蛋白质的结构与功能优质课件

蛋白质的结构与功能()蛋白质的结构与功能()1第一节蛋白质的生物学功能与分类一、蛋白质的生物学功能

蛋白质是生命活动的物质基础，几乎所有生物的生命活动过程都离不开蛋白质。但蛋白质的种类成千上万（多少种？），其功能千差万别。例如：酶蛋白；激素；膜蛋白；抗体；受体等。概括起来讲，生物体内的蛋白质具有以下几方面的功能：1）结构成分：膜蛋白；胶原；2）催化功能：酶蛋白；3）调节功能：激素、组蛋白；4）运动：肌球（动）蛋白；5）防御：Ab、抗菌肽、IFN等；6）运输：ApoE、血红素；7）营养贮存：卵清蛋白；8）其他：信号转导等。可以说，没有蛋白质，就没有生命!（类病毒？）约1010种概括起来讲，生物体内的蛋白质具有以下几方面的2根据不同的分类依据，目前大致上有以下几种分类体系：（一）形状分类法根据蛋白质的不同形状，可将它们分为球状蛋白质及纤维状蛋白质。（二）组成分类法根据蛋白质的组成成分不同，可分为单纯蛋白质及结合蛋白质。分子中只含有氨基酸残基的蛋白质，称为单纯蛋白质。单纯蛋白质又可根据理化性质如溶解度及来源等分为7大类。见表3-1。二、蛋白质的分类现状根据不同的分类依据，目前大致上有以下几种分类体系：二、3蛋白质的结构与功能优质课件4分子中除含有氨基酸残基外，还含有非氨基酸成分--辅基的蛋白质，称为结合蛋白质。根据辅基的不同分为7类。见表3-2。分子中除含有氨基酸残基外，还含有非氨基酸成分-5将其分为活性蛋白(如酶、激素蛋白、运输和贮存蛋白、运动蛋白、受体蛋白、膜蛋白等)和非活性蛋白（如胶原、角蛋白等）两大类。见表3-3。（三）按功能分类将其分为活性蛋白(如酶、激素蛋白、运输和贮存6分类的意义:任何生物物种或生物成分的分类体系，都是在对该生物物种或生物成分的每个个体或分子的特性（起源、进化、生活习性、外部特征、内在组成与生物功能等）全面了解和深入研究的基础上，总结个体或分子间的相互联系的内在规律，利用合理的规则将（亲缘）关系密切者归为一类。进一步建立不同类之间的联系关系，这样就形成了该物种或生物分子的分类体系。建立分类体系的目的在于总结其内在规律，并在此基础上进一步研究和发现新的物种或生物成分。蛋白质的分类目的同样在此。分类的意义:任何生物物种或生物成分的分类体系，7第二节蛋白质的化学组成及基本结构单位2.1化学组成

主要有C（50%~55%）、O（20%~23%）、N（15%~17%）、H（6%~8%）和S（0.3%~2.5%）组成。另外，还含有微量的P、Fe、Cu、Mo、I和Zn等。2.2蛋白质的基本结构单位编码氨基酸（常见的有20种，少量的稀有氨基酸）。另外，还有非蛋白质氨基酸。氨基酸的通式如下：

RNH2-CH-COOHTheRgroupdiffersamongvariousaminoacids.

Inaprotein,theRgroupisalsocalleda

sidechain.第二节蛋白质的化学组成及基本结构单位8非极性氨基酸：Ala（丙）、Val（缬）、Leu（亮）、Ile（异亮）、Phe（苯丙）、Trp（色）、Met（蛋）和Pro（脯）极性氨基酸：不带电极性氨基酸：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn和Gln带电极性氨基酸：带正电荷极性氨基酸：His、Lys和Arg带负电荷极性氨基酸：Asp和Glu2.2.1编码氨基酸的分类Thereareover300naturallyoccurringaminoacidsonearth,butthenumberofdifferentaminoacidsinproteinsisonly20.

根据R-基和带电荷的不同，可将20种氨基酸分为4类。非极性氨基酸：Ala（丙）、Val（缬）、Leu（亮）、Il9蛋白质的结构与功能优质课件10非极性氨基酸非极性氨基酸11蛋白质的结构与功能优质课件12不带电的极性氨基酸非极性氨基酸不带电的极性氨基酸非极性氨基酸13蛋白质的结构与功能优质课件142.2.2氨基酸的构型（configuration）与构象(conformation)(1)构型（configuration）：一个分子中原子的特定空间排布。氨基酸的基本构型有：L-型和D-型。

L-型D-型

但是，甘氨酸中的α-C是对称的，无L-型和D-型之分。2.2.2氨基酸的构型（configuration）与构象15(2)构象(conformation)：组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空间排布。

构型的改变必须有共价键的断裂和重新形成；而构象的改变不要求有共价键的断裂和重新形成。目前，在描述某种氨基酸（或蛋白质）的结构时，都是指其构象。(2)构象(conformation)：组成分子的原16(2)构象(conformation)：组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空间排布。加热首先使蛋白质变性，有规则的空间结构被打开，呈松散状不规则的结构，分子的不对称性增加，疏水基团暴露，进而凝聚成凝胶状的蛋白块。胰岛素一级结构的种属差异常见的超二级结构种类主要有：（αα）、（βxβ）、（βββ）。大于100nm的为悬浊液，第三节蛋白质的一级结构35x104J/mol；35x104J/mol；将几种已知分子量的蛋白质混合溶液上柱洗脱，记录各种蛋白质的洗脱体积。变性蛋白质一般易于沉淀，但也可不变性而使蛋白质沉淀。Notethatthesidechainsoftwoneigh-boringresiduesprojectintheoppositedirectionfromthebackbone.还可以根据氨基酸的个数进行推算：蛋白质分子大小通常用道尔顿（Dalton，Da）或千道尔顿（kDa）表示，一般在6×103~6×106之间。但是，甘氨酸中的α-C是对称的，无L-型和D-型之分。这是蛋白质结构组织的基本原理。Apeptidebondisthelinkagebetweentwoaminoacids,formedbythecondensationreaction,asshownbelow:6residuesmakeoneturn,13atomsinvolvedinit.(三)米伦反应(MillonReaction)1）结合在蛋白质分子表面的水分子，具有稳定表面0左右，所以在体液中以负离子形式存在。2.2.3单一构型与优势构象（1）单一构型：天然蛋白质中的氨基酸构型都是L-型。为什么？生物进化的结果。

