1、一、蛋白質(zhì)通論一、蛋白質(zhì)通論（一）蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類（一）蛋白質(zhì)的化學(xué)組成和分類n 蛋白質(zhì)的元素組成：碳（蛋白質(zhì)的元素組成：碳（50%）、氫（）、氫（7%）、）、 氧（氧（23%）、氮（）、氮（16%）、硫（）、硫（03%）按分子形狀分按分子形狀分按組成分按組成分按溶解度分（按溶解度分（見見P158表表4-1）n糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。糖蛋白：由簡單蛋白與糖類物質(zhì)組成。如細胞如細胞膜中的糖蛋白等。膜中的糖蛋白等。n脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成。脂蛋白：由簡單蛋白與脂類結(jié)合而成。含三酰含三酰甘油、膽固醇、磷脂。如血清甘油、膽固醇、磷脂。如血清 - -， - -脂蛋白等。脂蛋白等

2、。n核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。核蛋白：由簡單蛋白與核酸結(jié)合而成。如細胞如細胞核中的核糖核蛋白等。核中的核糖核蛋白等。n色蛋白：由簡單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。色蛋白：由簡單蛋白與色素物質(zhì)結(jié)合而成。如如血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞色素等。血紅蛋白、葉綠蛋白和細胞色素等。n磷蛋白：由簡單蛋白質(zhì)和磷酸組成。磷蛋白：由簡單蛋白質(zhì)和磷酸組成。如胃蛋白如胃蛋白酶、酪蛋白、角蛋白、彈性蛋白等。酶、酪蛋白、角蛋白、彈性蛋白等。在多肽鏈在多肽鏈中，氨基中，氨基酸殘基按酸殘基按一定的順一定的順序排列，序排列，這種排列這種排列順序稱為順序稱為氨基酸順氨基酸順序序。CCNCCNCCNCCNCC H2C HC H2C

3、 H2C H2C O O-O HC O2HC H2C O N H2O HC H3H3N+OOOOHHHHHHHHHSerValTyrAspGlnC H3N-端C-端肽鍵 肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)及命名肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)及命名主干鏈：主干鏈：N-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C-N-C-C絲氨酰絲氨酰- -甘氨酰甘氨酰- -酪氨酰酪氨酰- -甘氨酰甘氨酰- -亮氨酸（五肽）亮氨酸（五肽）肽鍵的特點是氮肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子原子上的孤對電子與羰基具有明顯的與羰基具有明顯的共振相互作用。共振相互作用。組成肽鍵的原子組成肽鍵的原子處于處于同一平面同一平面。肽鍵具有肽鍵具有部分雙部分雙鍵性質(zhì)鍵性質(zhì)，

4、不能自由，不能自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)。在大多數(shù)情況下，在大多數(shù)情況下，以以反式結(jié)構(gòu)反式結(jié)構(gòu)存在。存在。Phi=0, psi=0n從從C沿鍵軸方向觀察沿鍵軸方向觀察n順時針旋轉(zhuǎn)的順時針旋轉(zhuǎn)的和和角度為正值（角度為正值（+ +）n逆時針旋轉(zhuǎn)的為負值逆時針旋轉(zhuǎn)的為負值（）不可能的空間構(gòu)象不可能的空間構(gòu)象在生物體中，多肽最重要的存在形式是在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為作為 蛋白質(zhì)的亞單位蛋白質(zhì)的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離 狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱為能，常稱為活性肽活性肽。如：腦啡肽

5、；激素類多肽；抗生素類多肽；如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽； 谷胱甘肽；蛇毒多肽等。谷胱甘肽；蛇毒多肽等。（四）重要的天然多肽（四）重要的天然多肽 +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-腦啡肽腦啡肽 Leu-腦啡肽腦啡肽C y sT y rIL eG lnA s nC y sP r oL e uG lyN H2SS牛 催 產(chǎn) 素C y sT y rG lnA s nC y sP r oSSP h eA r gG lyN H2牛 加 壓 素谷胱甘肽谷胱甘肽NHCOCH2NHCOCHNHCOCH3CHC

6、HOHCH2OHCHHNCNHCHCNHCH2CCOCHNHHOCH2NHNHCHCHCH3CH2CH3COOOOCH2CH2SOOH鵝膏覃堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)三、三、 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（一）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（Primary structure）蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)鏈內(nèi)二硫鍵鏈間二硫鍵 蛋白質(zhì)氨基酸順序的測定是蛋白質(zhì)化學(xué)研蛋白質(zhì)氨基酸順序的測定是蛋白質(zhì)化學(xué)研究的基礎(chǔ)。自從究的基礎(chǔ)。自從1953年年F.Sanger測定了胰島素測定了胰島素的一級結(jié)構(gòu)以來，現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白的一級結(jié)構(gòu)以來，現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)被測定。質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)被測定。多

