1、第一篇第一篇生物分子結(jié)構(gòu)與功能生物分子結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章第一章Structure and Function of Protein2022-5-33u什么是蛋白質(zhì)什么是蛋白質(zhì)? ?蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨基酸是由許多氨基酸(amino acids)通過(guò)肽鍵通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連形成的高分子含氮化合物。相連形成的高分子含氮化合物。2022-5-34n蛋白質(zhì)研究的歷史蛋白質(zhì)研究的歷史18331833年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。186418

2、64年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。1919世紀(jì)末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成世紀(jì)末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成了多種短肽。了多種短肽。2020世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)；完成胰島世紀(jì)初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)；完成胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定。素一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定。2022-5-352020世紀(jì)中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，世紀(jì)中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，促進(jìn)了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；促進(jìn)了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；19621962年，確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。年，確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究的年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究的展

3、開(kāi)。展開(kāi)。2022-5-36n蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的占人體干重的4545，某些組織含量更高，例如，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達(dá)脾、肺及橫紋肌等高達(dá)8080。1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分2022-5-37作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和

4、存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持作用運(yùn)動(dòng)與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞參與細(xì)胞間信息傳遞2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3. 氧化供能氧化供能蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第一節(jié)第一節(jié)2022-5-39n組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘碘 。2022-5-310 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平

5、均為16。 由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以此，只要測(cè)定生物樣品中的含氮量，就可以根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：根據(jù)以下公式推算出蛋白質(zhì)的大致含量：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量克樣品中蛋白質(zhì)的含量 (g %)= 每克樣品含氮克數(shù)每克樣品含氮克數(shù) 6.251001/16%n蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)2022-5-311三聚氰胺2022-5-312一、組成人體蛋白質(zhì)的一、組成人體蛋白質(zhì)的20種種L- -氨基酸氨基酸 存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余種，余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸

6、僅有但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有2020種，種，且均屬且均屬 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。2022-5-313H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H2022-5-314根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)：根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)：非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸的二、氨基酸的分類分類2022-5-315( (一一) ) 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸2022-5-316( (二二) ) 極性中性氨基酸極性中性氨基酸2022-5-317( (三三) ) 芳

7、香族氨基酸芳香族氨基酸2022-5-318( (四四) ) 酸性氨基酸酸性氨基酸2022-5-319( (五五) ) 堿性氨基酸堿性氨基酸n幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH22022-5-320 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH

8、2-CH-COO-+NH32022-5-3212022-5-322三、三、20種氨基酸的理化性質(zhì)種氨基酸的理化性質(zhì)n兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。處溶液的酸堿度。 等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的中性。此時(shí)溶液的pH值值稱為該氨基酸的稱為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)（一）氨基

9、酸具有兩性解離的性質(zhì)pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+2022-5-323（二）氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)（二）氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分的光

10、吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。的快速簡(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收2022-5-3242022-5-325（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)藍(lán)紫色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm處。處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。茚三酮反應(yīng)CCCOOOHOH+CCCOOHHO+2NH3CCCOONH4NOOCCC+3H2OC

11、CCOOOHOH+CCCOOOHHH2NCHCOOHRRCHONH3CO2+水合茚三酮 還原茚三酮 藍(lán)色物質(zhì)2022-5-3262022-5-327四、氨四、氨基基酸酸通過(guò)肽鍵連接形成蛋白質(zhì)通過(guò)肽鍵連接形成蛋白質(zhì)肽鍵肽鍵( (peptide bond) )是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸的 - -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的 - -氨基脫水縮合而形成氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。的化學(xué)鍵。（一）（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽 (peptide)NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-

12、HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO2022-5-3282022-5-329肽鍵中羰基與亞氨基成反式結(jié)構(gòu)羰基氧帶有部分負(fù)電荷，亞氨基氮帶有部分正電荷，形成一個(gè)偶極子。 實(shí)際上，在蛋白質(zhì)中，所有的肽鍵都是以反式構(gòu)型存在的。2022-5-330肽肽是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化是由氨基酸通過(guò)肽鍵縮合而形成的化合物。合物。兩分子氨基酸縮合形成兩分子氨基酸縮合形成二肽二肽，三分子氨基，三分子氨基酸縮合則形成酸縮合則形成三肽三肽肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為不全，

13、被稱為氨基酸殘基氨基酸殘基(residue)。由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱稱多肽多肽(polypeptide)。2022-5-331N 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-羧基羧基的一端的一端n多肽鏈有兩端：多肽鏈有兩端：多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)?；嶂g以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。2022-5-332多肽鏈具有方向性，

14、因?yàn)樗臉?gòu)成單位具有不同的末端，多肽鏈具有方向性，因?yàn)樗臉?gòu)成單位具有不同的末端，即即- -氨基和氨基和- -羧基。根據(jù)常規(guī)，以羧基。根據(jù)常規(guī)，以氨基端（氨基端（N端）作為端）作為一條一條肽鏈的肽鏈的起點(diǎn)。一條肽鏈中的氨基酸的順序，在書(shū)寫(xiě)時(shí)，應(yīng)起點(diǎn)。一條肽鏈中的氨基酸的順序，在書(shū)寫(xiě)時(shí)，應(yīng)從氨基端從氨基端(N端）殘基開(kāi)始。端）殘基開(kāi)始。N末端C末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶2022-5-333 蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通多肽。一般而論，蛋白