（2）交错构象：除Ala外，氨基酸侧链中的组成基团都可以绕其间的C-C单键旋转，从而产生各种不同的构象。其中交错构象（staggedconformation）是能量上有利的排布。(2)构象(conformation)：组成分子的原子或基团17

（3）优势构象：由于侧链基团（或原子）的不同，大多数氨基酸都有一种或几种交错构象在能量和空间分布上是最佳的，称为优势构象（dominantconformation）。

对已经精确测定的蛋白质结构分析显示，大多数氨基酸都以一种或少数几种优势构象最经常出现在天然蛋白质中。这些出现在蛋白质中的氨基酸优势构象叫旋转异构体（rotamer）。（3）优势构象：由于侧链基团（或原子）的不同，182.2.4氨基酸的主要理化性质1）两性解离和等电点（pI）；2）颜色反应：与茚三酮反应蓝紫色；与2，4-二硝基氟苯反应—黄色化合物。3）光吸收性：Trp、Tyr、Phe（279、278、259nm）。2.2.4氨基酸的主要理化性质19问题什么是氨基酸？问题20氨基酸：

分子中含有氨基的羧酸，叫氨基酸。分为脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸。在脂肪族氨基酸中，根据-NH2的位置又分为α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸等。α-氨基酸是构成蛋白质的基本结构单位。

COOHHN2–C–HRL-α-氨基酸氨基酸：L-α-21第三节蛋白质的一级结构

本节的主要内容：1.肽键与多肽链的结构特点；2.蛋白质一级结构的主要内容；3.氨基酸序列的测定方法与原理；4.蛋白质一级结构与功能的关系。

蛋白质的结构与功能优质课件22一、肽键（Peptidebond）Apeptidebondisthelinkagebetweentwoaminoacids,formedbythecondensationreaction,asshownbelow:一、肽键（Peptidebond）23二、肽平面(peptideplane)和多肽链(polypeptide)Fig.

Illustrationofthepeptideplane(grayarea)andФ-ψangles.

Theredlineformedbytherepeating-Cα-C-N-Cα-

isthebackboneofthepeptidechain.1.肽平面（又叫肽单位peptideunit

）二、肽平面(peptideplane)和多肽链(polyp24肽单位的特点：1.肽键具有部分双键的性质，其键长仅为0.133nm，比一般的C-N单键0.145nm短，因此不能自由旋转。2.肽单位上的6个原子位于同一个刚性平面上，称为肽平面或酰氨平面。3.因肽键不能自由旋转，故存在两种构型：反式（trans）和顺式（cis）。在天然蛋白质中一般为反式。二者的稳定性之比为1000:1。4.肽单位平面结构具有一定的键长和键角。肽单位的特点：25肽平面的反式结构肽平面的反式结构2645×OD280-0.二级结构35x104J/mol；建立分类体系的目的在于总结其内在规律，并在此基础上进一步研究和发现新的物种或生物成分。为什么？生物进化的结果。人ThrSerIleThrHowever,thesizeandchargesofsidechainsarealsoimportantfactors.蛋白质颗粒在溶液中所带的电荷，既取决于其分子组成中碱性和酸性氨基酸的含量，又受所处溶液的pH影响。αhelixconformations.在变性因素的作用下，一级结构不发生变化，高级结构发生改变，生物学功能丧失，理化性质发生改变的现象。另外，还含有微量的P、在常温下，有机溶剂沉淀蛋白质往往引起变性。因为此时蛋白质分子有较多的负离子易与重金属离子结合成盐。对已知蛋白质结构进行大量的分析表明，氨基酸形成α-螺旋的倾向性不同。一级结构与功能的关系又叫基元或结构模体（Motif）。(二)重金属盐沉淀蛋白质蛋白质一级结构是指多肽链中的氨基酸的排列顺序。分子中除含有氨基酸残基外，还含有非氨基酸成分--辅基的蛋白质，称为结合蛋白质。KSCPLPQVRALESLESLGVVLEASLYSTEVVALSRLQGSL2.多肽链由肽键连接起来的氨基酸链叫肽链（peptidechain）。较长的肽链叫多肽链（Polypeptides），而少于10个氨基酸的肽链叫寡肽（oligopeptides）。蛋白质是由一条或几条多于50个氨基酸的多肽链组成的。

NH2-MRCGPLYRFLWLWPYLSYVEAVPIRKVQDDTKTLIKTIVTRINDISHTQSVSSKQRVTGLDFIPGLHPLLSLSKMDQTLAIYQQILTSLPSRNVVQISNDLENLRDLLHLLAASKSCPLPQVRALESLESLGVVLEASLYSTEVVALSRLQGSLQDMLRQLDLSPGC-C00H牛肥胖基因编码的氨基酸序列（多肽链）45×OD280-0.2.多肽链27三、蛋白质一级结构（Primarystructure）Theprimarystructureofaproteinreferstoitsaminoacidsequence.

Theaminoacidinapeptideisalsocalledaresidue.Fig.Theaminoacidsequence(primarystructure)ofribonucleaseA(RNaseA),whichisanenzymeactingonRNA.

