蛋白质的结构与功能2010剖析

1、 生物化学生物化学 Biochemistry郑州大学医学院生物化学与分子生物学教研室郑州大学医学院生物化学与分子生物学教研室 王明臣王明臣卫生部规划教材卫生部规划教材生物化学生物化学第第7版编写人员合影版编写人员合影 -初稿于复旦大学初稿于复旦大学卫生部规划教材卫生部规划教材生物化学生物化学第第7版编写人员合影版编写人员合影 -定稿于苏州大学定稿于苏州大学 生物化学是运用化学原理和方法，从分子生物化学是运用化学原理和方法，从分子水平揭示生命现象本质的一门科学。水平揭示生命现象本质的一门科学。 又称又称生命的化学生命的化学。 生物化学的概念生物化学的概念生物化学的研究对象生物化学的研究对象?研究

2、对象：研究对象： 动物动物-动物生化动物生化 生物生物 植物植物-农业生化农业生化 微生物微生物-工业生化工业生化 这一这一时期的主要标志是时期的主要标志是1953年年Watson和和Crick的的DNA双螺旋双螺旋结构模型结构模型(诺贝尔奖，诺贝尔奖，1962)的建立。这是的建立。这是20世纪自然科学的三世纪自然科学的三大发现（量子力学，相对论）之一，他们的原创著作在世界著名大发现（量子力学，相对论）之一，他们的原创著作在世界著名杂志杂志自然自然(Nature)上发表，具有划时代的意义：上发表，具有划时代的意义：DNA双螺旋双螺旋结构是揭示遗传信息传递规律的结构是揭示遗传信息传递规律的“敲门

3、砖敲门砖”和联系生物化学与遗和联系生物化学与遗传学的传学的“桥梁桥梁”。 同年，同年，Sanger完成了胰岛素一级结构的测定。完成了胰岛素一级结构的测定。从此，生物化学发展进入了以从此，生物化学发展进入了以生物大分子核酸和蛋白质生物大分子核酸和蛋白质结构结构与功能研究为主体的与功能研究为主体的分子生物学分子生物学（molecular biology）时代。时代。Frederick SangerJames Watson Francis Crickv基因工程激素基因工程激素: 胰岛素胰岛素, ,生长激素生长激素, EPO, EPOv基因工程疫苗基因工程疫苗: 乙肝疫苗乙肝疫苗 生物工程产品生物工程

4、产品 v基因工程示意图基因工程示意图 载体DNA(限制性内切酶切开)目的基因宿主细胞重组体已转化的宿主细胞阳性克隆株繁殖表达 分子生物学已成为当代生命科学研究中的核心前沿分子生物学已成为当代生命科学研究中的核心前沿和成为推动整个生命科学发展的重要基础。和成为推动整个生命科学发展的重要基础。 由于分子生物学渗透进入生物学的每一分支领域，由于分子生物学渗透进入生物学的每一分支领域，全面推动了生命科学和医学的各个方面的发展，如疾病全面推动了生命科学和医学的各个方面的发展，如疾病的诊断和治疗，使医学在一个更高的水平的诊断和治疗，使医学在一个更高的水平分子水平分子水平来研究生命现象和处理疾病，并使医学进

5、入了一个崭新来研究生命现象和处理疾病，并使医学进入了一个崭新的的 “分子医学分子医学”（Molecular MedicineMolecular Medicine）时代。时代。 在医学各个学科中，包括生理学、微生物学、免在医学各个学科中，包括生理学、微生物学、免疫学、病理学、药理学以及临床各学科都与分子生疫学、病理学、药理学以及临床各学科都与分子生物学有广泛的交叉与渗透，形成了一系列交叉学科物学有广泛的交叉与渗透，形成了一系列交叉学科和边沿学科，如分子免疫学、分子病毒学、分子病和边沿学科，如分子免疫学、分子病毒学、分子病理学、分子肿瘤学和分子药理学等，从而大大促进理学、分子肿瘤学和分子药理学等，

6、从而大大促进了医学的发展。了医学的发展。 1 1生物分子的结构与功能生物分子的结构与功能v人体由各种组织、器官构成，各组织，器官又以细胞为基本人体由各种组织、器官构成，各组织，器官又以细胞为基本组成单位，细胞又由成千上万种化学物质组成。组成单位，细胞又由成千上万种化学物质组成。v人体细胞的基本化学成分包括蛋白质、核酸、脂类、糖类及人体细胞的基本化学成分包括蛋白质、核酸、脂类、糖类及水和无机盐等。水和无机盐等。v蛋白质、核酸蛋白质、核酸属于生物体内存在的大分子有机化合物，由某属于生物体内存在的大分子有机化合物，由某些基本结构单位按一定顺序和方式连接所形成的多聚体，称些基本结构单位按一定顺序和方式

7、连接所形成的多聚体，称生物大分子生物大分子（biomacromolecules）。）。 生物化学研究的主要内容生物化学研究的主要内容 2. 2.物质代谢与调控物质代谢与调控 v生物体内不断地进行着新陈代谢。包括合成代谢、生物体内不断地进行着新陈代谢。包括合成代谢、分解代谢以及物质之间的相互转化。分解代谢以及物质之间的相互转化。( (物质流）物质流）v在物质代谢过程中总伴随着能量的转化和利用在物质代谢过程中总伴随着能量的转化和利用。 ( (能量流）能量流）v要使千变万化的化学反应有条不紊地进行，并完成要使千变万化的化学反应有条不紊地进行，并完成不同而协调一致的生理功能，生物体内存在着精密、不同而

