生物化学第一章 蛋白质的结构与功能

1、蛋白质的结构和功能，第一章，蛋白质的结构和功能，蛋白质来源于希腊语字母，意思是“第一个重要的和原始的”蛋白质来自于对蛋清(白蛋白)的研究，并且广泛分布：所有的器官和组织都含有蛋白质；细胞的每一部分都含有蛋白质。高含量：蛋白质是细胞中最丰富的有机分子，占人体干重的45%。有些组织的含量较高，如脾、肺和横纹肌，高达80%。1833年，帕恩和珀索兹分离出淀粉酶。1864年，霍佩塞勒从血液中分离出血红蛋白并使其结晶。19世纪末，费希尔证明了蛋白质是由氨基酸组成的，氨基酸被合成为各种短肽。1938年，德国化学家杰拉多斯j穆德引用“蛋白质”一词来描述蛋白质。1951年，鲍林通过X射线晶体衍射发现了蛋白质螺

2、旋的二级结构。1953年，弗雷德里克桑格完成了胰岛素的初步序列测定。1962年，约翰肯德鲁和马克斯佩鲁茨确定了血红蛋白的四级结构。90年代后的后基因组计划。什么是蛋白质？蛋白质是由许多氨基酸通过肽键连接而成的高分子含氮化合物。1)酶的生物催化，2)具有重要生物学功能的蛋白质的调节，2)参与基因调节：组蛋白和非组蛋白参与代谢调节，如激素或生长因子，3)运动和支持，身体的结构蛋白，如头发、骨骼、牙齿和肌肉，4)参与运输和储存，血红蛋白运输氧铜蓝蛋白运输铜铁蛋白储存铁，5)免疫保护，抗原-抗体反应的凝固机制， 6)受体和信息分子参与细胞间的信息传递和信号传递，7)氧化供能，蛋清物质分为蛋白质的分子组

3、成，第一节，组成蛋白质的元素，有些蛋白质还含有少量的磷和磷，50 55% H 6 7% O 19 24% N 13 19% S 0 4%，各种蛋白质的含氮量非常接近，平均为16%。 因为体内的含氮物质主要是蛋白质，只要测定生物样品中的氮含量，近似的蛋白质含量就可以根据以下公式计算：100克样品中的蛋白质含量(g %)=6.25100克氮/克样品，1/16%，蛋白质元素组成的特征，凯氏定氮法：氨基酸组成蛋白质。自然界中有300多种氨基酸，但构成人类蛋白质的碱性氨基酸只有20种。在碱性氨基酸中，除脯氨酸和甘氨酸外，都属于L-氨基酸。例外：脯氨酸亚氨基酸，甘氨酸3354无手性，非极性疏水氨基酸极性中

4、性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸，(1)氨基酸分类，分类依据：不同结构和理化性质的r侧链基团，甘氨酸甘氨酸G 5.97，丙氨酸丙氨酸Ala 6.00，缬氨酸缬氨酸Val V 5.96，亮氨酸Leu L 5.98，异亮氨酸异亮氨酸Il 6.02，苯丙氨酸苯丙氨酸Phe F 5.48，脯氨酸脯氨酸脯氨酸Pro 6 丝氨酸丝氨酸Ser 5.68，酪氨酸酪氨酸Try 5.66，半胱氨酸Cys C 5.07，蛋氨酸Met 5.74，天冬酰胺Asn 5.41，谷氨酰胺Gln Q 5.65，苏氨酸苏氨酸thr t 5.60，2。 极性中性氨基酸，在中性溶液中解离后带有负电荷的侧链基团。3。酸性氨基酸谷氨酸、天冬

