第02章蛋白质2课件

第二章蛋白质化学第二部分蛋白质的结构与性质蛋白质的四级结构蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构蛋白质的三级结构§2.3蛋白质的结构蛋白质的结构具有多种结构层次，包括一级结构和空间结构，空间结构又称为构象。空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三级之间还存在超二级结构和结构域这两个结构层次。一、蛋白质的一级结构§2.3蛋白质的结构定义：蛋白质的一级结构（Primarystructure）又称为共价结构或化学结构。它是蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，包括二硫键的定位。特点：分子呈链状结构主要的化学键：肽键和二硫键§2.3蛋白质的结构（一）肽键与肽链(重点)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。氨基酸借肽键连成长链，称为肽链（peptide），肽链两端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端称为N-末端（氨基末端），自由-COOH端称为C-末端（羧基末端）；构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基；肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH2端开始，由N指向C，即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。肽的有关重要概念N端/氨基末端C端/羧基末端肽键和肽的结构4）肽链空间构象的基本结构单位为肽平面或肽单位。所谓的肽平面是指肽链中从一个Cα原子到另一个Cα原子之间的结构，共包含6个原子（Cα、C、O、N、H、Cα），它们在空间共处于同一个平面。(二)生物体内几种常见的多肽1、肌肽（二肽）和脑啡肽（五肽）：缓冲剂和镇痛。2、谷胱甘肽（GSH）：由Glu，Cys，Gly组成

功能：(1)参与生物体内的氧化还原反应。

(2)保护硫基酶的作用

(3)防止过氧化物积累的作用§2.3蛋白质的结构FSanger,EOPThompson.BiochemJ,53(1953)353-366.§2.3蛋白质的结构FrederickSanger获得过两次Nobel化学奖，分别是1960年测定蛋白质[胰岛素(insulin)的一级结构和1980年测定DNA的一级结构§2.3蛋白质的结构F.SangerFrederickSangerFrederickSanger构型：手性碳原子所连接的四个不同的原子或原子团在空间的两种不同的排布方式：即D型和L型。构型的改变涉及共价键的破坏和形成，与氢键无关。构象：由几个碳原子组成的分子,因一些单键的旋转而形成的不同碳原子上各取代基团或原子的空间排列。构象的改变不涉及共价键的破坏，仅是单键的旋转,但与氢键及其它次级键的破坏形成有关。(一)构型和构象二、蛋白质的二级结构(二)蛋白质的构象变化的分子基础

1.维持蛋白质三维结构的作用力(重点)——次级键

氢键、疏水作用、离子键、范德华力、配位键

2.构象变化还与肽平面有关(三)蛋白质二级结构(重点)：蛋白质主链某些肽段，借助氢键沿着某个轴盘绕折叠，形成有周期性的构象主要有：α-螺旋(α-helix)，β-折叠(β-pleateclsheet)，β-转角(β-turn)，无规则卷曲(nonregularcoil)。本课主要介绍α-螺旋和β-折叠。§2.3蛋白质的结构1、α-螺旋(α-helix)§2.3蛋白质的结构α-螺旋结构要点(重点)：每个AA残基的-NH和位于其前面第四个aa残基的C=O形成氢键绕中心轴螺旋，每圈周期3.6aa，0.54nm。100º/aa，0.15nm/aa残基侧链向外做辐射状排列大多位右手，也有左手(极少)遇到Pro时，自然中断形成的一个结节(kink)。§2.3蛋白质的结构§2.3蛋白质的结构PaulingandCoreywiththeirmodelofthealphahelix,1951.§2.3蛋白质的结构The1954NobelPrizeinChemistry/The1962NobelPeacePrizeLinusPauling

(1901-1994)2、β-折叠(β-pleatedsheet):若干条肽链或一条肽链的若干肽段通过氢键结合形成的平行或反平行锯齿状片层结构。§2.3蛋白质的结构β-折叠结构要点特征(重点)：主链平行或反平行的方式排列在一起，依赖-C=O和-NH形成氢键