8、协调一致的生理功能，生物体内存在着精密、细致、完善而绝妙的调控机制细致、完善而绝妙的调控机制。（信息流）（信息流） 3 3遗传信息传递及其调控遗传信息传递及其调控生命特征就是遗传信息最终表达的结果。生命特征就是遗传信息最终表达的结果。 基因信息传递涉及到遗传、变异、生长、分基因信息传递涉及到遗传、变异、生长、分化等诸多生命过程，也与遗传病、恶性肿瘤、心化等诸多生命过程，也与遗传病、恶性肿瘤、心血管病等多种疾病的发病机制有关。血管病等多种疾病的发病机制有关。 DNADNA复制复制 RNARNA转录转录 蛋白质翻译蛋白质翻译 基因表达调控基因表达调控中国近代生物化学的发展中国近代生物化学的发展v2

9、020世纪世纪20-3020-30年代，我国生物化学家年代，我国生物化学家吴宪吴宪等在血液分析方面，等在血液分析方面，创立了无蛋白血滤液制备及创立了无蛋白血滤液制备及血糖测定血糖测定方法。方法。v19311931年，吴宪提出了国际公认的年，吴宪提出了国际公认的蛋白质变性学说蛋白质变性学说, ,成为我国生成为我国生物化学界的先驱。物化学界的先驱。v19651965年，中国科学院生物化学研究所、有机化学研究所和北京年，中国科学院生物化学研究所、有机化学研究所和北京大学的科学家首先采用大学的科学家首先采用人工方法合成了具有生物活性的牛胰岛人工方法合成了具有生物活性的牛胰岛素素. .v19811981

10、年又成功合成了年又成功合成了酵母丙氨酰酵母丙氨酰tRNAtRNA。v20012001年年我国完成了我国完成了人类基因组计划（人类基因组计划（HGPHGP）1%1%的测序任务。的测序任务。中国人工合成胰岛素与诺贝尔奖擦肩过中国人工合成胰岛素与诺贝尔奖擦肩过 早在早在7070年代，就有人提名他们获得诺贝尔奖。年代，就有人提名他们获得诺贝尔奖。瑞典方面也愿意把奖发给中国的科学家。但是中国瑞典方面也愿意把奖发给中国的科学家。但是中国方面提出的得奖者名单是方面提出的得奖者名单是一个小组，有一个小组，有1414个人个人。这这是不符合诺贝尔奖最多只能发给三人的评选规定的。是不符合诺贝尔奖最多只能发给三人的评

11、选规定的。瑞典方面就此和中国方面有过交涉，但是中方不肯瑞典方面就此和中国方面有过交涉，但是中方不肯更改名单。一直到更改名单。一直到8080年代初，评委们还讨论过这个年代初，评委们还讨论过这个成果，都是因为这个问题被卡住了。成果，都是因为这个问题被卡住了。6国科学家组成的国家人类基因组中心主要研究比例v美国：美国：WASHWASHMITMIT等等7 7家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为5454。v英国：英国：SANGERSANGER一家研究中心，贡献率为一家研究中心，贡献率为3333。v日本：日本：RIKENRIKEN等两家研究中心，贡献率为等两家研究中心，贡献率为7 7。v法国：法国：G

12、ENOSCOPEGENOSCOPE研究中心，贡献率为研究中心，贡献率为2.82.8。v德国：德国：IMBIMB等等3 3家研究中心，贡献率为家研究中心，贡献率为2.22.2。v中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究中国：北京华大研究中心、国家南北方基因研究 中心等三家，贡献率为中心等三家，贡献率为1 1。 二二000000年六月二十六日克林顿宣布年六月二十六日克林顿宣布人类基因组草图绘制完成人类基因组草图绘制完成 这是人类基因组计划首席科学家、这是人类基因组计划首席科学家、 美国国家人类基因组研究所所长美国国家人类基因组研究所所长 弗朗西斯弗朗西斯柯林斯在介绍情况。柯林斯在介绍情况。 中国

13、人类基因组计划v19931993年，中国人类基因组计划（年，中国人类基因组计划（CHGPCHGP）启动，首先）启动，首先开展了开展了“中华民族基因组中若干位点基因结构的研中华民族基因组中若干位点基因结构的研究究”。v19971997年，我国启动了年，我国启动了“重大疾病相关基因的定位、重大疾病相关基因的定位、克隆、结构与功能研究克隆、结构与功能研究”项目。项目。v之后，在之后，在上海上海和和北京北京相继成立了国家人类基因组南、相继成立了国家人类基因组南、北两个中心。北两个中心。人类基因组计划1%测序中国实验室 生物化学与临床医学生物化学与临床医学v1. All disease has a bi

14、ochemical basis；v2. Biochemical studies contribute to diagnosis, prognosis and treatment of disease. v3. Many biochemistry studies illuminate disease mechanisms. 化学化学有机化学有机化学物理化学物理化学无机化学无机化学分析化学分析化学高分子化学高分子化学生物学生物学动物学动物学植植物物学学微生物学微生物学化学化学生物学生物学生物化学生物化学生物化学的学科地位生物化学的学科地位（一）生物化学是联系生物学各学科的（一）生物化学是联系生物学