15、質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通常在常在50個(gè)以上，個(gè)以上，50個(gè)氨基酸殘基以下則仍稱個(gè)氨基酸殘基以下則仍稱為多肽。為多肽。（二）（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)2022-5-335GSH過(guò)氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶NADPH+H+ NADP+ nGSH與與GSSG間的轉(zhuǎn)換間的轉(zhuǎn)換 2022-5-336 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽 神經(jīng)肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經(jīng)肽多肽類激素及神經(jīng)肽2022-5-337蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular St

16、ructure of Protein 第二節(jié)第二節(jié)2022-5-339n蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括: 高級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)2022-5-340定義定義:蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子從蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)分子從N-端至端至C-端的端的氨基酸排列順序氨基酸排列順序。一、一、氨基酸的排列順序決定蛋白氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵

17、:肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)，的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。2022-5-342二、二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu)指蛋指蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。 定義定義: : 主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵

18、 2022-5-343（一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上個(gè)原子在同一平面上參與肽鍵的參與肽鍵的6個(gè)原子個(gè)原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，位于同一平面，C 1和和C 2在平面上所處的位在平面上所處的位置為反式置為反式(trans)構(gòu)型，此同一平面上的構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子個(gè)原子構(gòu)成了所謂的構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。2022-5-3462022-5-347 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil

19、) （二）（二）-螺螺旋是旋是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu) - -螺旋螺旋2022-5-349-螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)螺旋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺多肽鏈中的各個(gè)肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為0.54nm,0.54nm,含含3.63.6個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的個(gè)氨基酸殘基；兩個(gè)氨基酸之間的距離為距離為0.15nm;0.15nm; 肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第肽鏈內(nèi)形成氫鍵，氫鍵的取向幾乎與軸平行，第一個(gè)氨基酸殘基的酰胺基團(tuán)的一個(gè)氨基酸殘

20、基的酰胺基團(tuán)的-CO-CO基與第四個(gè)氨基基與第四個(gè)氨基酸殘基酰胺基團(tuán)的酸殘基酰胺基團(tuán)的- -NHNH基形成氫鍵?；纬蓺滏I。 蛋白質(zhì)分子為右手螺旋。蛋白質(zhì)分子為右手螺旋。2022-5-350（三）（三） - -折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)2022-5-352- -折疊片層（或簡(jiǎn)稱折疊片層（或簡(jiǎn)稱- -折疊折疊；-pleated sheet-pleated sheet）多肽鏈充分伸展，每個(gè)肽單元以多肽鏈充分伸展，每個(gè)肽單元以C C為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)，氨基酸殘基側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下方。齒狀結(jié)構(gòu)，氨基酸殘基側(cè)鏈交替地位于鋸齒狀結(jié)構(gòu)的上下

21、方。兩條以上肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽段的鋸齒狀結(jié)構(gòu)可平行排兩條以上肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的若干肽段的鋸齒狀結(jié)構(gòu)可平行排列，其走向可相同也可相反，并通過(guò)鏈間的氫鍵穩(wěn)固列，其走向可相同也可相反，并通過(guò)鏈間的氫鍵穩(wěn)固各自的各自的 - 折折 疊結(jié)疊結(jié)構(gòu)構(gòu)。2022-5-353平行2022-5-354反向平行（四）（四） - -轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角2022-5-356- - 轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（-turn-turn；-bend )-bend ) - - 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角通常由四個(gè)氨基酸組成，其通常由四個(gè)氨基酸組成，其第一個(gè)氨基酸的羰基與第四個(gè)氨基酸的亞第一個(gè)

22、氨基酸的羰基與第四個(gè)氨基酸的亞氨基形成氫鍵。第二個(gè)殘基常為脯氨酸，氨基形成氫鍵。第二個(gè)殘基常為脯氨酸，其他常見(jiàn)的殘基有甘氨酸、天冬氨酸、天其他常見(jiàn)的殘基有甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸。冬酰胺和色氨酸。2022-5-3572022-5-358無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。2022-5-359（五（五）二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的模體）二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的模體在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成

23、一個(gè)個(gè)有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱為有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式有3 3種：種：， 。2022-5-3602022-5-361蛋白質(zhì)分子中具有特定空間構(gòu)象和特定蛋白質(zhì)分子中具有特定空間構(gòu)象和特定功能的結(jié)構(gòu)成分功能的結(jié)構(gòu)成分稱稱為為模體模體(motif) 。其中一類。其中一類就是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。就是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)2022-5-363三、三、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 Van der Waals力等。力

24、等。n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。（一）定義（一）定義2022-5-365 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端 C端2022-5-366n肌紅蛋白肌紅蛋白( (myoglobin，Mb) ) 纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)的獨(dú)立功能區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)常可折疊成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密的區(qū)域，并各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域密的區(qū)域，并各行