Eachletterrepresentsanaminoacid.三、蛋白质一级结构（Primarystructure）281.蛋白质一级结构内容蛋白质一级结构是指多肽链中的氨基酸的排列顺序。一级结构是蛋白质结构层次体系的基础，它是决定更高层次结构的主要因素，也就是一级结构决定高级结构。这是蛋白质结构组织的基本原理。一级结构的内容包括：1)多肽链中氨基酸的数目、种类和排列顺序；2)多肽链的数目；3)每一条多肽链中末端氨基酸的种类；4)链内和链间二硫键的位置和数目。1.蛋白质一级结构内容291）一级结构不同，则功能不同催产素（ocytocin）：C-Y-I-Q-N-C-P-L-G加压抗利尿激素(adiuretin)：C-Y-F-Q-N-C-P-R-G2.一级结构与功能的关系第3位AA(异-苯),第8位AA(亮-精)1）一级结构不同，则功能不同2.一级结构与功能的关系第3302)胰岛素的种属差异

胰岛素一级结构的种属差异种属差异部位A8A9A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrSerIleSer牛AlaSerValAla羊AlaGlyValAla马ThrGlyIleAla抹香鲸ThrSerIleAla2)胰岛素的种属差异313)一级结构与分子病血红蛋白(haemoglobin)：574AA2α亚基141AA2β亚基146AA镰刀型红细胞性贫血病:由于血红蛋白遗传信息（DNA）的异常而致。分子机制：β亚基N-端第6位的谷氨酸（Glu）被缬氨酸（Val）取代。因为Glu是带负电荷的亲水氨基酸，而Val为不带电的疏水氨基酸，从而导致了β亚基结构的改变，整个Hb的功能发生改变。正常:HbAβ亚基：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys（GAG）异常：Hbsβ亚基：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys

（GTG）3)一级结构与分子病32蛋白质的结构与功能优质课件333.蛋白质氨基酸序列测定方法

Edman降解法（1950年）直接测定氨基酸序列；由(c)DNA序列推导出氨基酸序列。3.蛋白质氨基酸序列测定方法34Edman降解法原理：用于测定从N-末端开始的氨基酸序列，其基本原理是：通过偶联、裂解和转化三步反应：A:偶联:在pH8~9条件下，多肽链N-末端氨基酸的氨基与异硫氰酸苯酯（PITC）试剂偶联，生成苯异硫甲氨酰基多肽（PTC-肽）；B:裂解:在无水、强酸条件下，与PTC相联的氨基酸环化、肽键断裂，形成苯氨基噻唑啉酮氨基酸（ATZ-氨基酸）和一个减少了1个氨基酸的新肽链，此新肽链仍具有N-末端游离氨基；C:转化:ATZ-氨基酸不稳定，在三氟乙酸水溶液中可转化成稳定的乙内酰苯硫脲氨基酸（PTH-氨基酸），再用薄层层析，气相层析，HPLC及质谱等方法进行分析。Edman降解法原理：用于测定从N-末端开始35PITCPTC-肽PTH-氨基酸ATZ-AAPITCPTC-肽PTH-氨基酸ATZ-AA365）防御：Ab、抗菌肽、IFN等；可以说，没有蛋白质，就没有生命!（类病毒？）以抗体为例说明结构域之间的关系。蛋白质是由一条或几条多于50个氨基酸的多肽链组成的。注意：在使用该公式时，OD280应在0.Theredlineformedbytherepeating-Cα-C-N-Cα-

isthebackboneofthepeptidechain.3条多肽链均为左手螺旋，互相缠绕成右手螺旋。常见的超二级结构种类主要有：（αα）、（βxβ）、（βββ）。带电极性氨基酸：带正电荷极性氨基酸：His、Lys和Arg正常:HbAβ亚基：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys肽平面（又叫肽单位peptideunit）αhelixconformations.异常：Hbsβ亚基：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys(三)米伦反应(MillonReaction)编码氨基酸（常见的有20种，少量的稀有氨基酸）。分为脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸。6residuesmakeoneturn,13atomsinvolvedinit.110×N≈MW（Da）蛋白质可以与重金属离子如汞、铅、铜、银等结合成盐沉淀，沉淀的条件以pH稍大于等电点为宜。第四节蛋白质的高级结构

（3DSTRUCTURE）

本章的主要内容：

1.蛋白质的结构层次；2.α-螺旋、β-折叠；3.超二级结构、结构域的含义；4.蛋白质高级结构与功能的关系；5.蛋白质各结构层次之间的关系。5）防御：Ab、抗菌肽、IFN等；37一、蛋白质的结构层次一级结构或氨基酸序列二级结构Motif立体结构空间结构domain高级结构三级结构

四级结构一、蛋白质的结构层次38二、蛋白质的高级结构（一）维持蛋白质空间结构的作用力1.共价键1）配位键：由一方提供共用电子对形成的共价键；2）二硫键：由两个Cys的-SH形成的稳定的共价键；3）肽键：C-N。2.非共价键1）氢键：键能为3.35x104J/mol；2）离子键：键能为4.19x104～8.37x104J/mol；3）范德华力：键能为0.42x104～1.26x104J/mol；4）疏水作用力：本质上是范德华力。主要在蛋白质内部。

它们在维系蛋白质空间结构中的作用不同，键能高的作用力可保证蛋白质空间构象的稳定性，而键能小的作用力则可使蛋白质构象具有一定的灵活性。二、蛋白质的高级结构39（二）SecondarystructureInaprotein,certaindomainsmayformspecificstructuressuchasαhelixandβstrand,whichconstitutethesecondarystructureoftheprotein.1.αhelixAnahelixhasthefollowingfeatures:★every3.6residuesmakeoneturn,13atomsinvolvedinit.Soanahelixisalsocalled3.613helix.★thedistancebetweentwoturnsis0.54nm.★theC=O(orN-H)ofoneturnishydrogenbondedtoN-H(orC=O)oftheneighboringturn.★Sidechainsareoutsideofthehelix.Hydrogenbondsplayaroleinstabilizingtheahelixconformation.

However,thesizeandchargesofsidechainsarealsoimportantfactors.

Alaninehasagreaterpropensitytoformahelicesthanproline.（二）Secondarystructure40

Anαhelixcanbeeitherright-handedorleft-handed,asdefinedinthefollowingfigure.Figure2-C-4.

αhelixconformations.

(a)Theidealright-handedαhelix.

C:green;O:red;N:blue;H:notshown;hydrogenbond:dashedline.