15、各学科的“桥梁桥梁”（二）生物化学是现代医学发展的（二）生物化学是现代医学发展的“催化剂催化剂” ” （三）生物化学加速了（三）生物化学加速了“生物产业生物产业”的崛起的崛起 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Structure and function of proteinv 蛋白质蛋白质(protein(protein，P)P)是活细胞内含量最丰富、功能最是活细胞内含量最丰富、功能最 复杂的生物大分子复杂的生物大分子, ,并参与了几乎所有的生

16、命活动和生并参与了几乎所有的生命活动和生命过程命过程; ;v 是生命的物质基础，是各种生命活动的具体执行者是生命的物质基础，是各种生命活动的具体执行者; ;v 因此因此, ,研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的命题本的命题; ;v “ “没有蛋白质就没有生命没有蛋白质就没有生命”。v分布广分布广: 所有的器官、组织、细胞都含有蛋所有的器官、组织、细胞都含有蛋白质白质; ;v含量高含量高: 是构成生物体最基本的结构物质和是构成生物体最基本的结构物质和功能物质功能物质( (人体干重的人体干重的45%45%) )。v种类繁多种类繁多,功能多样功能多样：

17、（人体约（人体约-万万种蛋种蛋白质）白质）v生物催化作用（绝大多数酶）生物催化作用（绝大多数酶）v代谢调节作用（多肽和蛋白质类激素）代谢调节作用（多肽和蛋白质类激素）v保护和防御蛋白类（抗体）保护和防御蛋白类（抗体）v转运和贮存作用（血红蛋白、脂蛋白、载体蛋白等）转运和贮存作用（血红蛋白、脂蛋白、载体蛋白等）v运动和支持作用（肌动蛋白、胶原蛋白等）运动和支持作用（肌动蛋白、胶原蛋白等）v控制生长和分化作用（组蛋白、阻遏蛋白等）控制生长和分化作用（组蛋白、阻遏蛋白等）v参与细胞间信息传递（受体、参与细胞间信息传递（受体、G-G-蛋白等）蛋白等）v生物膜的功能生物膜的功能蛋白质功能的多样性蛋白质功

18、能的多样性l 蛋白质分子量的变化范围很大，蛋白质分子量的变化范围很大，从大约从大约60006000到到10000001000000道尔顿（道尔顿（DaDa）或更大。或更大。l 某些蛋白质是由两个或更多个某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚基蛋白质亚基( (多肽链多肽链) )通过非共价结通过非共价结合而成的，称寡聚蛋白质。合而成的，称寡聚蛋白质。l 有些寡聚蛋白质的分子量可高有些寡聚蛋白质的分子量可高达数百万甚至数千万。达数百万甚至数千万。第一节第一节 蛋白质的化学组成蛋白质的化学组成一、蛋白质的元素组成蛋白质的元素组成 C 5055% H 67% O 1924% N 1319%（平均平均16%）

19、 S 04%（核酸中无）核酸中无） 有些蛋白质还含有有些蛋白质还含有P P、FeFe、CuCu、MnMn、ZnZn、SeSe等微量元素。等微量元素。 蛋白质元素组成的特点：蛋白质元素组成的特点： 1 1、各种蛋白质（不论何种来源）含氮量相对恒定，、各种蛋白质（不论何种来源）含氮量相对恒定，平均为平均为16%16%；2 2、生物样品中的、生物样品中的N N主要以蛋白质的形式存在；主要以蛋白质的形式存在； 上述两点成为实际工作中上述两点成为实际工作中定定N N法定蛋白法定蛋白的理论的理论基础。基础。( (凯氏定氮法凯氏定氮法) )蛋白质含量蛋白质含量= =蛋白质含氮量蛋白质含氮量100/16=10

20、0/16=蛋白质含蛋白质含氮量氮量6.256.25 二、蛋白质的基本结构单位二、蛋白质的基本结构单位氨基酸氨基酸 （amino acidamino acid，aaaa或或AAAA）1、蛋白质的水解、蛋白质的水解蛋白质可以被蛋白质可以被酸、碱或蛋白酶酸、碱或蛋白酶催化水解。催化水解。酸或碱能够将蛋白质完全水解得到各种氨基酸酸或碱能够将蛋白质完全水解得到各种氨基酸的混合物；的混合物；酶水解一般是部分水解，通常得到多肽片段，酶水解一般是部分水解，通常得到多肽片段，最后得到各种氨基酸的混合物最后得到各种氨基酸的混合物。（1 1）酸水解）酸水解v常用常用6 6mol/Lmol/L的盐酸的盐酸或或4 4

21、mol/Lmol/L的硫酸的硫酸在在110110条件下进行水解，反应时间约条件下进行水解，反应时间约2020小时。小时。v此法的优点是不容易引起水解产物的消此法的优点是不容易引起水解产物的消旋化，得到的是旋化，得到的是L-L-氨基酸。缺点是氨基酸。缺点是色氨色氨酸酸被沸酸完全破坏；被沸酸完全破坏；（2 2）碱水解）碱水解v一般用一般用5 mol/L NaOH煮沸煮沸10-20小时小时。v由于水解过程中许多氨基酸都受到不同由于水解过程中许多氨基酸都受到不同程度的破坏，产率不高。程度的破坏，产率不高。v该法的优点是该法的优点是色氨酸色氨酸在水解中不受破坏。在水解中不受破坏。（3 3）酶水解）酶水解

