生物化学蛋白质之二

生物化学蛋白质之二第1页/共49页目录§2.3蛋白质的结构一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的空间结构第2页/共49页第3页/共49页〔目的与要求〕1.掌握蛋白质一级结构的概念；了解蛋白质一级结构的测定方法与思路，学会分析简单多肽的氨基酸顺序。2.理解并掌握蛋白质二级结构的概念；二级结构的基本类型：α-螺旋及β-折叠的结构特点；了解几种常见纤维状蛋白质的结构特性；了解超二级结构及结构域的概念。3.了解蛋白质三级结构、四级结构的概念及稳定因素。第4页/共49页一、蛋白质的一级结构

蛋白质的一级结构（Primarystructure）是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。

主要化学键：肽键、二硫键；（一）肽键与肽链1.肽键：一个氨基酸的α-COOH和相邻的另一个氨基酸的α-NH2脱水形成共价键。如下图：第5页/共49页第6页/共49页第7页/共49页2.氨基酸借肽键形成的化合物叫肽，即：1）两个氨基酸形成的化合物叫二肽；

2）三个氨基酸形成的化合物叫三肽；3）多个氨基酸形成的化合物叫多肽；4）氨基酸借肽键连成长链，称为肽链，肽链两端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端称为N-末端，自由-COOH端称为C-末端；

5）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基；

6）多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。第8页/共49页（二）生物活性肽1.生物活性肽(Biologicalactivepeptides,BAP)是指能够调节生物机体的生命活动或具有某些生理活性作用的一类肽的总称。（1）谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly）;含巯基;谷氨酸的-羧基形成肽键;酸性肽;体内重要的还原剂。第9页/共49页GSH含有一个活泼的巯基，还原剂保护体内蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使蛋白质或酶处在活性状态。GSH的转化如下：GSH的巯基还具有嗜核特性，能与外源的嗜电子物质如致癌剂或药物等结合，从而阻断这些化合物与DNA、RNA或蛋白结合，保护机体免遭损害。第10页/共49页（2）促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯氨酸），可促进甲状腺素的释放。

（3)短杆菌素S：环十肽，含有D-苯丙氨酸、鸟氨酸，对革兰氏阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。

(4)青霉素：含有D-半胱氨酸和D-缬氨酸的二肽衍生物。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。

第11页/共49页(5)牛催产素与加压素：均为九肽，含有一对二硫键，两者结构类似。只有第3位第8位不同。牛催产素:牛加压素:(7）脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用。(6)舒缓激肽：为九肽，促进血管舒张，促进水、钠离子的排出。第12页/共49页第13页/共49页2.活性肽来源（1）体内途径人体内活性肽绝大多数是从非活性的蛋白质前体经特殊的酶系加工而形成的。包括：多肽链裂解、酰化、乙酰化和硫脂化等作用。（2）体外途径①分离、纯化天然内源活性肽；②化学合成的外源性生物活性肽；③生物合成制备活性肽；④酶法水解制取活性肽。第14页/共49页3.活性肽的应用(1)生物活性肽具有品种多、功能全、应用范围广、高效、无毒副作用等优点，已成为研究和应用开发的热点。

(2)生物活性肽被应用于食品、医药和饲料等行业。

第15页/共49页（三）蛋白质的一级结构研究

一级结构的研究包括：蛋白质的氨基酸组成测定，肽链数目的确定，末端氨基酸种类测定，氨基酸的排列顺序测定，二硫键位置的测定，酰胺位置的确定。

大致步骤如下：

第16页/共49页1.获取一定量纯的蛋白质样品，测其分子量，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.进行末端测定，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。

C-末端测定法：常采用肼解法、羧肽酶法。第17页/共49页3.肽链的拆分:经末端的分析，若该蛋白质含有两条以上的肽链，而且肽链之间是通过非共价键连接，使用蛋白质变性剂将其变性后分开；若蛋白质肽链之间通过共价键相连，则可采取过甲酸氧化法或巯基乙醇还原法将其分开。4.各肽链中氨基酸排列顺序的测定:使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，然后使用片段重叠法推测出完整肽链的氨基酸顺序。5.确定二硫键和酰胺的位置

第18页/共49页二、蛋白质的二级结构(secondarystructure)

（一）构型与构象构型：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间排布方式。如单糖的α-、β-构型，氨基酸的D-、L-构型。当从一种构型转换成另一种构型的时候，会涉及共价键的形成或破坏。