7、肽鏈的拆分：多肽鏈的拆分：由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)由多條多肽鏈組成的蛋白質(zhì)分子，必須先進行拆分。幾條多肽鏈借助非共分子，必須先進行拆分。幾條多肽鏈借助非共價鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質(zhì)，如，血紅價鍵連接在一起，稱為寡聚蛋白質(zhì)，如，血紅蛋白為四聚體，烯醇化酶為二聚體；可用蛋白為四聚體，烯醇化酶為二聚體；可用8mol/L尿素或尿素或6mol/L鹽酸胍處理，即可分開多鹽酸胍處理，即可分開多肽鏈肽鏈(亞基亞基)。測定每條多肽鏈的氨基酸組成，并計算測定每條多肽鏈的氨基酸組成，并計算出氨基酸成分的分子比；出氨基酸成分的分子比；分析多肽鏈的分析多肽鏈的N-末端和末端和C-末端末端 末端氨基酸的測定：多肽鏈端

8、基氨基末端氨基酸的測定：多肽鏈端基氨基酸分為兩類，酸分為兩類，N-端氨基酸和端氨基酸和C-端氨基酸端氨基酸。在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。端氨基酸分析法。末端氨基酸測定的主要方法有：末端氨基酸測定的主要方法有：苯異硫氰酸苯異硫氰酸N(CH3)2SO2ClH2NCHCROHNCHCROSO2N(CH3)2+水解N(CH3)2SO2HNCHCROOH+氨基酸丹磺酰氯多肽N-端丹磺酰N-端氨基酸丹磺酰氨基酸丹磺酰氯法丹磺酰氯法熒光C. 肼解法：肼解法：此法是多肽鏈此法是多肽鏈C-端氨基酸分析法端氨基酸分析法。多。多肽與肼在無水條件下加熱，肽與

9、肼在無水條件下加熱，C-端端氨基酸即從肽氨基酸即從肽鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。鏈上解離出來，其余的氨基酸則變成肼化物。肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而肼化物能夠與苯甲醛縮合成不溶于水的物質(zhì)而與與C-端氨基酸分離。端氨基酸分離。H2NCHCROHNCHCROORnCCHHNOHn-1N-端氨基酸 C-端氨基酸ORnCCHH2NOHH2NCHCRONHNH2+H+NH2NH2氨基酸酰肼C-端氨基酸氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的能從多肽鏈的N-端逐個的向里水解。根端逐個的向里水解。根據(jù)據(jù)不不同的反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出的氨基酸同的反應(yīng)時間測出

10、酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，按反應(yīng)時間和氨基酸殘基釋放種類和數(shù)量，按反應(yīng)時間和氨基酸殘基釋放量作動力學(xué)曲線，從而知道蛋白質(zhì)的量作動力學(xué)曲線，從而知道蛋白質(zhì)的N-末端末端殘基順序。殘基順序。最常用的氨肽酶是最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶亮氨酸氨肽酶，水解以亮，水解以亮氨酸殘基為氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。末端的肽鍵速度最大。E. 羧肽酶法羧肽酶法：羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它羧肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的能從多肽鏈的C-端逐個的水解。端逐個的水解。根根據(jù)據(jù)不同的反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出的不同的反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出的氨基酸種類和數(shù)量，從而知道蛋白質(zhì)的氨基酸種類和數(shù)量，從而知

11、道蛋白質(zhì)的C-末末端殘基順序。端殘基順序。目前常用的羧肽酶有四種：目前常用的羧肽酶有四種：A，B，C和和Y；A和和B來自胰臟；來自胰臟；C來自柑桔葉；來自柑桔葉；Y來自面包酵來自面包酵母。羧肽酶母。羧肽酶A能水解除能水解除Pro，Arg和和Lys以外的以外的所有所有C-末端氨基酸殘基；末端氨基酸殘基；B只能水解只能水解Arg和和Lys為為C-末端殘基的肽鍵。末端殘基的肽鍵。多肽鏈斷裂成多個肽段多肽鏈斷裂成多個肽段，可采用兩種或，可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。開來。 多肽選

