生物化学蛋白质二

生物化学蛋白质二第1页，课件共58页，创作于2023年2月

（氨基酸分类）Basicstructure:H2NCHCOOH（基本结构）Hydrophobicaminoacids（疏水性氨基酸） Alanine(A) R=CH3（丙氨酸） Valine(V) R=CH(CH3)2（缬氨酸） Proline(P) R=C4H7N（脯氨酸） Phenylalanine(F) R=C6H5CH2（苯丙氨酸） Methionine(M) R=CH2CH2SCH3（蛋氨酸） Isoleucine(I) R=CHCH3CH2CH3（异亮氨酸） Leucine(L) R=CH2CH(CH3)2（亮氨酸）

Tryptophan(W) R=CH2C8H6N（色氨酸）R第2页，课件共58页，创作于2023年2月b.Chargedaminoacids（带电荷的氨基酸） Asparticacid(D) R=CH2COOH（天冬氨酸） Glutamicacid(G) R=CH2CH2COOH（谷氨酸） Lysine(K)

R=CH2CH2CH2CH2NH2（赖氨酸） Arginine(R)

R=CH2CH2CH2NHC=NH(NH2)（精氨酸）c.Polaraminoacids（极性氨基酸） Serine(S) R=CH2OH（丝氨酸） Threonine(T) R=CHOHCH3（苏氨酸） Tyrosine(Y) R=CH2C6H4OH（酪氨酸） Histidine(H) R=CH2C3H4N2（组氨酸）Classificationofaminoacids

(continued)第3页，课件共58页，创作于2023年2月c.Polaraminoacids(continued): Cysteine(C) R=CH2SH（半胱氨酸） Asparagine(N) R=CH2CONH2（天冬酰氨） Glutamine(Q) R=CH2CH2CONH2（谷氨酰氨） Glycine(G) R=H（甘氨酸）Classificationofaminoacids

(continued)第4页，课件共58页，创作于2023年2月蛋白质的高级结构

Secondary,tertiaryandquaternarystructure

Thefunctionofaproteinisdeterminedbyits3-dimensionalshapeoritsconformation.(蛋白质的功能决定于其三维结构和构象) Thenon-covalentforcesmaintainingproteinstructureincludehydrogenbonds,hydrophobicinteractions,electrostaticbondsandVandeWaalsforces.(几种非共价作用力维持蛋白质的正确构象：氢键；疏水作用；静电作用和范氏引力)第5页，课件共58页，创作于2023年2月Hydrogenbonds（氢键）

itisthemainforcetomaintainthesecondarystructuresofaprotein.

Hydrophobicinteractions（疏水作用）

formedbynonpolarsidechainsofaminoacidresidues,preferablyclusteringinthehydrophobiccoreofaprotein.

VanderWaalsinteractions（范氏作用力）

areubiquitousinproteins维持蛋白质三维结构和构象的主要作用力第6页，课件共58页，创作于2023年2月Electrostaticinteractions（静电作用）backboneSidechains第7页，课件共58页，创作于2023年2月Aminoacidsequenceofaproteinishighlyinformative,whichcontainsalltheinformationforfoldingthepolypeptidechainintoitsnativestructure.

（蛋白质如何折叠成正确的三维结构由基因编码的氨基酸序列所决定）

Byusingdatabaseofproteinstructures,peopleareabletopredictthe3dstructureofapolypeptideaccordingtoitsprimarysequence

(利用已有的序列-结构数据库，可以根据氨基酸序列预测多肽的三维结构).

第8页，课件共58页，创作于2023年2月Secondarystructureinprotein蛋白质的二级结构Amideplanes:thebasicstructuralblocksofprotein（酰胺平面是蛋白质高级结构的基本模块）Rotations:anglesθ,Φ,Ψ（酰胺平面的旋转）第9页，课件共58页，创作于2023年2月Ahydrogenbondbetweentheamideprotonandcarboxyloxygenofadjacentpeptidegroups.（维持蛋白质二级结构的主要作用力来自于氢键）ItistheHbondsthatlinkonepeptidegrouptoanother,toconstitutesecondarystructureforproteins:α-helices（α-螺旋）andβ-pleatedsheets（β-折叠）第10页，课件共58页，创作于2023年2月Thealpha-helixα-螺旋第11页，课件共58页，创作于2023年2月Alpha-helicespresentedascoiledribbondrawingsα-螺旋的一种表示方式Loops第12页，课件共58页，创作于2023年2月Alpha-helixhasanetdipolemoment(α-螺旋具有偶极矩)SomeAApreferstoformalpha-helix(一些氨基酸易于形成α-螺旋)第13页，课件共58页，创作于2023年2月β–

pleatedsheets：β–折叠

第14页，课件共58页，创作于2023年2月Parallel（平行）Antiparallel（反平行）Hydrogenbondsinterstrand维系β-折叠结构的是链间氢键第15页，课件共58页，创作于2023年2月其他二级结构β–turns：β–转角GlyandPro两种氨基酸在转角结构中常见第16页，课件共58页，创作于2023年2月Predictionofstructureofαhelicesbyhydropathyplottingtheaminoacidsequenceofaprotein根据氨基酸序列的疏水性分布，预测α-螺旋第17页，课件共58页，创作于2023年2月HydrophobicityScales