(b)Theright-handedαhelixwithoutshowingatoms.

(c)theleft-handedαhelix.多存在于毛发、皮肤和指甲（蹄壳）等组织中。Anαhelixcanbeeithe41倾向于形成α-螺旋的氨基酸对已知蛋白质结构进行大量的分析表明，氨基酸形成α-螺旋的倾向性不同。

强烈倾向于形成α-螺旋的氨基酸有：Ala、Glu、Leu和Met。非常不利于形成α-螺旋的氨基酸有：Pro、Gly、Tyr和Ser。倾向于形成α-螺旋的氨基酸422.Betastrand,betasheetandbetabarrel

1）Betastrand

Inabstrand,thetorsionangleofN-Ca-C-Ninthebackboneisabout120degrees.

Thefollowingfigureshowstheconforma-tionofanidealbstrand.

Notethatthesidechainsoftwoneigh-boringresiduesprojectintheoppositedirectionfromthebackbone.

Figure2-C-6.

Anidealbstrand.Betastrand是构成betasheetorbetabarrel的元件。2.Betastrand,betasheetand432）BetasheetAβsheetconsistsoftwoormorehydrogenbondedβstrands.

Thetwoneighboringβstrandsmaybeparalleliftheyarealignedinthesamedirectionfromoneterminus(NorC)totheother,oranti-paralleliftheyarealignedintheoppositedirection.Figure2-C-7.

TheβsheetstructurefoundinRNaseA.

Thisfigureshowsonlythebackboneatoms,excludinghydrogens.

RNaseAcontainsasinglepeptidechain,whichmakesaturnatthejunction(notshown)betweenβ4andβ6.Therefore,thetwostrandsareanti-parallel.2）BetasheetFigure2-C-7.44Parallelanti-parallel

比α-螺旋更稳定，广泛存在于丝心蛋白、角蛋白中，如溶菌酶、G蛋白、黄素蛋白和蚕丝、蜘蛛丝等。Parallel45蛋白质的结构与功能优质课件46加热蛋白质溶液，可使蛋白质发生凝固而沉淀。3）范德华力：键能为0.35x104J/mol；B:裂解:在无水、强酸条件下，与PTC相联的氨基酸环化、肽键断裂，形成苯氨基噻唑啉酮氨基酸（ATZ-氨基酸）和一个减少了1个氨基酸的新肽链，此新肽链仍具有N-末端游离氨基；二级结构举例：纤维状蛋白4)链内和链间二硫键的位置和数目。镰刀型红细胞性贫血病:由于血红蛋白遗传信息（DNA）的异常而致。2）分散相的质点带有同种电荷，互相排斥，不易聚集成大颗粒而沉淀；Thetwoneighboringβstrandsmaybeparalleliftheyarealignedinthesamedirectionfromoneterminus(NorC)totheother,oranti-paralleliftheyarealignedintheoppositedirection.因为此时蛋白质分子有较多的负离子易与重金属离子结合成盐。蛋白质的分类目的同样在此。其中，N：表示氨基酸数目；Edman降解法（1950年）直接测定氨基酸序列；Apeptidebondisthelinkagebetweentwoaminoacids,formedbythecondensationreaction,asshownbelow:（3DSTRUCTURE）（二）Secondarystructure（四）结构域（domain）β－发夹：由10~11个氨基酸组成。7.而构象的改变不要求有共价键的断裂和重新形成。3）Betabarrel

Abbarrelisaclosedbsheet.

加热蛋白质溶液，可使蛋白质发生凝固而沉淀。3）Betaba47蛋白质分子中的β－转角

3.β－转角多位于蛋白质分子的表面，由亲水氨基酸组成。共4个氨基酸组成。广泛存在于球蛋白中。I型II型蛋白质分子中的β－转角3.β－转角I型II型48

4.无规则卷曲（randomcoil）：是蛋白质表现生物活性所必需的一种构象形式；也是蛋白质构象多样化和个性化的重要基础。5.β－发夹：由10~11个氨基酸组成。6.Ω环（Ωloop）:由6~16个氨基酸组成，仅出现在分子的表面。如溶菌酶分子中的3个Ω环。7.三股螺旋：存在于胶原蛋白中的一种特殊构象。3条多肽链均为左手螺旋，互相缠绕成右手螺旋。乙酰胆碱脂酶、C1q等亦存在三股螺旋。4.无规则卷曲（randomcoil493.侧链构象

亲水区：由极性氨基酸组成，如Ser、Cys等。常分布在球蛋白分子表面，起稳定球蛋白的构象和增加蛋白的水溶性的作用。

疏水区：由非极性氨基酸组成，如Leu、Ile、Val等。疏水区的形成不仅对蛋白质的构象有利，而且还与蛋白质的功能密切相关。

另外，还与蛋白质翻译后加工过程有关。3.侧链构象50蛋白质二级结构以两种方式存在：1）由伸展的肽链或α-螺旋状的肽链扭曲在一起或裹束在一起，如α-角蛋白，丝心蛋白和胶原蛋白等。2）由球状的肽链排列成螺旋状形成的纤维，如肌动蛋白和微管蛋白。二级结构举例：纤维状蛋白1）α-角蛋白：由3条α-螺旋缠绕组成，如动物的角质化组织。2）丝心蛋白：由反平行β－折叠组成，如蚕丝。Gly在其中相间排列。3）胶原蛋白：由3条α-螺旋缠绕组成，如动物的结缔组织。蛋白质二级结构以两种方式存在：51（三）超二级结构（supersecondarystructure）蛋白质中经常存在由若干相邻的二级结构单元按一定的规律组合在一起，形成在空间上可彼此区别的结构单位，称为超二级结构（supersecondarystructure）。又叫基元或结构模体（Motif）。超二级结构是三级结构的建筑模快。常见的超二级结构种类主要有：（αα）、（βxβ）、（βββ）。