12、擇性降解的方法有：多肽選擇性降解的方法有：溴化氰水解法，溴化氰水解法，它能選擇性地切割由它能選擇性地切割由甲硫氨酸的甲硫氨酸的羧基羧基所形成的肽鍵所形成的肽鍵。溴化氰基锍溴化氰基锍甲基硫氰酸甲基硫氰酸CH3S：CH2CH2CHNHCNH CH COOR+BrC+NBr-CH3S+CH2CH2CHNHCNH CH COORCNCH3SCNCH2CHNHCNH CH COORCH2+H2O+CH2CHNHCOCH2OH3N+CH COR高絲氨酸內(nèi)酯Br-Br-hydrolyzeseparatea 鹽鍵鹽鍵 b 氫鍵氫鍵 c 疏水相互作用疏水相互作用 d 范德華力范德華力 e 二硫鍵二硫鍵n蛋白質(zhì)的

13、二級（蛋白質(zhì)的二級（Secondary）結(jié)構(gòu)是）結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的排列指肽鏈的主鏈在空間的排列, ,或規(guī)則或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵成的氫鍵。n主要有主要有 -螺旋、螺旋、 -折疊、折疊、 -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角?！癋or his research into the nature of the chemical bond and its application to the elucidation of the structure of complex substances”lLinus C

14、arl Pauling （February 28, 1901 August 19, 1994）was an American chemist, peace activist, author, and educator. He was one of the most influential chemists in history and ranks among the most important scientists in any field of the 20th century.Pauling was among the first scientists to work in the fi

15、elds of quantum chemistry and of molecular biology.Linus Pauling（aged 93）lHe is one of only four individuals to have won multiple Nobel Prizes. He is one of only two people awarded two Nobel Prizes in different fields （the Chemistry and Peace prizes）, and the only person awarded two unshared prizes.

16、 在在 -螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定螺旋中肽平面的鍵長和鍵角一定,肽鍵的原子排列呈肽鍵的原子排列呈反式構(gòu)型反式構(gòu)型, 相鄰的肽平相鄰的肽平面構(gòu)成面構(gòu)成兩面角兩面角。多肽鏈中的多肽鏈中的各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，各個肽平面圍繞同一軸旋轉(zhuǎn)，形成螺旋結(jié)構(gòu)形成螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋一周，沿軸上升的，螺旋一周，沿軸上升的距離即螺距為距離即螺距為0.54nm，含，含3.6個氨基酸殘個氨基酸殘基；兩個氨基酸之間的距離基；兩個氨基酸之間的距離0.15nm。Pitch of the Helix0.15nm0.54nmTranslationRotation of 100 degreePitch（螺距螺距）(3.6 re

17、sidues/turn) (a rise of 0.15nm along the helix axis/residue) = 0.54nm肽鏈內(nèi)形成肽鏈內(nèi)形成氫鍵氫鍵，氫鍵的取向幾乎與氫鍵的取向幾乎與軸平行，從軸平行，從N-末端末端出發(fā)，由每個肽基出發(fā)，由每個肽基的的-CO基基與與其后其后第第3個個肽基（或第肽基（或第4個個氨基酸殘基氨基酸殘基）的的-NH基基形成氫鍵。形成氫鍵。Hydrogen-bonding scheme for anhelix. In the helix, the CO group of residue n forms a hydrogen bond with the N

18、H group of residue n + 4.Hydrogen Bonding in Helices螺旋一周，沿螺旋一周，沿軸上升的距離軸上升的距離即螺距為即螺距為0.54nm，含，含3.6個氨基酸個氨基酸殘基。殘基。 -螺旋螺旋羧基端羧基端的后的后3個肽鍵內(nèi)個肽鍵內(nèi)C=O不能形成不能形成螺旋氫鍵螺旋氫鍵螺旋的氫鍵連接發(fā)螺旋的氫鍵連接發(fā)生在生在C=O和和NH之間之間第第n個殘基個殘基（第（第n個肽鍵）個肽鍵）第第n+4個殘基個殘基（第（第n+3個肽鍵）個肽鍵）氨基端氨基端的前的前3個肽鍵內(nèi)個肽鍵內(nèi)NH不能形成不能形成螺旋氫鍵螺旋氫鍵蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子為右分子為右手手 -螺旋。螺旋。 影響影響