5、氨酸、天冬氨酸、谷氨酸。碱性氨基酸His，Arg，Lys，在中性溶液中解离后带有正电荷。组氨酸7.59，赖氨酸赖氨酸9.74，精氨酸10.76，此外：1。蛋白质中的许多氨基酸是经过加工和修饰的个修饰氨基酸，如：脯氨酸羟基化为羟脯氨酸赖氨酸羟基化为羟赖氨酸2，半胱氨酸Cys通常以胱氨酸、半胱氨酸的形式存在，胱氨酸的理化性质和(二)氨基酸1。两性解离和等电点。氨基酸是两性电解质，它们的解离度取决于溶液的酸碱度。等电点，pI)在一定的酸碱度溶液中，氨基酸以相同的趋势和程度解离成阳离子和阴离子，并成为电中性的兼性离子。此时，溶液的酸碱度被称为氨基酸的等电点。紫外吸收，色氨酸和酪氨酸的最大吸收峰在280

6、 nm附近。紫外分光光度法：大多数蛋白质都含有这两种氨基酸残基，因此测定280纳米蛋白质溶液的吸光值是一种快速、简便的分析溶液中蛋白质含量的方法。芳香氨基酸的紫外吸收。显色反应茚三酮反应：氨基酸可以与茚三酮缩合生成蓝紫色化合物，最大吸收峰在570纳米。该反应可用作蛋白质定性和定量分析的基础。肽是氨基酸通过肽键缩合形成的化合物。缩水甘油甘氨酸，肽键，肽键：它是一个氨基酸的-羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水缩合形成的化学键，本质上是酰胺键。氨基酸残基的肽链中的氨基酸分子):由于脱水和缩合而被称为氨基酸残基。*两个氨基酸分子浓缩成二肽，而三个氨基酸分子浓缩成三肽，*一个由少于十个氨基酸连接而成的肽称为

7、寡肽，一个由更多氨基酸连接而成的肽称为多肽。*多肽链是指许多氨基酸通过肽键连接的结构。N端：具有游离氨基的多肽链的一端C端：具有游离羧基的多肽链的一端。多肽链具有方向性：N-末端，N-末端，C-末端，牛核糖核酸酶，(2)几个生物活性肽，1。还原型谷胱甘肽、还原型谷胱甘肽过氧化物酶、还原型谷胱甘肽还原酶、还原型谷胱甘肽过氧化物酶、还原型谷胱甘肽具有抗氧化功能，可减少细胞内产生的过氧化氢。谷胱甘肽的生理功能包括解毒、参与氧化还原反应、保护巯基化酶的活性和维持红细胞膜的稳定性。体内的许多激素属于寡肽或多肽，神经肽，2。多肽激素和神经肽，3。蛋白质的分类，*根据蛋白质的组成，*根据蛋白质的形状，纤维状

8、蛋白质：大部分是结构蛋白，不溶于水，球状蛋白质：大部分具有生理活性，大部分是可溶的，如酶、免疫球蛋白等。蛋白质的分子结构，第二节，蛋白质是一种具有特定分子结构的高分子化合物，由许多氨基酸单元通过肽键连接而成。构象是由有机分子中的单键旋转形成的。蛋白质的构象通常由非共价键(二级键)维持。蛋白质的分子结构包括(人工划分的)一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。蛋白质的一级结构是指多肽链中的氨基酸序列。(包括蛋白质分子中所有二硫键的位置)，其次，蛋白质的一级结构，主要维持键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键。一级结构是蛋白质空间构象和特定生物学功能的基础。但它不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。第三，蛋

9、白质的二级结构，主要的支撑键：氢键，因为C=O双键中的电子云和N原子上的非共享电子对有“电子共振”，肽键具有部分双键的性质，不能自由旋转。根据蛋白质的三维结构原理，肽键平面具有部分双键的性质，因此参与肽键形成的六个原子结合在同一个平面上，称为肽键平面或肽单元。(1)肽单元，因为-碳原子和其他原子形成单键，两个相邻的肽键平面可以相对旋转，(2)蛋白质二级结构的主要形式，-螺旋-折叠-折叠-无规卷曲，1。-螺旋：-螺旋是由多肽链的主链原子沿中心轴缠绕形成的规则螺旋构象。其结构特征如下：(1)它是一个右旋螺旋，侧链延伸到螺旋的外侧；(2)螺旋每圈含有3.6个氨基酸残基，螺距为0.54纳米；螺旋由氢键