1.αα：即复绕α-螺旋（coiled-coilα-helix），又称为超α-螺旋。由两条或三条右手α-螺旋缠绕形成的一种紧密的左手超螺旋，是一种十分稳定的蛋白分子构象。多存在于纤维蛋白中。2.βxβ:由两段平行的β-折叠链借助一段连接链（x）组成。X可以是无规则卷曲，也可以是α-螺旋。由3段β-折叠和2段α-螺旋构成的超二级结构，称为Rossmann折叠。3.βββ:由反平行的β-折叠组成。（三）超二级结构（supersecondarystruc52蛋白质的超二级结构示意图a.αα组合b.βββ组合c.βαβ组合蛋白质的超二级结构示意图53（四）结构域（domain）二级结构和超二级结构以特定的方式组合起来，在蛋白质分子中形成两个或多个在空间上可以明显区分的三级折叠实体，称为结构域（domain）。一般由100~200氨基酸残基组成，少于50个氨基酸残基不易形成稳定的结构域。

结构域是在二级结构或超二级结构基础上形成的特定区域，参与蛋白质结构的装配，并与蛋白质的许多功能密切相关，如蛋白与蛋白之间、蛋白与DNA之间的识别和相互作用等。

结构域是蛋白质三级结构的基本单位。同一蛋白质分子中不同结构域之间以共价键相连接，这是与蛋白质亚基结构的根本区别，蛋白质亚基之间以非共价键连接。

以抗体为例说明结构域之间的关系。（四）结构域（domain）54Figure24.4Heavyandlightchainscombinetogenerateanimmuno-globulinwithseveraldiscretedomains.

Eachantibodyisanimmunoglobulintetramerconsistingoftwoidenticallightchains(L)andtwoidenticalheavychains(H).Ifanylightchaincanassociatewithanyheavychain,toproduce106~108potentialantibodiesrequires103~104differentlightchainsand103~104differentheavychains.Figure24.4Heavyandlightch55蛋白质的结构与功能优质课件56于局部结构的稳定，还可直接参与蛋白质的功能3）调节功能：激素、组蛋白；不带电极性氨基酸：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn和Gln不带电极性氨基酸：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn和Gln（3DSTRUCTURE）另外，还含有微量的P、胰岛素一级结构的种属差异分为脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸。1）Betastrand

Inabstrand,thetorsionangleofN-Ca-C-Ninthebackboneisabout120degrees.异常：Hbsβ亚基：N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys而构象的改变不要求有共价键的断裂和重新形成。蛋白质所形成的亲水胶体颗粒具有两种稳定因素：颗粒表面的水化层；2）结合在蛋白质分子内部的少量水分子，不仅有助这些出现在蛋白质中的氨基酸优势构象叫旋转异构体（rotamer）。在天然蛋白质中一般为反式。凝胶过滤法：又称分子筛层析法。二者的稳定性之比为1000:1。分子机制：β亚基N-端第6位的谷氨酸（Glu）被缬氨酸（Val）取代。2）丝心蛋白：由反平行β－折叠组成，如蚕丝。（五）三级结构（tertiarystructure）

结构域在三维空间中以特定的方式组合排布，或二级结构、超二级结构及其与之相关联的各种环肽链在空间中的进一步协同盘曲、折叠，形成包括主链、侧链在内的专一排布，这就是蛋白质的三级结构。于局部结构的稳定，还可直接参与蛋白质的功能（五）三级结构（57（六）四级结构（quarternarystructure）

由两条以上的多肽链，它们各自以独特的一级结构、二级结构和三级结构相互以非共价键联结，共同构成完整的蛋白质分子，就是蛋白质的四级结构。其中的肽链单位称为亚基（subunit）。

四级结构的特点：

1）四级结构实际上是指亚基的立体排布、相互作用及接触部位的布局；2）亚基之间主要的化学键是非共价键。亚基间结合比二、三级结构疏松；3）在一定的条件下，四级结构的蛋白质可分离为其组成的亚基，而亚基本身构象可不变。（六）四级结构（quarternarystructure）58溶剂中的水分子具有重要的作用：1）结合在蛋白质分子表面的水分子，具有稳定表面侧链的构象和表面二级结构片段的作用；2）结合在蛋白质分子内部的少量水分子，不仅有助于局部结构的稳定，还可直接参与蛋白质的功能作用；3）环境中的水有助于蛋白质的折叠和三维结构的形成。溶剂中的水分子具有重要的作用：59四、高级结构与功能的关系

（一）血红蛋白变构与功能去氧血红蛋白（组织）(低亲和力型)紧密型构象氧合血红蛋白（肺）(高亲合力型)松驰型构象四、高级结构与功能的关系

（一）血红蛋白变构与功能去氧血红60变构效应(allostericeffect)：

在寡聚蛋白分子中，一个亚基和配体结合而发生构象变化，引起相邻其他亚基的构象和与配体结合的能力也发生改变的现象。

变构效应(allostericeffect)：61血红蛋白变构与运输氧的功能血红蛋白变构与运输氧的功能62（二）变性与复性变性（denaturation）：在变性因素的作用下，一级结构不发生变化，高级结构发生改变，生物学功能丧失，理化性质发生改变的现象。复性（renaturation）：在一定条件下，变性的蛋白质从伸展态恢复到折迭态，并恢复其生物活性。（二）变性与复性变性（denaturation）：63蛋白质的结构与功能优质课件64

由一定数量和种类的氨基酸，按照特定的排列顺序，通过羧基与氨基缩合形成的肽键连接在一起，形成多肽链。由一条或几条多肽链经进一步折叠、缠绕和修饰而形成的具有一定空间构像和生物功能的生物大分子。问题什么是蛋白质？由一定数量和种类的氨基酸，按照特定的排列顺序，通65第五节蛋白质的主要理化性质