22、v应用蛋白酶（应用蛋白酶（proteinase）水解多肽不会破坏氨）水解多肽不会破坏氨基酸，也不会发生消旋化。基酸，也不会发生消旋化。水解的产物为较小的水解的产物为较小的肽肽段。段。 v最常见的蛋白水解酶有以下几种：最常见的蛋白水解酶有以下几种：胰蛋白酶、糜胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶。蛋白酶、胃蛋白酶。氨基酸是蛋白质的基本结构单位氨基酸是蛋白质的基本结构单位这这2020种氨基酸被称为种氨基酸被称为标准氨基酸标准氨基酸( (具有遗传密码具有遗传密码) )2 2、氨基酸的结构通式、氨基酸的结构通式 组成蛋白质组成蛋白质2020种氨基酸种氨基酸中中除脯氨酸除脯氨酸为亚氨基酸外，为亚氨基酸外，均为均

23、为L-L- - -氨基酸：氨基酸：C O O HCHH2NR不变部分不变部分可变部分可变部分HNCOHO脯氨酸脯氨酸 Proline3 3、氨基酸的分类、氨基酸的分类（一）根据来源（一）根据来源:外源氨基酸和内源氨基酸外源氨基酸和内源氨基酸（二）从营养学角度（二）从营养学角度:必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸和非必需氨基酸缬缬 异亮异亮 亮亮 苯丙苯丙 蛋蛋 色色 苏苏 赖赖携携 一一 两两 本本 “ “淡淡” ” 色色 书书 来来（三）根据是否组成蛋白质：（三）根据是否组成蛋白质：标准氨基酸、标准氨基酸、 稀有氨基酸稀有氨基酸 非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸黄黄 1 1、蛋白质中标准氨基酸的结构

24、、蛋白质中标准氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CHOHO氨基乙酸氨基乙酸氨基酸的结构氨基酸的结构 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH3OHO甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine - -氨基丙酸氨基丙酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCHOHOCH3CH3 - -氨基异戊酸氨基异戊酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸

25、 Leucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸H2NCH CCH2OHOCH CH3CH3 - -氨基异己酸氨基异己酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine 脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸 - -氨基氨基- - - -甲基戊酸甲基戊酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline 亚亚氨基酸氨基酸HNCOHO - -吡咯

26、烷基吡咯烷基- - - -羧酸羧酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proline甲硫氨酸甲硫氨酸 （蛋氨酸）（蛋氨酸） Methionine 含硫氨基酸含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3 - -氨基氨基- - - -甲硫基丁酸甲硫基丁酸氨基酸的结构氨基酸的结构 甘氨酸甘氨酸 Glycine 丙氨酸丙氨酸 Alanine缬氨酸缬氨酸 Valine亮氨酸亮氨酸 Leucine异亮氨酸异亮氨酸 Ileucine脯氨酸脯氨酸 Proli

27、ne甲硫氨酸甲硫氨酸 Methionine半胱氨酸半胱氨酸 Cysteine 含硫氨基酸含硫氨基酸 - -氨基氨基- - - -巯基丙巯基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO - -氨基氨基- - - -苯基丙苯基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH - -氨基氨基- - - -对羟苯基丙对羟苯基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸苯丙氨酸Phenylalanine

28、酪氨酸酪氨酸Tyrosine色氨酸色氨酸 TryptophanTrpH2NCHCCH2OHOHN - -氨基氨基- - - -吲哚基丙吲哚基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH - -氨基氨基- - - -胍基戊胍基戊酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 LysineH2NCH CCH2OHOCH2CH2CH2NH2 ， - -二氨基己酸二氨基己酸氨基酸的结构氨基酸的结构 碱性碱性氨基酸氨基酸精氨酸精氨酸 Arginine赖氨酸赖氨酸 Lys

29、ine组氨酸组氨酸 HistidineH2NCH CCH2OHONNH - -氨基氨基- - - -咪唑基丙咪唑基丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCOHO - -氨基丁二酸氨基丁二酸氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬氨酸天冬氨酸 Aspartate 谷氨酸谷氨酸 Glutamate 酸性氨基酸酸性氨基酸H2NCH CCH2OHOCH2COHO - -氨基戊二酸氨基戊二酸氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸H2NCH CCH2OHOOH - -氨基氨基- - - -羟基丙羟基

30、丙酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 丝氨酸丝氨酸 Serine 苏氨酸苏氨酸 Threonine 含羟基含羟基氨基酸氨基酸H2NCH CCHOHOOHCH3 - -氨基氨基- - - -羟基丁羟基丁酸酸氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCH CCH2OHOCNH2O氨基酸的结构氨基酸的结构 天冬酰胺天冬酰胺 Asparagine谷氨酰胺谷氨酰胺 Glutamine 含酰胺氨基酸含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O2020种常见蛋白质氨基酸的分类种常见蛋白质氨基酸的分类据营养据营养学分类学分类 必需必需AAAA非必需非必需