构象：指一个分子结构中的一切原子绕共价单键旋转时产生的不同空间排列方式。一种构象变成另一种构象不涉及共价键的形成或破坏。第19页/共49页（二）蛋白质的二级结构

二级结构：多肽链在一级结构的基础上，按照一定的方式有规律的旋转或折叠形成的空间构象。实质是多肽链在空间的排列方式;其稳定因素:氢键。

1.蛋白质分子构象的立体化学原则LinusPauling和RobertCorey于20世纪40年代末至50年代初，应用X-射线衍射法技术对α-角蛋白等研究结果，提出了蛋白质分子构象的立体化学原则，要点如下：第20页/共49页（1）肽链空间构象的基本结构单位为肽平面或肽单位。肽平面:指肽链中从一个Cα原子到另一个Cα原子之间的结构，共包含6个原子,共处于同一个平面。第21页/共49页（2）肽键上的原子呈反式构型;（3）肽键C-N键长为0.132nm,比一般的C-N单键短，比C=O双键要长，具有部分双键的性质，不能旋转。而

Cα-COOH、C-NH2，为真正单键，可以旋转;(4)相邻肽平面构成二面角：一个肽平面围绕N1-Cα(氮原子与α—碳原子)旋转的角度，用Φ表示。另一个肽平面围绕Cα-C2(α-碳原子与羧基碳)旋转的角度，用Ψ表示。这两个旋转角度叫二面角(dihedralangle)。

第22页/共49页第23页/共49页2.蛋白质二级结构主要类型有:α-螺旋、β-折叠、β-转角(1)α-螺旋（α-Helix）:又称为3.613螺旋，Φ=-57。，Ψ=-47。结构要点：多个肽键平面通过α-碳原子旋转，主链绕一条固定轴形成右手螺旋。每3.6个氨基酸残基上升一圈，相当于0.54nm。相邻两圈螺旋之间借肽键中C＝O和N-H形成许多链内氢键，即每一个氨基酸残基中的NH和前面相隔三个残基的C＝O之间形成氢键，这是稳定α-螺旋的主要键。肽链中氨基酸侧链R，分布在螺旋外侧，其形状、大小及电荷影响α-螺旋的形成。第24页/共49页第25页/共49页α-螺旋在许多蛋白中存在，如α-角蛋白、血红蛋白、肌红蛋白等，主要由α-螺旋结构组成。

螺旋的结构通常用“SN”来表示，S表示螺旋每旋转一圈所含的残基数，N表示形成氢键的C=O与H-N原子之间在主链上包含的原子数。第26页/共49页第27页/共49页*

影响α-螺旋稳定的因素：1.酸性或碱性氨基酸集中的区域，由于同种电荷相斥，不利于α-螺旋形成；2.较大的R(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨酸)集中的区域，也妨碍α－螺旋形成；3.脯氨酸因其α-碳原子位于五元环上，不易扭转，加之它是亚氨基酸，不易形成氢键，故不易形成上述α-螺旋；4.甘氨酸的R基为H，空间占位很小，影响螺旋的稳定。第28页/共49页(2)β-折叠(β-pleatedsheets)又称β-片层，其结构要点如下：多肽链呈锯齿状（或扇面状）排列成比较伸展的结构；相邻两个氨基酸残基的轴心距离为0.35nm，侧链R基团交替地分布在片层平面的上下方，片层间有氢键相连；有平行式和反平行式两种。这种片层在丝心蛋白里大量存在。第29页/共49页第30页/共49页(3)β-转角:指蛋白质的多肽链在形成空间构象时经常会出现180。的回折;一般由四个连续的氨基酸组成;第一个氨基酸的羧基与第四个氨基酸的氨基形成氢键;第二个氨基酸残基常为Pro。第31页/共49页第32页/共49页第33页/共49页（二）超二级结构和结构域1．超二级结构

超二级结构（Super-secondarystructure）：蛋白质分子中的多肽链在三维折叠中往往形成有规则的二级结构聚集体，在球蛋白中充当三级结构的构件。常见的有：αα、ββ、βαβαβ等。第34页/共49页第35页/共49页2．结构域（structuraldomain）

在一些相对较大的蛋白质分子中，在空间折叠时往往先分别折叠成几个相对独立的区域，再组装成更复杂的球状结构，这种在二级或超二级结构基础上形成的特定区域称为结构域。它的结构层次介于超二级结构和三级结构之间。如图所示：第36页/共49页第37页/共49页第38页/共49页

三.蛋白质的三级结构

一条多肽链中所有原子在三维空间的整体排布，称为三级结构，是包括主、侧链在内的空间排列。在三级结构中，大多数的亲水的R侧基分布于球形结构的表面，而疏水的R侧基分布于球形结构的内部，形成疏水的核心。第39页/共49页第40页/共49页第41页/共49页第42页/共49页

四.蛋白质的四级结构

二个或二个以上具有独立的三级结构的多肽链(亚基)，彼此借次级键相连，形成一定的空间结构，称为四级结构。

具有独立三级结构的多肽链单位，称为亚基或亚单位(subunit)，亚基可以相同，亦可以不同。四级结构的实质是亚基在空间排列的方式。