10、(氨基酸的氮-氢和相邻第四个氨基酸的羰基氧碳=氧之间)维持。氢键方向基本上平行于螺旋轴)。折叠是由多个肽段或肽链排列而成的扇形层状构象，折叠包括平行和反平行两种类型，具有结构特征：(1)由多个肽段或肽链平行或反平行排列而成的层状结构；主链骨架呈之字形延伸；涉及的肽短，一般为5 10个氨基酸残基；(4)通过相邻主链之间的氢键维持。3。-转角是由多肽链180的折叠部分形成的二级结构，随机卷曲用于解释没有明确规则性的肽链的结构。在许多蛋白质分子中，可以发现两个或三个具有二级结构的肽段，它们在空间上相互靠近形成一种特殊的空间构象，称为基序，它结合钙结合蛋白中的钙离子，螺旋折叠两个His和两个Cys与锌

11、离子结合，螺旋区与DNA结合，锌指当肽链氨基酸残基的侧链适于形成-螺旋或-片时，它将具有相应的二级结构。蛋白质的三级结构和整个肽链中所有氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间中的排列位置。(1)定义：肌红蛋白(Mb)是一种具有153个氨基酸和8个螺旋区的单肽蛋白质。三级结构是蛋白质结构的基础。对于具有单一多肽链的蛋白质，三级结构是其最高级结构。只有具有完整的三级结构，它才能具有所有的生物功能。(2)结构域，大分子蛋白质的三级结构通常可分为一个或几个球，或(3)伴侣，其可通过提供保护性环境来加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。*可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合，然后释放它，因此

12、重复可以防止错误聚集并使肽链正确折叠。*可以与不正确聚集的肽片段结合以解聚它们，然后诱导它们正确折叠。二硫键的正确形成在蛋白质分子的折叠过程中起着重要的作用。伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用；5.蛋白质的四级结构和亚单位有些蛋白质分子含有两条或多条多肽链，每条多肽链都有一个完整的三级结构，称为蛋白质的亚单位。胰岛素受体由四个亚单位(22)组成，亚单位和亚单位形成一个单体，两个单体形成一个二聚体。亚基之间的结合力主要是疏水的，其次是氢键和离子键。蛋白质分子中亚基的空间排列以及亚基接触位点的布局和相互作用被称为蛋白质的四级结构。血红蛋白的四元结构，血红蛋白的四个亚基紧密结合，亚基之间的维持键是亚基之间

13、的八个盐键。蛋白质的结构与功能的关系，第3节，(1)一级结构是空间构象的基础，(1)蛋白质的一级结构与功能的关系，自然状态，它具有催化活性，尿素、-巯基乙醇、尿素和-巯基乙醇被除去，并且它是未折叠的和无活性的。从细胞色素C的一级结构来看，生物在生物进化过程中的距离越近，细胞色素的一级结构越相似，具有相似一级结构的多肽或蛋白质的空间构象和功能也越相似。一级结构与功能的关系，如镰状细胞性贫血、中性粒细胞球蛋白前体球蛋白c (146)、HBS 肽链、糖化血红蛋白肽链、中性粒细胞球蛋白前体球蛋白C(146)，血红蛋白的亲水性因单个氨基酸的变化而明显降低，导致聚集，使红细胞呈镰状。重要蛋白质的氨基酸序列

14、变化会导致疾病。第二，蛋白质的空间结构和功能之间的关系，肌红蛋白Mb、血红蛋白Hb、Hb可以像Mb一样可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合血红蛋白。含氧血红蛋白在总血红蛋白中的百分比(称为饱和度百分比)随着O2浓度的变化而变化。(2)血红蛋白的构象变化以及肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线，*协同作用，一种寡聚体蛋白的一个亚基能影响另一个寡聚体亚基与其配体的结合能力的现象称为协同作用。如果是促进，就叫积极合作；如果是抑制，就叫消极合作。血红蛋白的四个亚单位紧密结合，亚单位之间的维持键是亚单位之间的八个盐键。当Hb不与O2结合时，Fe2位于卟啉环平面之外。与F8His连接，当第一个O2与Fe2结合时，它被拉入平面，这导致F