31、AAAA据据R基团化基团化学结构分类学结构分类 脂肪族脂肪族AAAA（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性）（中性、含羟基或巯基、酸性、碱性） 芳香族芳香族AA (PheAA (Phe、TyrTyr、Trp)Trp)杂环杂环族族AA(HisAA(His、Pro)Pro)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）不带电荷不带电荷（种）种）带电荷带电荷：正电荷：正电荷（种）种）负电荷负电荷（种）种） 人的必需氨基酸人的必需氨基酸LysLysTrpTrpPhePheValValMetMetLeuLeuIleIleThrThr 2020种氨基酸的个性特征种氨基

32、酸的个性特征支链氨基酸：支链氨基酸：缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸缬氨酸、亮氨酸，异亮氨酸含羟基的氨基酸：含羟基的氨基酸：丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸含硫的氨基酸：含硫的氨基酸：半胱氨酸（含巯基）甲硫氨酸（含硫甲基）半胱氨酸（含巯基）甲硫氨酸（含硫甲基）含苯环的氨基酸：含苯环的氨基酸：苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸含胍基的氨基酸：含胍基的氨基酸：精氨酸精氨酸含咪唑基的氨基酸：含咪唑基的氨基酸：组氨酸组氨酸亚氨基酸：亚氨基酸：脯氨酸脯氨酸含酰胺的氨基酸：含酰胺的氨基酸：天冬酰胺、谷氨酰胺天冬酰胺、谷氨酰胺含吲哚基的氨基酸：含吲哚基的氨基酸：色氨酸色氨酸含含-氨基的氨基酸：氨基的氨基酸

33、：赖氨酸赖氨酸酸性氨基酸酸性氨基酸: :谷氨酸、天冬氨酸谷氨酸、天冬氨酸碱性氨基酸：碱性氨基酸：组氨酸、赖氨酸、精氨酸组氨酸、赖氨酸、精氨酸2.2.蛋白质中几种重要的稀有氨基酸蛋白质中几种重要的稀有氨基酸v在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，都是由相在少数蛋白质中分离出一些不常见的氨基酸，都是由相应的应的基本氨基酸衍生而来基本氨基酸衍生而来的，通常称为的，通常称为稀有氨基酸。稀有氨基酸。v特点：不具有遗传密码。特点：不具有遗传密码。v其中重要的有其中重要的有4-4-羟基脯氨酸、羟基脯氨酸、5-5-羟基赖氨酸、羟基赖氨酸、N-N-甲基赖甲基赖氨酸、和氨酸、和3,5-3,5-二碘酪氨酸等。二碘

34、酪氨酸等。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 3.3.非蛋白氨基酸非蛋白氨基酸 广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，广泛存在于各种细胞和组织中，呈游离或结合态，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。质氨基酸的衍生物。 H H2 2N-CHN-CH2 2-CH-CH2 2-COOH H-COOH H2 2N-CHN-CH2 2-CH-CH2

35、2-CH-CH2 2-COOH-COOH - -丙氨酸丙氨酸（嘧啶分解产物）（嘧啶分解产物） - -氨基丁酸氨基丁酸（谷氨酸脱羧产物）（谷氨酸脱羧产物） 非蛋白氨基酸存在的意义非蛋白氨基酸存在的意义1.1.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: : - -丙氨酸丙氨酸嘧啶分解产物嘧啶分解产物鸟氨酸鸟氨酸、瓜氨酸瓜氨酸 尿素循环中尿素循环中2.2.作为神经传导的化学物质：作为神经传导的化学物质： - -氨基丁酸氨基丁酸绝大部分非蛋白氨基酸的功能尚不清楚。绝大部分非蛋白氨基酸的功能尚不清楚。 除甘氨酸外，其它氨基酸含有一个手性（不对除甘氨酸外，其它氨基酸含有一个手性（不

36、对称）称） - -碳原子，因此都具有碳原子，因此都具有旋光异构现象旋光异构现象。 三氨基酸的理化性质三氨基酸的理化性质 芳香族氨基酸（芳香族氨基酸（酪氨酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸酸、苯丙氨酸和色氨酸）含有含有共轭双键，共轭双键，对对280nm280nm的紫外光有特征性的吸收的紫外光有特征性的吸收。 可利用这一特性对蛋可利用这一特性对蛋白质进行定性定量分析白质进行定性定量分析 （直接紫外法定蛋白）（直接紫外法定蛋白）（二）氨基酸的两性解离及等电点（二）氨基酸的两性解离及等电点（PI） pH = pI 净电荷净电荷=0 pH pI净电荷为负净电荷为负CHRCOOHNH3+CHRCOONH2CHRCO

37、ONH3+ + H+ OH- + H+ OH-(pK 1)(pK 2)使氨基酸所带的正负电荷相等（净电荷为零）时的溶液的使氨基酸所带的正负电荷相等（净电荷为零）时的溶液的pHpH值称为氨基酸的值称为氨基酸的等电点等电点( (isoelectric pointisoelectric point，pI)pI)。 氨基酸等电点的计算氨基酸等电点的计算氨基酸的氨基酸的pIpI值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团值等于该氨基酸的两性离子状态两侧的基团pKpK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二