氨基酸的疏水性数值Phe Met Ile Leu Val Cys Trp3.7 3.4 3.1 2.8 2.6 2.0 1.9Ala Thr Gly Ser Pro Tyr His 1.6 1.2 1.0 0.6 -0.2 -0.7 -3.0 Gln Asn Glu Lys Asp Arg-4.1 -4.8 -8.2 -8.8 -9.2 -12.3第18页，课件共58页，创作于2023年2月Motif(模体):simplecombinationsofafewsecondarystructureelementswithaspecificarrangements.（多个二级结构可以组合成超二级结构）Thesemotifsarealsocalledsupersecondarystructure(超二级结构).第19页，课件共58页，创作于2023年2月Topologydiagram(拓扑图):asimplifiedschematicrepresentationofthesecondarystructure（二级结构的简化表示方法）Thepathofmainchaincomposedofaβ-α-βmotif;Topologicaldiagramofthestructurein(a).Looparea第20页，课件共58页，创作于2023年2月蛋白质的活性部位通常在loop区域substrateTheactivesiteisusuallylocatedinlooparea第21页，课件共58页，创作于2023年2月Theactivesiteofarabinose-bindingproteinofE.ColiActivesite第22页，课件共58页，创作于2023年2月Somespecialparallelβ-sheetproteins第23页，课件共58页，创作于2023年2月第24页，课件共58页，创作于2023年2月MolecularChaperone分子伴侣蛋白质在其多肽链合成出来后，需要其他分子，即分子伴侣将其折叠为正确的三维结构Proteinsthathelpfoldglobularproteins第25页，课件共58页，创作于2023年2月Quaternarystructureofprotein:subunitsinteractions蛋白质的四级结构：亚基间的作用方式第26页，课件共58页，创作于2023年2月Thesymmetryofquaternarystructure蛋白质四级结构具有一定的对称方式第27页，课件共58页，创作于2023年2月第28页，课件共58页，创作于2023年2月Fibrousproteins:containpolypeptidechainsorganizedparallelalongasingleaxis,producinglongfibersorlargesheets.（纤维蛋白的四级结构）α-karatin（角蛋白）TheS-SbondsandHbondsinα-karatin第29页，课件共58页，创作于2023年2月β-keratin:aβ-sheetprotein第30页，课件共58页，创作于2023年2月Collagen（胶原蛋白）CollagenhasanaminoacidcompositionofhighGlycontent.Procontentisalsounusuallyhigh.Theunusualmodifiedaminoacidsfoundincollagen:第31页，课件共58页，创作于2023年2月DuetoitshighcontentsofGly,Proandhydroxyproline,collagenfibersdonotcontaintraditionalsecondarystructures,formauniquetriplehelixinstead.Collagenisaprincipleconstituentofconnectivetissue（结缔组织）inanimals.第32页，课件共58页，创作于2023年2月Determinationofproteinstructures

蛋白质结构的测定方法MethodologyofanalysingproteinstructuresaX-raycrystallography(X-射线晶体衍射);bNMRspectrometry(核磁共振波谱);cAtomicforcemicroscopy(原子力显微镜);dPredictionbycomputer(计算机预测).第33页，课件共58页，创作于2023年2月Theanalysisofproteinstructuresismostlylimitedbypurificationandcrystallizationofprotein.Thefollowingdrawingshowsthedifficultiesinobtainingasinglecrystalofprotein在采用x-射线衍射方法测定蛋白质结构时，蛋白质纯化和蛋白质结晶是关键步骤。cellunitThiscrystalhasaC2symmetry第34页，课件共58页，创作于2023年2月Thehanging-dropmethodofproteincrystallization(获取蛋白质结晶的通用方法)第35页，课件共58页，创作于2023年2月Awell-orderedproteincrystalanditsx-raydiffractionpatterns蛋白质晶体及其x-射线衍射图谱第36页，课件共58页，创作于2023年2月Singleparticlemacromolecularstructuredetermination

viaelectronmicroscopy采用电子显微镜进行蛋白质三维重构第37页，课件共58页，创作于2023年2月Atomicforcemicroscopy(AFM)ofbiomoleculesimagedinaqueoussolution蛋白质的二维结晶第38页，课件共58页，创作于2023年2月ProteinstructureatdifferentresolutionsX-射线衍射测定时，不同分辨率及其测定结果6.0Å4.5Å3.8Å2.2Å第39页，课件共58页，创作于2023年2月 ProteinElectrophoresis（蛋白质电泳）

