 蛋白质一级构造的重要性，是由于其序蛋白质一级构造的重要性，是由于其序列中不同氨基酸侧链列中不同氨基酸侧链R的大小、性质不同，的大小、性质不同，决议着肽链折叠盘曲构成不同的空间构决议着肽链折叠盘曲构成不同的空间构造和功能。造和功能。蛋白质的高级构造 蛋白质的高级构造蛋白质的高级构造:指组成蛋白质的一切指组成蛋白质的一切原子和基团在三维空间中的构型和构象原子和基团在三维空间中的构型

44、和构象.一一 构型与构象构型与构象构型构型(configuration)：指一个不对称的化合：指一个不对称的化合物中不对称中心上的几个原子或基团的空物中不对称中心上的几个原子或基团的空间排布方式。在立体异构体中取代原子或间排布方式。在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向基团在空间的取向.如单糖的如单糖的、构型，构型，氨基酸的氨基酸的D、L构型。当从一种构型转构型。当从一种构型转换成另一种构型的时候，会牵涉及共价键换成另一种构型的时候，会牵涉及共价键的构成或破坏。的构成或破坏。构象构象(conformation)：指一个分子构造中的：指一个分子构造中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空一切原

45、子绕共价单键旋转时产生的不同空间陈列方式。一种构象变成另一种构象不间陈列方式。一种构象变成另一种构象不涉及共价键的构成或破坏。涉及共价键的构成或破坏。维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质分子构象的作用力维持蛋白质分子构象的作用力a.盐键盐键 b.氢键氢键 c.疏水键疏水键 d.范得华力范得华力 e.二硫键二硫键维持蛋白质构象的作用力维持蛋白质构象的作用力蛋白质构象稳定的缘由：蛋白质构象稳定的缘由：1酰胺平面；酰胺平面；2R的影响。的影响。维持蛋白质分子构象的作用力维持蛋白质分子构象的作用力 1.范得华力范得华力 ：静电引力：静电引力 2.氢键：氢键：X-HYN-HO 3.盐键

46、盐键 ：正负离子之间的静电引力羧基，氨：正负离子之间的静电引力羧基，氨基之间基之间 4.二硫键：两个二硫键：两个S原子之间的共价键原子之间的共价键 5.疏水键疏水键 ：两个及以上疏水基团非极性基团：两个及以上疏水基团非极性基团的作用。的作用。 主要参与维持蛋白质的三、四级构造。主要参与维持蛋白质的三、四级构造。 维持蛋白质二级构造的主要是氢键，维持蛋白维持蛋白质二级构造的主要是氢键，维持蛋白质三级构造的主要是疏水键，维持蛋白质四级质三级构造的主要是疏水键，维持蛋白质四级构造的有疏水键、盐键构造的有疏水键、盐键 。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

47、学键化学键 肽键一级构造一级构造氢键氢键二硫键二硫键二、三、四级构造二、三、四级构造疏水键疏水键盐键盐键范德华力范德华力三、四级构造三、四级构造四、蛋白质的二级构造四、蛋白质的二级构造( () ) 螺旋螺旋helixhelix( () ) 折叠折叠-pleated sheet-pleated sheet( () ) 转角转角-turn-turn( () ) 无规那么卷曲无规那么卷曲nonregular coilnonregular coil蛋白质的二级构造蛋白质的二级构造secondary structuresecondary structure是指蛋是指蛋白质分子中某一段肽链的部分空间构造，

48、也就是该段肽链白质分子中某一段肽链的部分空间构造，也就是该段肽链主链骨架原子的相对空间位置。不涉及氨基酸残基侧链的主链骨架原子的相对空间位置。不涉及氨基酸残基侧链的构象。是蛋白质构造的构象单元主要有以下类型：构象。是蛋白质构造的构象单元主要有以下类型：特征：特征：1 1、 每隔每隔3.63.6个个AAAA残基螺旋残基螺旋上升一圈，螺距上升一圈，螺距0.54nm;0.54nm;每个残基每个残基沿轴旋转沿轴旋转100100。2 2 、每个氨基酸、每个氨基酸残基的残基的C=0 C=0 与后与后面第面第4 4个氨基酸残个氨基酸残基的基的N-HN-H构成氢构成氢键，肽链上一切键，肽链上一切的肽键都参与氢

49、的肽键都参与氢键的构成。键的构成。 3 3、螺旋体中一、螺旋体中一切氨基酸残基切氨基酸残基R R侧侧链都伸向外侧，链都伸向外侧，链中的全部链中的全部C=0 C=0 和和N-HN-H几乎都平几乎都平行于螺旋轴行于螺旋轴; ;螺旋螺旋helix构成要素：与组成和构成要素：与组成和陈列顺序直接相关。陈列顺序直接相关。多态性：多数为右手较多态性：多数为右手较稳定，亦有少数左手螺稳定，亦有少数左手螺旋存在不稳定；旋存在不稳定；ProPro的影响的影响 1 、知某蛋白质的多肽链是-螺旋。该蛋白质的分子量为240 000，求蛋白质的分子长度。(蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为120) 2、知某蛋白质的多肽链