38、氨基一羧基二氨基一羧基AA的等电点计算：的等电点计算：pI=2pK 1+pK R一氨基二羧基一氨基二羧基AA的等电点计算：的等电点计算： 小小 结结1. 1. PI:PI:使氨基酸所带的正负电荷相等（净电荷为零）时的溶液使氨基酸所带的正负电荷相等（净电荷为零）时的溶液的的pHpH值称为氨基酸的等电点。值称为氨基酸的等电点。其计算方法为该氨基酸其计算方法为该氨基酸两性离子两边的两性离子两边的pKpK值和的一半。值和的一半。2. 2. pHPIpHPI，AAAA带负电荷，在电场中向正极移动；带负电荷，在电场中向正极移动； pHPIpH97%97%以上）；以上）；b b、知道蛋白质的分子量；知道蛋白

39、质的分子量；c c、知道蛋白质由几个亚基组成；知道蛋白质由几个亚基组成；（1 1）测定蛋白质一级结构的要求）测定蛋白质一级结构的要求(2) 测定步骤测定步骤A.测定蛋白质分子中多肽链的数目测定蛋白质分子中多肽链的数目 通过测定末端氨基酸残基的摩尔通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目。定多肽链的数目。 （2）测定步骤）测定步骤B.多肽链的拆分多肽链的拆分 由多条多肽链组成的蛋白质分子，由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分。必须先进行拆分。 ( 2) 测定步骤测定步骤B.B.多肽链的拆分多肽链的拆分 几条多肽链借助非

40、共价键连接在一起，几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为称为寡聚蛋白质寡聚蛋白质。 如血红蛋白为四聚体。可用如血红蛋白为四聚体。可用8 8mol/Lmol/L尿素或尿素或6 6mol/Lmol/L盐酸胍盐酸胍处理，即可分开亚基处理，即可分开亚基. . (2) 测定步骤测定步骤C.C.二硫键的断裂二硫键的断裂 几条多肽链通过二硫键交联在一起。可几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在在8 8mol/Lmol/L尿素或尿素或6 6mol/Lmol/L盐酸胍盐酸胍存在下，存在下，用过用过量的量的 - -巯基乙醇巯基乙醇( (还原法还原法) )处理，使二硫键还处理，使二硫键还原为巯基，然后用原为巯基，然后

41、用烷基化试剂（烷基化试剂（ICHICH2 2COOHCOOH）保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。保护生成的巯基，以防止它重新被氧化。SH-CHSH-CH2 2-CH-CH2 2-OH-OH (2) 测定步骤测定步骤v可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之间的可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力；应用非共价力；应用过甲酸氧化法过甲酸氧化法拆分多肽链间拆分多肽链间的二硫键。的二硫键。s ss sHcoooHHcoooHSOSO3 3H HSOSO3 3H H作用：作用：这些反应可用于巯基的保护这些反应可用于巯基的保护。-OOCCHCH2SHNH3+CH2OCClO-OOCCHCH2SNH3

42、+OCCH2OCH2-OOCCHCH2SNH3+CH2ClICH2CNH2OCH2CNH2O-OOCCHCH2SNH3+巯基（巯基（- -SHSH）的保护的保护 (2) 测定步骤测定步骤 D.D.分析多肽链的分析多肽链的N-N-末端和末端和C-C-末端末端v多肽链端基氨基酸分为两类：多肽链端基氨基酸分为两类：N-N-端氨基酸和端氨基酸和C-C-端氨基酸。端氨基酸。v在肽链氨基酸顺序分析中，在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是最重要的是N-N-端氨基酸分析法。端氨基酸分析法。v又称又称SangerSanger法：法：2,4-2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能二硝基氟苯在碱性条件下，能够与肽链够与肽

43、链N-N-端的游离氨基作用，生成端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生二硝基苯衍生物（物（DNPDNP）。）。v在酸性条件下水解，得到在酸性条件下水解，得到黄色黄色DNP-DNP-氨基酸氨基酸。该产物。该产物能够用乙醚抽提分离。不同的能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-DNP-氨基酸可以用氨基酸可以用色色谱法进行鉴定谱法进行鉴定。O2NFNO2+ H2NCHCROHNCHCROO2NNO2H+H2OO2NNO2HNCHCROOH+氨基酸DNFBN-端氨基酸DNP衍生物DNP-氨基酸v在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与与N-N-端氨基酸的游离

44、氨基作用，得到端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰丹磺酰- -氨基酸。氨基酸。v此法的此法的优点优点是是丹磺酰丹磺酰- -氨基酸有很强的荧光性质氨基酸有很强的荧光性质，检，检测灵敏度可以达到测灵敏度可以达到1 1 1010-9-9molmol。N(CH3)2SO2ClH2NCHCROHNCHCROSO2N(CH3)2+水解N(CH3)2SO2HNCHCROOH+氨基酸丹磺酰氯多肽N-端丹磺酰N-端氨基酸丹磺酰氨基酸v此法是此法是多肽链多肽链C-C-端氨基酸分析法。端氨基酸分析法。v多肽与肼在无水条件下加热，多肽与肼在无水条件下加热，C-C-端氨基酸即从肽链端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸

45、则变成肼化物。上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。v肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-C-端氨基酸分离。端氨基酸分离。H2NCH CROHNCH CROORnCCHHNOHn-1N-端氨基酸 C-端氨基酸ORnCCHH2NOHH2NCH CRONHNH2+H+NH2NH2氨基酸酰肼C-端氨基酸v氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-N-端逐个的向里水解。端逐个的向里水解。v根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨基酸残氨基酸种类和