19、螺旋形成的因素：螺旋形成的因素：一條肽鏈能否形成一條肽鏈能否形成螺旋，以及形成螺旋，以及形成的螺旋是否穩(wěn)定，與它的氨基酸組成和的螺旋是否穩(wěn)定，與它的氨基酸組成和序列有極大的關(guān)系。序列有極大的關(guān)系。R基大（如基大（如Ile）不易形成）不易形成螺旋，脯螺旋，脯氨酸中止氨酸中止螺旋。螺旋。R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于基較小，且不帶電荷的氨基酸利于螺旋的形成。如多聚丙氨酸在螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自發(fā)卷曲成的水溶液中自發(fā)卷曲成螺旋。螺旋。 （二）（二） -折疊折疊（-pleated sheet）n -折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通

20、過鏈間的氫鍵交聯(lián)而肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。在在 -折疊中，折疊中， -碳原子總是處于折疊的碳原子總是處于折疊的角上，氨基酸的角上，氨基酸的R基團處于折疊的棱角基團處于折疊的棱角上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸上并與棱角垂直，兩個氨基酸之間的軸心距為心距為0.35nm。 -折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)分之間形成。幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。氫鍵的交

21、聯(lián)，氫鍵與鏈的長軸接近垂直。The CO group of residue i of the polypeptide chain is hydrogen bonded to the NH group of residue i + 3 to stabilize the turn. -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角1800 （ -turn） 甘氨酸和脯甘氨酸和脯氨酸最易引氨酸最易引起起180轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角氨基酸氨基酸2和和3之肽鍵可自由的與水形成氫鍵之肽鍵可自由的與水形成氫鍵n泛指那些不能被歸入明確的二級結(jié)構(gòu)的多肽區(qū)泛指那些不能被歸入明確的二級結(jié)構(gòu)的多肽區(qū)段。段。n無固定的走向，但也不是任意變動的，它的無固定的走向，但也不是

22、任意變動的，它的2個二面角（個二面角（,）有個變化范圍。）有個變化范圍。n從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上看從結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性上看-右手螺旋右手螺旋-折疊折疊 U型回折型回折 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲n從功能上看正好相反，酶與蛋白質(zhì)的活性中心從功能上看正好相反，酶與蛋白質(zhì)的活性中心通常由無規(guī)卷曲充當，通常由無規(guī)卷曲充當，-右手螺旋和右手螺旋和-折疊折疊一般只起支持作用。一般只起支持作用。五、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域五、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域 （一）（一） 超二級結(jié)構(gòu)（超二級結(jié)構(gòu)（super-secondary structure）n在蛋白質(zhì)分子中，在蛋白質(zhì)分子中，由若干相鄰的二級結(jié)由若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，

23、形構(gòu)單元組合在一起，彼此相互作用，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級結(jié)成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體。構(gòu)組合體。幾種類型的超二級結(jié)構(gòu)：幾種類型的超二級結(jié)構(gòu)： ；。n超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級結(jié)構(gòu)，超二級結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)層次上高于二級結(jié)構(gòu)，但沒有聚集成具有功能的結(jié)構(gòu)域。但沒有聚集成具有功能的結(jié)構(gòu)域。- Loop CornerTypical connections in an all-motifProtein domains. The cell-surface protein CD4 consists of four similar domains.Repeated usage of a

24、 pattern由超二級結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)域由超二級結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域是指由二級結(jié)構(gòu)組合形是指由二級結(jié)構(gòu)組合形成的局部折疊區(qū)域。成的局部折疊區(qū)域。球狀蛋白質(zhì)的獨立折疊單位，球狀蛋白質(zhì)的獨立折疊單位，通常也是蛋白質(zhì)的功能單位（功通常也是蛋白質(zhì)的功能單位（功能域）能域）小的單體蛋白只有一個結(jié)構(gòu)域小的單體蛋白只有一個結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域=三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)大的單體蛋白有數(shù)個結(jié)構(gòu)域大的單體蛋白有數(shù)個結(jié)構(gòu)域丙酮酸激酶丙酮酸激酶n結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。酶的活性中心往往位于兩個結(jié)構(gòu)域的界面上。心往往位于兩個結(jié)構(gòu)域的界面上。n結(jié)構(gòu)域之間由結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)鉸鏈區(qū)”相連，使分子構(gòu)相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性象有一定的柔性，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對運動，使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定的生物功能。運動，使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定的生物功能。n在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進行相對獨立的運動，水解出來后仍能維進行相對獨立的運動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性。持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性。 結(jié)構(gòu)域與功能域的關(guān)系結(jié)構(gòu)域與功能域的關(guān)系結(jié)