SDS(dodecylsulfatepolyacrylamidegelelectrophoresis)

Isoelectricfocusing（等电聚焦）

Twodimensionalelectrophoresis(2D-E；二维电泳)2DEofmembraneproteinsSDSofmembraneproteins第40页，课件共58页，创作于2023年2月Proteomics(蛋白质组学)：什么是Omics?技术步骤：1从细胞分离总蛋白质；2电泳分离：第一向“等电聚焦”(pH)；第二向”SDS”(分子量)；3蛋白质定位，切割；4质谱鉴定。第41页，课件共58页，创作于2023年2月Massspectrometry(MS)apowerfultoolforpeptidesequencing质谱法测序What’sMS(质谱)?Massspectrometry,alsocalledmassspectroscopy,isaninstrumentalapproachthatallowsforthemassmeasurement（质量测定）ofmolecules.Briefly,MSisananalyticaltoolusedformeasuringthemolecularweight(MW;分子量)ofamolecule.第42页，课件共58页，创作于2023年2月AnIntroductiontoMassSpectrometry

WhatisMassSpectrometry(MS)?

Massspectrometersareananalyticaltoolusedformeasuringthemolecular(oratomic)weightofasample.

(分子质谱；原子质谱)

Massspectrometers（质谱仪）exploitthedifferenceinthemass-to-charge(m/z)ratio（质荷比）ofionizedmoleculestoseparatethemfromeachother.

第43页，课件共58页，创作于2023年2月Thehistory1898W.Wien发现带正电荷的离子束在磁场中发生偏转。1910J.J.Thompson使用简单的电场-磁场组合装置,获得了抛物线轨迹的质谱,证明了20Ne,22Ne两种同位素的存在。

A.J.Dempster采用电子轰击技术使分子离子化。

F.W.Aston制得了第一台速度聚焦质谱仪。1942商品MS出现,用于石油精炼和橡胶工业。第44页，课件共58页，创作于2023年2月基本原理在高能粒子束的作用下，物质的分子（或原子）被电离，转变成气态离子，这些正离子在高压电场中加速导入磁场，在磁场中偏转，按质荷比（m/z）大小顺序先后到达收集器，产生信号强度与到达的离子数目成正比，所记录信息构成质谱。第45页，课件共58页，创作于2023年2月质谱基本方程

离子在电场中加速后的动能:1/2m2

=zeU

在磁场(B)存在下，带电离子按曲线轨迹飞行

离心力=向心力m2

/R=Bze

由此得曲率半径：

R=m

/Bze

质谱方程式：m/z=B2R2e/2U=KB2/U

离子在磁场中的轨道半径R取决于：m/z

、B、U

固定R,改变加速电压U,可以使不同m/z

的离子进入检测器。第46页，课件共58页，创作于2023年2月TheComponentsofaMassSpectrometer

（质谱仪基本结构）Inletsystem

IonSourceAnalyzerIonDetectorComputerMassSpectrumm/zInvacuum进样系统离子源质量分析器检测器第47页，课件共58页，创作于2023年2月质谱的应用范围定性分析：1.相对分子量测定：利用分子离子峰；2.化学式确定：利用精确分子量；利用同位素离子峰的丰度3.结构鉴定：利用碎片离子峰；定量分析：第48页，课件共58页，创作于2023年2月ThebasicoperationofaMS（质谱分析的基本环节）

(1)toevaporateandionizemoleculesinavacuum,creatinggas-phaseions;

（真空中蒸发样品得到气态离子）

(2)toseparatetheionsinspaceand/ortimebasedontheirm/zratios;

（按照质荷比分离各个离子）

(3)tomeasuretheamountofionswithspecificm/zratios.（测量离子的质荷比和离子流的大小）第49页，课件共58页，创作于2023年2月质谱的表示方法

横坐标为质荷比，纵坐标表示相对丰度。

相对丰度：以质谱中最强的峰的高度为100%，然用最强峰高度去除其他高度，得到的百分数。用相对丰度表示各峰高度。

基峰：最强的峰（相对丰度为100%）第50页，课件共58页，创作于2023年2月WhatInformationdoesMassSpectrometryProvide?Molecularweights（分子量）: formacromolecules,e.g.proteins,MShasanaccuracyof0.01%ofthetotalmolecularweight. Forsmallorganicmoleculesthemolecularweightcanbemeasuredtowithinanaccuracyof5ppm.Structuralinformation（结构信息）: elucidationofstructureoforganiccompounds,andofseque