46、数量，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的N-N-末端残基顺序。末端残基顺序。v最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为氨酸残基为N-N-末端的肽键速度最大。末端的肽键速度最大。v羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-C-端逐个的水解端逐个的水解AAAA。根据不同的反应时间测。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的而知道蛋白质的C-C-末端残基顺序。末端残基顺序。v目前常用的羧

47、肽酶有四种：目前常用的羧肽酶有四种：A,B,CA,B,C和和Y Y；A A和和B B来自胰脏；来自胰脏；C C来自柑桔叶；来自柑桔叶；Y Y来自面包酵母。来自面包酵母。v羧肽酶羧肽酶A A能水解除能水解除Pro.ArgPro.Arg和和LysLys以外的所有以外的所有C-C-末端氨基酸残基；末端氨基酸残基；B B只能水解只能水解ArgArg和和LysLys为为C-C-末末端残基的肽键。端残基的肽键。（2）测定步骤）测定步骤E.E.多肽链断裂成多个肽段多肽链断裂成多个肽段: :可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离

48、断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。开来。多肽链断裂法：多肽链断裂法：酶解法和化学法酶解法和化学法酶解法酶解法v胰蛋白酶胰蛋白酶，v糜蛋白酶，糜蛋白酶，v胃蛋白酶，胃蛋白酶，v羧肽酶和氨肽酶羧肽酶和氨肽酶vTrypsinase ： R R1 1=Lys=Lys和和ArgArg侧链（专一性较侧链（专一性较强，水解速度快）。强，水解速度快）。 R R2 2=Pro =Pro 水解受抑。水解受抑。NH CH COR4NH CH COR3NH CH COR2NH CH COR1肽链水解位点水解位点胰蛋白酶胰蛋白酶- -HN-CH-CO-NH-CH-CO-HN-CH-CO-NH-CH-CO-R

49、1R1R2R2vChymotrypsin：R R1 1=Phe, Trp, Tyr=Phe, Trp, Tyr时水解快时水解快; ; R R1 1= Leu= Leu，MetMet和和HisHis水解稍慢。水解稍慢。 R R2 2=Pro =Pro 水解受抑。水解受抑。NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1肽链水解位点水解位点糜蛋白酶糜蛋白酶vPepsin：R R1 1和和R R2 2Phe, Trp, Tyr; Phe, Trp, Tyr; LeuLeu以及其它疏水性氨基酸以及其它疏水性氨基酸水解速度较快水解速度较快。vR R1 1=Pro =Pro 水解受抑。水解

50、受抑。NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1肽链水解位点水解位点胃蛋白酶胃蛋白酶vthermolysin：R R2 2=Phe, Trp, Tyr=Phe, Trp, Tyr，LeuLeu，Ile, MetIle, Met以及其它以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。疏水性强的氨基酸水解速度较快。vR R2 2=Pro=Pro或或Gly Gly 水解受抑。水解受抑。NHCHCOR4NHCHCOR3NHCHCOR2NHCHCOR1肽链水解位点水解位点嗜热菌蛋白酶嗜热菌蛋白酶 化学法：可获得较大的肽段化学法：可获得较大的肽段溴化氰水解法溴化氰水解法: :它能选择性地切割由

51、它能选择性地切割由甲硫氨酸甲硫氨酸 的羧基所形成的肽键。的羧基所形成的肽键。CH3S：CH2CH2CHNHCNHCHCOOR+BrC+NBr-CH3S+CH2CH2CHNHCNHCHCOORCNCH3SCN CH2CHNHCNHCHCOORCH2+H2O+CH2CHNHCOCH2OH3N+CHCOR高丝氨酸内酯 化学法：可获得较大的肽段化学法：可获得较大的肽段羟胺（羟胺（NHNHOHOH）：）：专一性断裂专一性断裂- -Asn-Gly-Asn-Gly-之间的肽键。之间的肽键。也能部分裂解也能部分裂解- -Asn-Leu-Asn-Leu-之间的肽键以及之间的肽键以及- -Asn-Ala-Asn-

52、Ala-之间的肽键。之间的肽键。 （2）测定步骤）测定步骤F.F.分离肽段分离肽段测定每个肽段的氨基酸顺序。测定每个肽段的氨基酸顺序。vEdman降解法降解法 （苯异硫氰酸酯法）苯异硫氰酸酯法）氨基酸顺序分析法：氨基酸顺序分析法：一种一种N-N-端分析法。端分析法。v此法的此法的特点特点是能够不断重复循环，将肽链是能够不断重复循环，将肽链N-N-端氨基酸残端氨基酸残基逐一进行解离。基逐一进行解离。NH2CHCOR2NCSNHCHCOR2NCHCOR1HHNHS:CCHCOR1HNNHCHCOR2SNHCNHOCR1CHNCOCHNHSCR1 测测定定每每条条多多肽肽链链的的氨氨基基酸酸组组成成