50、的一些节段是-螺旋，而另一些节段是-折叠。该蛋白质的分子量为240 000，其分子长5.0610-5,求分子中-螺旋和-折叠的百分率.(蛋白质中一个氨基酸的平均分子量为120,每个氨基酸残基在-螺旋中的长度0.15nm ，在-折叠中的长度为0.36nm)。影响影响螺旋稳定的要素：螺旋稳定的要素： 酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同电荷相斥，不利于螺旋构成；较大的R基团(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸)集中的区域，也妨碍螺旋构成；脯氨酸因其碳原子位于五元环上，不易改动，加之它是亚氨基酸，不易构成氢键，故不易构成上述螺旋；甘氨酸的R基为H，空间占位很小，也会影响该处螺旋的稳定。折叠折叠-pleate

51、d sheet-pleated sheet特征：两条或多特征：两条或多条伸展的多肽链条伸展的多肽链或一条多肽链或一条多肽链的假设干肽段的假设干肽段侧向集聚，经过侧向集聚，经过相邻肽链主链上相邻肽链主链上的的N-HN-H与与C=OC=O之间之间有规那么的氢键有规那么的氢键，构成锯齿状片，构成锯齿状片层构造，即层构造，即折叠片。折叠片。类别：平行类别：平行 反平行反平行 较稳定较稳定NNCNNCCC平行平行反平行反平行( (一切肽链的一切肽链的N-N-端都在同一边端都在同一边) )( (相邻两条肽链的方向相反相邻两条肽链的方向相反) ) 转角-turn特征：第一特征：第一个氨基酸残个氨基酸残基上的

52、基上的C=OC=O隔隔两个氨基酸两个氨基酸残基与第四残基与第四个氨基酸残个氨基酸残基上的基上的N-HN-H之之间构成氢键间构成氢键 ，肽键回折，肽键回折1800 1800 。 n不很稳定的环状构造。不很稳定的环状构造。n这类构造主要存在于球状蛋白分子外表。这类构造主要存在于球状蛋白分子外表。无无规规那那么么卷卷曲曲表表示示图图无规那么卷无规那么卷曲曲细胞色素细胞色素C的三级构造的三级构造-螺旋、螺旋、-片层之间用无规卷曲衔接起来片层之间用无规卷曲衔接起来,使其具有柔性使其具有柔性,有利于环绕和折叠有利于环绕和折叠. 蛋白质二级构造、乃至更高层次空间构蛋白质二级构造、乃至更高层次空间构造的构成，

53、决议于其一级构造。造的构成，决议于其一级构造。 由于一级构造中氨基酸残基侧链由于一级构造中氨基酸残基侧链R大小与大小与性质的不同，使肽键可构成不同的性质的不同，使肽键可构成不同的-螺螺旋、旋、-片层等二级构造片层等二级构造五、五、 蛋白质的超二级构造和构造域蛋白质的超二级构造和构造域蛋白质中相邻的二级构造单位即单个蛋白质中相邻的二级构造单位即单个螺螺旋或旋或折叠或折叠或转角组合在一同，构成有规转角组合在一同，构成有规那么的、在空间上能辩认的二级构造组合体称为蛋那么的、在空间上能辩认的二级构造组合体称为蛋白质的超二级构造白质的超二级构造; ;是蛋白质二级构造至三级构造是蛋白质二级构造至三级构造层

54、次的一种过渡态构象层次。层次的一种过渡态构象层次。根本组合方式：根本组合方式：；( () )超二级构造超二级构造 supersecondary structure supersecondary structure 超二级构造类型超二级构造类型1 2 3 4 5 5 2 3 4 1 -链链 -迂回迂回回形拓扑构造回形拓扑构造回形拓扑构造回形拓扑构造 -迂回迂回(2) (2) 构造域构造域structure domainstructure domain球状蛋白质的折叠单位。在超二级构造的根底上，多肽链球状蛋白质的折叠单位。在超二级构造的根底上，多肽链组装成几个相对独立、近似球形的三维实体，再由两个