一、蛋白质的两性解离和等电点二、蛋白质的呈色反应三、蛋白质的紫外吸收四、蛋白质的分子量五、蛋白质的胶体性质六、蛋白质的沉淀七、蛋白质的变性与复性第五节蛋白质的主要理化性质一、蛋白质的两性解离和等电点66一、蛋白质的两性解离和等电点当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子(净电荷为O)，此时溶液的pH值称为该蛋白质的等电点(isoelectricpoint,pI)。各种蛋白质分子由于所含的碱性氨基酸和酸性氨基酸的数目不同，因而有各自的等电点。蛋白质颗粒在溶液中所带的电荷，既取决于其分子组成中碱性和酸性氨基酸的含量，又受所处溶液的pH影响。

酸性溶液pI碱性溶液

+0-

人体体液中许多蛋白质的等电点在pH5.0左右，所以在体液中以负离子形式存在。一、蛋白质的两性解离和等电点当蛋白质溶液处于某一pH67蛋白质的结构与功能优质课件68二、蛋白质的呈色反应

(一)茚三酮反应(NinhydrinReaction)α-氨基酸与水化茚三酮(苯丙环三酮戊烃)作用时，产生蓝紫色。蛋白质是由许多α-氨基酸组成的，故也呈此颜色反应。

(二)双缩脲反应(BiuretReaction)蛋白质在碱性溶液中与硫酸铜作用呈现紫红色，称双缩脲反应。凡分子中含有两个以上－CO－NH－键的化合物，都呈此反应。

(三)米伦反应(MillonReaction)蛋白质溶液中加入米伦试剂，蛋白质首先沉淀，加热则变为红色沉淀。

此外，蛋白质溶液还可与酚试剂、乙醛酸试剂、浓硝酸等发生颜色反应。二、蛋白质的呈色反应(一)茚三酮反应(Nin69三、蛋白质的紫外吸收蛋白质中含有Trp、Tyr、Phe等芳香氨基酸，约在280nm处有最大吸收峰。且OD280与蛋白质的浓度呈正相关。测定蛋白质浓度的方法：标准曲线法和经验公式法。标准曲线法:经验公式法：蛋白质浓度（mg/ml）=1.45×OD280-0.74×OD260

注意：在使用该公式时，OD280应在0.1~0.7之间，所测值才比较准确。三、蛋白质的紫外吸收蛋白质中含有Trp、T70四、蛋白质的分子量蛋白质分子大小通常用道尔顿（Dalton，Da）或千道尔顿（kDa）表示，一般在6×103~6×106之间。测定蛋白质的分子量有许多方法，常用的有SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS）、凝胶过滤法（分子筛层析）等。这些方法的误差约为5%~10%。还可以根据氨基酸的个数进行推算：110×N≈MW（Da）其中，N：表示氨基酸数目；MW：表示分子量（Da）四、蛋白质的分子量蛋白质分子大小通常用道尔顿71SDSSDS72蛋白质的结构与功能优质课件73蛋白质的结构与功能优质课件74蛋白质洗脱体积与分子量的关系分子筛层析示意图

凝胶过滤法：又称分子筛层析法。

将几种已知分子量的蛋白质混合溶液上柱洗脱，记录各种蛋白质的洗脱体积。以分子量的对数为纵坐标，以洗脱体积为横坐标，作标准曲线。待测蛋白质溶液在上述相同的层析条件下分离，记录其洗脱体积，然后根据标准曲线计算其分子量。

蛋白质洗脱体积与分子量的关系分子筛层析示意图凝胶过滤法：75五、蛋白质的胶体性质根据溶质在溶剂中的颗粒大小（分散程度），可以把分散系统分为3类：分散相质点小于1nm的为真溶液，大于100nm的为悬浊液，介于l～100nm的为胶体溶液。

分散相质点在胶体系统中保持稳定，需具备3个条件：1）分散相质点大小在l~100nm范围内，这样大小的质点在动力学上是稳定的，介质分子对这种质点碰撞的合力不等于零，使它能在介质中不断作布朗运动（Brownmovement）；2）分散相的质点带有同种电荷，互相排斥，不易聚集成大颗粒而沉淀；3）分散相的质点能与溶剂形成溶剂化层，例如与水形成水化层（hydrationmantle），质点有了水化层，相互间不易靠拢而聚集。五、蛋白质的胶体性质根据溶质在溶剂中的颗粒大76Aβsheetconsistsoftwoormorehydrogenbondedβstrands.2)多肽链的数目；除掉这两个稳定因素(如调节溶液pH至等电点和加入脱水剂)，蛋白质便容易凝集析出。1）配位键：由一方提供共用电子对形成的共价键；其中，N：表示氨基酸数目；疏水区：由非极性氨基酸组成，如Leu、Ile、Val等。5.这些出现在蛋白质中的氨基酸优势构象叫旋转异构体（rotamer）。在常温下，有机溶剂沉淀蛋白质往往引起变性。QDMLRQLDLSPGC-C00H测定蛋白质的分子量有许多方法，常用的有SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS）、凝胶过滤法（分子筛层析）等。例如酒精消毒灭菌就是如此，但若在低温条件下，则变性进行较缓慢，可用于分离制备各种血浆蛋白质。这些出现在蛋白质中的氨基酸优势构象叫旋转异构体（rotamer）。结构域是蛋白质三级结构的基本单位。目前，在描述某种氨基酸（或蛋白质）的结构时，都是指其构象。加压抗利尿激素(adiuretin)：C-Y-F-Q-N-C-P-R-G3条多肽链均为左手螺旋，互相缠绕成右手螺旋。结构域是在二级结构或超二级结构基础上形成的特定区域，参与蛋白质结构的装配，并与蛋白质的许多功能密切相关，如蛋白与蛋白之间、蛋白与DNA之间的识别和相互作用等。蛋白质分子大小通常用道尔顿（Dalton，Da）或千道尔顿（kDa）表示，一般在6×103~6×106之间。一、肽键（Peptidebond）六、蛋白质的沉淀蛋白质分子凝聚并从溶液中析出的现象，称为蛋白质沉淀(precipitation)。变性蛋白质一般易于沉淀，但也可不变性而使蛋白质沉淀。在一定条件下，变性的蛋白质也可不发生沉淀。