53、片段重叠法确定肽段在多肽链中顺序示意 所得资料所得资料： 氨基末端残基氨基末端残基 H 羧基末端残基羧基末端残基 S 第一套肽段第一套肽段 第二套肽段第二套肽段 OUS SEO PS WTOU EOVE VERL RLA APS HOWT HO借助重叠肽确定肽段次序：末端残基末端残基 H S末端肽段末端肽段 HOWT APS第一套肽段第一套肽段 HOWT OUS EOVE RLA PS第二套肽段第二套肽段 HO WTOU SEO VERL APS 推断全顺序推断全顺序 HOWTOUSEO VERLAPS氨基酸的组成分析氨基酸的组成分析：2苯、6丙、3蛋、4甘、2精、1赖、3亮、1酪、2丝、1苏

54、、1天、1缬、1异、1组多肽链的N端和C端的确定：H-甘，天-OH多肽的水解和肽段的测序：胰蛋白酶水解： 甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精亮-甘-丙-天溴化氰水解：甘-丙-丙-苏-蛋组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天多肽段的组合叠加：甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-苯-精甘-丙-丙-苏-蛋组-酪-苯-精-甘-丙-丝-蛋甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天亮-甘-丙-天H-甘-丙-丙-苏-蛋-组-酪-

55、苯-精-甘-丙-丝-蛋-丙-亮-异-赖-苯-甘-亮-蛋-丙-缬-丝-精-亮-甘-丙-天-OH 两种水解作用所得肽链的测序与组合两种水解作用所得肽链的测序与组合（2）测定步骤）测定步骤G G. .确定肽段在多肽链中的次序确定肽段在多肽链中的次序。 利用两套或多套肽段的氨基酸顺序利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链彼此间的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。的氨基酸顺序。 （2）测定步骤）测定步骤H.H. 多肽链中二硫键的位置多肽链中二硫键的位置。采用胃蛋白酶水解：采用胃蛋白酶水解：切点多，二硫键稳定切点多，二硫键稳定确定原确定原v一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多

56、肽链一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多肽链( (切切点多；酸性环境下防止二硫键发生交换点多；酸性环境下防止二硫键发生交换) )。v将所得的肽段将所得的肽段利用利用Brown及及Hartlay的对角线电的对角线电泳技术进行分离。泳技术进行分离。v然后同其它方法分析的肽段进行比较，确定二然后同其它方法分析的肽段进行比较，确定二硫键的位置。硫键的位置。+ +- -+ +- -第二向第二向第一向第一向a ab bBrownBrown和和HartlayHartlay对角线电泳图解对角线电泳图解pH6.5pH6.5图中图中a a、b b两个斑点是两个斑点是由一个二硫键断裂由一个二硫键断裂产生的肽段产生的肽

57、段 蛋白质一级结构举例蛋白质一级结构举例 （1 1）胰岛素（）胰岛素（InsulinInsulin）A A链链B B链链一个链内二硫键和两个链间二硫键，分子量一个链内二硫键和两个链间二硫键，分子量57005700A A链链2121个个aaaa残基残基B B链链3030个个aaaa残基残基 （2 2）牛胰核糖核酸酶（）牛胰核糖核酸酶（RNaseRNase） 一条多肽链，一条多肽链，124124AAAA残基组成，四个链内二硫残基组成，四个链内二硫 键，分子量键，分子量1260012600 它是测出一级结构的第一个它是测出一级结构的第一个酶酶分子分子。1 1、氢键、氢键 HOHHOHHOHHOHHO

58、HHOH水分子中的氢键蛋白质分子中的非共价键蛋白质分子中的非共价键2 2、疏水键、疏水键NH2CHCCH2HOOCHH3CCH3H2NCH CCH3OHO丙氨酸-亮氨酸3、离子键、离子键另外还有另外还有二硫键二硫键。CH CH2COOHH2NCOO-H2N+C NH CH2CH2CH2CH COOHNH2NH2AspArgCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOHCOOHCH2SH2NCHCH2CH2CONHCHCONHCH2COOHCOOHCH2SH2NGSSG共价键共价键次级键次级键化学键化学键 肽键肽键一级结构一级结构氢键氢键二硫键二硫键二、三、四级结构二、三、四级结构疏水键疏水

59、键盐键盐键范德华力范德华力三、四级结构三、四级结构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 二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构（一）构型与构象（一）构型与构象 1.1.构型构型（configuration）:指在立体异构体中取指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向。代原子或基团在空间的取向。 构型间的转变构型间的转变涉及共价键的断裂和重组涉及共价键的断裂和重组。 COOH COOHH2N C H H C NH2 R R 2.2.构象构象（conformation）:指指取代原子或基团当取代原子或基团当单键旋转时可能形成的不同立体结构。单键旋转时可能形成的不同立体结构。

60、 这种空间位置的改变这种空间位置的改变不涉及共价键的断裂不涉及共价键的断裂。（二）蛋白质的构象（二）蛋白质的构象 蛋白质多肽链空间折叠的限制因素蛋白质多肽链空间折叠的限制因素： 20世纪世纪30年代初年代初Pauling 和和Corey利用利用X射线衍射线衍射技术研究多肽链的晶体结构时发现：射技术研究多肽链的晶体结构时发现： 1. 肽键具有部分双键性质：肽键不能自由旋转肽键具有部分双键性质：肽键不能自由旋转 C-N单键键长单键键长0.149nm 肽键键长肽键键长0.132nm C=N双键键长双键键长0.127nm 2. 组成肽键的组成肽键的4个原子和与之相连的个原子和与之相连的2个个 碳原子（