构象呈锯齿状排列

氢键垂直于中心轴

R基团交替位于片层的上，下方。侧链向外，形成疏水环境。3、超二级结构(重点)

(supersecondarystructure)：

蛋白质中几个相邻的（不一定是一级结构上邻近的）二级结构单位组合在一起，形成有规则的在空间上能辨认的二级结构组合体αα：

两个α-helix彼此缠绕形成的，主要存在α-角蛋白中。βXβ：

X可以是α-helix或无规则卷曲(nonregularcoil），主要存在与一些酶当中。βββ：三条或更多反平行式β-转角或其他肽段连接而成主要存在一些酶和抗体中。§2.3蛋白质的结构aa§2.3蛋白质的结构bCDβ发夹、β曲折β折叠桶

4、结构域(重点)（structuraldomain）：在二级结构基础上，多肽链进一步卷曲折叠形成点一个相对独立，近似球形的组装体。结构域特点：对某些较小分子来说，结构域就是三级结构（只有一个结构域）往往是活性中心，如酶与抗体。§2.3蛋白质的结构§2.3蛋白质的结构§2.3蛋白质的结构三、蛋白质的三级结构(重点)特征：三级结构是针对整条肽链而言。对某些较小的分子来说。三级结构就只包含一个结构域。概念：一条多肽链在二级.超二级.结构域基础上，整条肽链进一步盘绕，折叠形成的特定构象。概念：由两条或两条以上具有三级结构的多肽聚合而成有特定三维的蛋白质构象，如血红蛋白。每一条多肽链称为一个亚基（subunit）四、蛋白质的四级结构

(重点)一级结构描述的是一条肽链的氨基酸的排列情况。二级结构和超二级结构都是一个局部的概念，描述的是肽链上某个局部区域肽链的折叠情况。结构域介于局部与整体之间，对于某些短小的只有一个结构域的肽链而言是整体的；而对于大多数较大的有多个结构域的肽链来说，每一个结构域只是一个局部。多个局部构成一个整体的肽链。五、蛋白质各结构层次之间的关系三级结构是就一条肽链的整体而言的。四级结构是多条肽链结合形成的构象，并不是每一个蛋白质都有四级结构，只有一条肽链的蛋白质没有四级结构(如肌红蛋白就是一个没有四级结构的单肽链蛋白质)。六、蛋白质结构与功能的关系

(一)一级结构与功能的关系1.同种功能的蛋白质具有相似的一级结构同源蛋白：不同种属行使同一功能的蛋白质。如细胞色素C，胰岛素分子进化：不同种属具有同一功能的同源蛋白质，在进化上来自相同的祖先，在一级结构上相应的氨基酸组成不同，差别越大，其亲缘关系愈远，反之，其亲缘关系愈近。这种以特定分子的之间差异表示物种的进化过程中亲缘远近，叫做分子进化。Glu

Val2.对于特定的蛋白质，一级结构的改变可能会引起功能的巨大变化(二)空间结构与功能的关系相同功能、组成相似的蛋白质，空间结构很相似。空间结构决定生物功能，只有特定空间结构的蛋白才能行使其生物功能,功能与结构相适应。(三)一级结构与空间结构的关系一级结构决定空间结构，并通过空间结构行使生物学功能(重点)ChristianBoehmerAnfinsen(1916-1995),thewinnerofthe1972NobelPrizewithStanfordMooreandWilliamH.Stein124aa变性:在蛋白质变性剂（如8mol/L的尿素）和一些还原剂（如巯基乙醇）存在下，酶分子中的二硫键全部被还原，酶的空间结构破坏，肽链完全伸展，酶的催化活性完全丧失。复性:当用透析的方法除去变性剂和巯基乙醇后，发现酶大部分活性恢复，所有的二硫键准确无误地恢复原来状态。若用其他的方法改变分子中二硫键的配对方式，酶完全丧失活性。这个实验表明，蛋白质的一级结构决定它的空间结构，而特定的空间结构是蛋白质具有生物活性的保证。蛋白质经激活之后才