蛋白质所形成的亲水胶体颗粒具有两种稳定因素：颗粒表面的水化层；电荷。除掉这两个稳定因素(如调节溶液pH至等电点和加入脱水剂)，蛋白质便容易凝集析出。Aβsheetconsistsoftwoorm77(一)盐析(SaltingOut)

在蛋白质溶液中加入大量的中性盐以破坏蛋白质的胶体稳定性而使其析出，这种方法称为盐析。常用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等。

(二)重金属盐沉淀蛋白质

蛋白质可以与重金属离子如汞、铅、铜、银等结合成盐沉淀，沉淀的条件以pH稍大于等电点为宜。因为此时蛋白质分子有较多的负离子易与重金属离子结合成盐。

(三)生物碱试剂以及某些酸类沉淀蛋白质

蛋白质又可与生物碱试剂(如苦味酸、钨酸、鞣酸)以及某些酸(如三氯醋酸、过氯酸、硝酸)结合成不溶性的盐沉淀，沉淀的条件应当是pH小于等电点，这样蛋白质带正电荷易于与酸根负离子结合成盐。常用的沉淀方法：(一)盐析(SaltingOut)常用的沉淀方法：78(四)有机溶剂沉淀蛋白质

可与水混合的有机溶剂，如酒精、甲醇、丙酮等，对水的亲和力很大，能破坏蛋白质颗粒的水化膜，在等电点时使蛋白质沉淀。在常温下，有机溶剂沉淀蛋白质往往引起变性。例如酒精消毒灭菌就是如此，但若在低温条件下，则变性进行较缓慢，可用于分离制备各种血浆蛋白质。(五)加热凝固(coagulation)加热蛋白质溶液，可使蛋白质发生凝固而沉淀。加热首先使蛋白质变性，有规则的空间结构被打开，呈松散状不规则的结构，分子的不对称性增加，疏水基团暴露，进而凝聚成凝胶状的蛋白块。如煮熟的鸡蛋，其蛋黄和蛋清都凝固。(四)有机溶剂沉淀蛋白质79七、蛋白质的变性与复性变性（denaturation）：在变性因素的作用下，蛋白质一级结构不发生变化，空间构象被破坏，生物学功能丧失，理化性质也发生改变的现象。变性蛋白质溶解度降低，粘度增加，结晶性被破坏，易发生沉淀。复性（Renaturation）：在一定条件下，变性的蛋白质从伸展态恢复到折迭态，并恢复其原来的理化性质和生物活性。抗菌肽的提纯，RNaseA的配制等。七、蛋白质的变性与复性变性（denaturation）：80谢谢观看！谢谢观看！81蛋白质的结构与功能()蛋白质的结构与功能()82第一节蛋白质的生物学功能与分类一、蛋白质的生物学功能

蛋白质是生命活动的物质基础，几乎所有生物的生命活动过程都离不开蛋白质。但蛋白质的种类成千上万（多少种？），其功能千差万别。例如：酶蛋白；激素；膜蛋白；抗体；受体等。概括起来讲，生物体内的蛋白质具有以下几方面的功能：1）结构成分：膜蛋白；胶原；2）催化功能：酶蛋白；3）调节功能：激素、组蛋白；4）运动：肌球（动）蛋白；5）防御：Ab、抗菌肽、IFN等；6）运输：ApoE、血红素；7）营养贮存：卵清蛋白；8）其他：信号转导等。可以说，没有蛋白质，就没有生命!（类病毒？）约1010种概括起来讲，生物体内的蛋白质具有以下几方面的83根据不同的分类依据，目前大致上有以下几种分类体系：（一）形状分类法根据蛋白质的不同形状，可将它们分为球状蛋白质及纤维状蛋白质。（二）组成分类法根据蛋白质的组成成分不同，可分为单纯蛋白质及结合蛋白质。分子中只含有氨基酸残基的蛋白质，称为单纯蛋白质。单纯蛋白质又可根据理化性质如溶解度及来源等分为7大类。见表3-1。二、蛋白质的分类现状根据不同的分类依据，目前大致上有以下几种分类体系：二、84蛋白质的结构与功能优质课件85分子中除含有氨基酸残基外，还含有非氨基酸成分--辅基的蛋白质，称为结合蛋白质。根据辅基的不同分为7类。见表3-2。分子中除含有氨基酸残基外，还含有非氨基酸成分-86将其分为活性蛋白(如酶、激素蛋白、运输和贮存蛋白、运动蛋白、受体蛋白、膜蛋白等)和非活性蛋白（如胶原、角蛋白等）两大类。见表3-3。（三）按功能分类将其分为活性蛋白(如酶、激素蛋白、运输和贮存87分类的意义:任何生物物种或生物成分的分类体系，都是在对该生物物种或生物成分的每个个体或分子的特性（起源、进化、生活习性、外部特征、内在组成与生物功能等）全面了解和深入研究的基础上，总结个体或分子间的相互联系的内在规律，利用合理的规则将（亲缘）关系密切者归为一类。进一步建立不同类之间的联系关系，这样就形成了该物种或生物分子的分类体系。建立分类体系的目的在于总结其内在规律，并在此基础上进一步研究和发现新的物种或生物成分。蛋白质的分类目的同样在此。分类的意义:任何生物物种或生物成分的分类体系，88第二节蛋白质的化学组成及基本结构单位2.1化学组成

主要有C（50%~55%）、O（20%~23%）、N（15%~17%）、H（6%~8%）和S（0.3%~2.5%）组成。另外，还含有微量的P、Fe、Cu、Mo、I和Zn等。2.2蛋白质的基本结构单位编码氨基酸（常见的有20种，少量的稀有氨基酸）。另外，还有非蛋白质氨基酸。氨基酸的通式如下：

RNH2-CH-COOHTheRgroupdiffersamongvariousaminoacids.