55、或两个组装成几个相对独立、近似球形的三维实体，再由两个或两个以上这样的三维实体缔合成三级构造，这种相对独立的三维实以上这样的三维实体缔合成三级构造，这种相对独立的三维实体称为构造域。体称为构造域。 构成意义：构成意义： 动力学上更为合理动力学上更为合理 蛋白质酶活性部位往往位于构造域之间，使其蛋白质酶活性部位往往位于构造域之间，使其更具柔性更具柔性卵溶菌酶的三级构造中的构造域卵溶菌酶的三级构造中的构造域 -螺旋螺旋 -转角转角 -折叠折叠构造域构造域+构造域构造域乳酸脱氢酶构造域乳酸脱氢酶构造域1 /构造域构造域丙酮酸激酶构造域丙酮酸激酶构造域43-P-甘油醛脱氢酶构造域甘油醛脱氢酶构造域2木

56、瓜蛋白酶构造域木瓜蛋白酶构造域1木瓜蛋白酶构造域木瓜蛋白酶构造域2无规那么卷曲无规那么卷曲+ -螺旋构造螺旋构造域域无规那么卷曲无规那么卷曲+-回折构造回折构造域域六、六、 蛋白质的三级构造蛋白质的三级构造 多肽链在二级构造的根底上，经过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，借助次级键维系使螺旋、折叠片、转角等二级构造相互配置而构成特定的构象。三级构造的构成使肽链中一切的原子都到达空间上的重新排布。维系力: 氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水相互作用。当三级构造构成就可以行使蛋白质的功能了. 实例：肌红蛋白 核糖核酸酶肌肌红红蛋蛋白白三三级级构构造造疏水的氨基酸在分子内部，亲水的氨基酸在

57、分子的外表。疏水的氨基酸在分子内部，亲水的氨基酸在分子的外表。 肌红蛋白是一条由肌红蛋白是一条由153个氨基酸残基和一个氨基酸残基和一个血红素辅基组成的肽链，分子中由八个血红素辅基组成的肽链，分子中由八个肽段分别构成个肽段分别构成AH八段八段螺旋，再螺旋，再进一步经过进一步经过AB、CD等一些等一些转角与随转角与随意卷曲衔接，进一步地折叠构成接近球意卷曲衔接，进一步地折叠构成接近球状的分子三级构造状的分子三级构造 。 临床上也经过测定病人血中的肌红蛋白临床上也经过测定病人血中的肌红蛋白来鉴别诊断心绞痛还是心肌梗死来鉴别诊断心绞痛还是心肌梗死.核糖核酸酶三级构造表示图核糖核酸酶三级构造表示图 N

58、 His12CHis119Lys41由由3个个螺旋、螺旋、5个个折叠片和一些折叠片和一些转角等转角等七、蛋白质的四级构造七、蛋白质的四级构造四级构造是指由一样或不同的称作亚基四级构造是指由一样或不同的称作亚基subunitsubunit的亚单位按照一定排布方式聚合而成的亚单位按照一定排布方式聚合而成的蛋白质构造。亚根本身都具有球状三级构造，的蛋白质构造。亚根本身都具有球状三级构造，普通只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以普通只包含一条多肽链，也有的由二条或二条以上由二硫键衔接的肽链组成。上由二硫键衔接的肽链组成。维持稳定的作用力维持稳定的作用力: :疏水键、离子键、氢键、范得华力疏水键、离子

59、键、氢键、范得华力 实例：血红蛋白实例：血红蛋白 烟草花叶病毒的外壳蛋白四级构烟草花叶病毒的外壳蛋白四级构造造血红蛋白四级构造血红蛋白四级构造 血红蛋白就是由两条一样、各由血红蛋白就是由两条一样、各由141个氨个氨基酸残基组成的基酸残基组成的-亚基和两条一样、各亚基和两条一样、各由由146个氨基酸残基组成的个氨基酸残基组成的-亚基按特定亚基按特定方式接触、排布组成的一个球状、接近方式接触、排布组成的一个球状、接近四面体的分子构造。四面体的分子构造。 烟草花叶病毒外壳蛋白四级构造的自我组装烟草花叶病毒外壳蛋白四级构造的自我组装第五节第五节 蛋白质的分子构造与功能的关系蛋白质的分子构造与功能的关系

60、一、一、 蛋白质一级构造与功能蛋白质一级构造与功能二、二、 蛋白质高级构象与功能蛋白质高级构象与功能 蛋白质复杂的组成和构造是其多种多样生物学功能的蛋白质复杂的组成和构造是其多种多样生物学功能的根底；而蛋白质独特的性质和功能那么是其构造的反映。根底；而蛋白质独特的性质和功能那么是其构造的反映。蛋白质一级构造包含了其分子的一切信息，并决议其高级蛋白质一级构造包含了其分子的一切信息，并决议其高级构造，高级构造和其功能亲密相关。构造，高级构造和其功能亲密相关。 一级构造决议高级构造，一级构造决议高级构造，也决议蛋白质的功能也决议蛋白质的功能1 1、蛋白质一级构造的种属差别与同源性、蛋白质一级构造的种