25、其功能，稱為結(jié)構(gòu)域 ( (domain) ) 。2022-5-368 大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100100至至200200個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出常分解出獨(dú)立獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。不改變，并保持其功能。 超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。 因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。有較為獨(dú)立的三維

26、空間結(jié)構(gòu)。 3-磷酸甘油醛脫氫酶亞基的結(jié)構(gòu)示意圖 2022-5-370亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、四、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的四級(jí)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。許多功能性許多功能性蛋蛋白質(zhì)分子含白質(zhì)分子含有兩條或兩條以有兩條或兩條以上多上多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的稱為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)。亞基與亞基之間。亞基與亞基之間呈特定的三維空間排布

27、，并以非共價(jià)鍵相連。呈特定的三維空間排布，并以非共價(jià)鍵相連。2022-5-371由由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為結(jié)構(gòu)相同，稱之為同二聚體同二聚體(homodimer)，若亞基分子，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二聚體異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)2022-5-372五、蛋白質(zhì)的分類五、蛋白質(zhì)的分類n根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) = = 蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分n根據(jù)蛋白質(zhì)形狀根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:纖維狀蛋白質(zhì)

28、纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein第三節(jié)第三節(jié)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性 尿素、尿素、 -巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性2022-5-376（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能胰島素胰島素氨基酸殘

29、基序號(hào)(?)A5A6A10A30人人ThrSerIleThr豬豬ThrSerIleAla狗狗ThrSerIleAla兔兔ThrGlyIleSer牛牛AlaGlyValAla羊羊AlaSerValAla馬馬ThrSerIleAla（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息一些廣泛存在于生一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素素(cytochrome C)，比較，比較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間的幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。關(guān)系。 2022-5-378（四）蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-va

30、l his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽鏈HbA 肽 鏈N-val his leu thr pro val glu C(146) 這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為稱為“分子病分子病”。2022-5-3792022-5-380n肌紅蛋白肌紅蛋白/ /血紅蛋白血紅蛋白含有血紅素輔基含有血紅素輔基血紅素結(jié)構(gòu)血紅素結(jié)構(gòu) 二、二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似2022-5-3812022-5-3822022-5-3832022-5-384n肌紅蛋白肌紅蛋白( (

31、myoglobin，Mb) ) 2022-5-3852022-5-386n肌紅蛋白(myoglobin，Mb) 肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8段-螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。 2022-5-387n血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，每個(gè)亞基可結(jié)合1個(gè)血紅素并攜帶1分子氧。Hb亞基之間通過(guò)8對(duì)鹽鍵，使4個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。 脫氧脫氧Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵

32、2022-5-389HbHb與與MbMb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O O2 2結(jié)合，結(jié)合， HbHb與與O O2 2結(jié)合后稱為結(jié)合后稱為氧合氧合HbHb。氧合。氧合HbHb占總占總HbHb的百分?jǐn)?shù)的百分?jǐn)?shù)（稱（稱百分飽和度百分飽和度）隨）隨O O2 2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線2022-5-391n協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)( (cooperativity) )一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，

33、能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 如果是促進(jìn)作用則稱為如果是促進(jìn)作用則稱為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) ( (positive cooperativity) )如果是抑制作用則稱為如果是抑制作用則稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)( (negative cooperativity) )血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)血紅素與氧結(jié)合后，鐵原子半徑變小，就能進(jìn)入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動(dòng)。2022-5-394n別別構(gòu)構(gòu)效應(yīng)效應(yīng)(allosteric eff

34、ect)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的改變伴隨其功能的變化，稱的變化，稱為為別別構(gòu)構(gòu)效應(yīng)效應(yīng)。2022-5-395（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變（三）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾病：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生：若蛋白質(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。致疾病發(fā)生。2022-5-396蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解白質(zhì)錯(cuò)誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋

35、白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)酶的淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。為蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、老：人紋狀體脊髓變性病、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。2022-5-397瘋牛病是由朊病毒蛋白瘋牛病是由朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為為

36、-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。PrPc-螺旋PrPsc-折疊正常瘋牛病n瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)The Physical and Chemical Characters of Protein2022-5-399一、一、蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)具有兩性電離的性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。 當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶

37、液處于某一當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)解離成時(shí)，蛋白質(zhì)解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。n蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)( isoelectric point, pI)2022-5-3100二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)二、蛋白質(zhì)具有膠體性質(zhì)蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬(wàn)至萬(wàn)至100萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)1100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。為膠粒范圍之內(nèi)。 顆粒表面電荷顆粒表面電荷 水化膜水化膜n蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素:2022-5-3101+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜+帶正電荷的蛋白質(zhì)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質(zhì)的聚沉溶液中蛋白質(zhì)的聚沉2022-5-3102三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性三、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)破壞而引起變性在某些物理和化學(xué)因素作用下在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)特，蛋白質(zhì)特定的空間構(gòu)象被破壞，