Inaprotein,theRgroupisalsocalleda

sidechain.第二节蛋白质的化学组成及基本结构单位89非极性氨基酸：Ala（丙）、Val（缬）、Leu（亮）、Ile（异亮）、Phe（苯丙）、Trp（色）、Met（蛋）和Pro（脯）极性氨基酸：不带电极性氨基酸：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Asn和Gln带电极性氨基酸：带正电荷极性氨基酸：His、Lys和Arg带负电荷极性氨基酸：Asp和Glu2.2.1编码氨基酸的分类Thereareover300naturallyoccurringaminoacidsonearth,butthenumberofdifferentaminoacidsinproteinsisonly20.

根据R-基和带电荷的不同，可将20种氨基酸分为4类。非极性氨基酸：Ala（丙）、Val（缬）、Leu（亮）、Il90蛋白质的结构与功能优质课件91非极性氨基酸非极性氨基酸92蛋白质的结构与功能优质课件93不带电的极性氨基酸非极性氨基酸不带电的极性氨基酸非极性氨基酸94蛋白质的结构与功能优质课件952.2.2氨基酸的构型（configuration）与构象(conformation)(1)构型（configuration）：一个分子中原子的特定空间排布。氨基酸的基本构型有：L-型和D-型。

L-型D-型

但是，甘氨酸中的α-C是对称的，无L-型和D-型之分。2.2.2氨基酸的构型（configuration）与构象96(2)构象(conformation)：组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空间排布。

构型的改变必须有共价键的断裂和重新形成；而构象的改变不要求有共价键的断裂和重新形成。目前，在描述某种氨基酸（或蛋白质）的结构时，都是指其构象。(2)构象(conformation)：组成分子的原97(2)构象(conformation)：组成分子的原子或基团绕单键旋转而形成的不同空间排布。加热首先使蛋白质变性，有规则的空间结构被打开，呈松散状不规则的结构，分子的不对称性增加，疏水基团暴露，进而凝聚成凝胶状的蛋白块。胰岛素一级结构的种属差异常见的超二级结构种类主要有：（αα）、（βxβ）、（βββ）。大于100nm的为悬浊液，第三节蛋白质的一级结构35x104J/mol；35x104J/mol；将几种已知分子量的蛋白质混合溶液上柱洗脱，记录各种蛋白质的洗脱体积。变性蛋白质一般易于沉淀，但也可不变性而使蛋白质沉淀。Notethatthesidechainsoftwoneigh-boringresiduesprojectintheoppositedirectionfromthebackbone.还可以根据氨基酸的个数进行推算：蛋白质分子大小通常用道尔顿（Dalton，Da）或千道尔顿（kDa）表示，一般在6×103~6×106之间。但是，甘氨酸中的α-C是对称的，无L-型和D-型之分。这是蛋白质结构组织的基本原理。Apeptidebondisthelinkagebetweentwoaminoacids,formedbythecondensationreaction,asshownbelow:6residuesmakeoneturn,13atomsinvolvedinit.(三)米伦反应(MillonReaction)1）结合在蛋白质分子表面的水分子，具有稳定表面0左右，所以在体液中以负离子形式存在。2.2.3单一构型与优势构象（1）单一构型：天然蛋白质中的氨基酸构型都是L-型。为什么？生物进化的结果。

（2）交错构象：除Ala外，氨基酸侧链中的组成基团都可以绕其间的C-C单键旋转，从而产生各种不同的构象。其中交错构象（staggedconformation）是能量上有利的排布。(2)构象(conformation)：组成分子的原子或基团98

（3）优势构象：由于侧链基团（或原子）的不同，大多数氨基酸都有一种或几种交错构象在能量和空间分布上是最佳的，称为优势构象（dominantconformation）。

对已经精确测定的蛋白质结构分析显示，大多数氨基酸都以一种或少数几种优势构象最经常出现在天然蛋白质中。这些出现在蛋白质中的氨基酸优势构象叫旋转异构体（rotamer）。（3）优势构象：由于侧链基团（或原子）的不同，992.2.4氨基酸的主要理化性质1）两性解离和等电点（pI）；2）颜色反应：与茚三酮反应蓝紫色；与2，4-二硝基氟苯反应—黄色化合物。3）光吸收性：Trp、Tyr、Phe（279、278、259nm）。2.2.4氨基酸的主要理化性质100问题什么是氨基酸？问题101氨基酸：

分子中含有氨基的羧酸，叫氨基酸。分为脂肪族氨基酸和芳香族氨基酸。在脂肪族氨基酸中，根据-NH2的位置又分为α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸等。α-氨基酸是构成蛋白质的基本结构单位。

COOHHN2–C–HRL-α-氨基酸氨基酸：L-α-102第三节蛋白质的一级结构

本节的主要内容：1.肽键与多肽链的结构特点；2.蛋白质一级结构的主要内容；3.氨基酸序列的测定方法与原理；4.蛋白质一级结构与功能的关系。

蛋白质的结构与功能优质课件103一、肽键（Peptidebond）Apeptidebondisthelinkagebetweentwoaminoacids,formedbythecondensationreaction,asshownbelow:一、肽键（Peptidebond）104二、肽平面(peptideplane)和多肽链(polypeptide)Fig.

Illustrationofthepeptideplane(grayarea)andФ-ψangles.

Theredlineformedbytherepeating-Cα-C-N-Cα-

isthebackboneofthepeptidechain.1.肽平面（又叫肽单位peptideunit

）二、肽平面(peptideplane)和多肽链(polyp105肽单位的特点：1.肽键具有部分双键的性质，其键长仅为0.133nm，比一般的C-N单键0.145nm短，因此不能自由旋转。2.肽单位上的6个原子位于同一个刚性平面上，称为肽平面或酰氨平面。3.因肽键不能自由旋转，故存在两种构型：反式（trans）和顺式（cis）。在天然蛋白质中一般为反式。二者的稳定性之比为1000:1。4.肽单位平面结构具有一定的键长和键角。肽单位的特点：106肽平面的反式结构肽平面的反式结构10745×OD280-0.二级结构35x104J/mol；建立分类体系的目的在于总结其内在规律，并在此基础上进一步研究和发现新的物种或生物成分。为什么？生物进化的结果。人ThrSerIleThrHowever,thesizean