Biochemistry

andMolecularBiologyThehistory（200）

ofBiochemistrydevelopmentNarrativeBiochemistrystage（Beforetheendofthe19thcentury）Inorganics,organicsweresynthesizedtoformLife,urea1828NCONH4△H2NCONH2Combustiontheory,Metabolismistheessenceoflife,Oxidationmaintainlifeprocesses.Cellisbasicstructureunitoflivingbody,allreactionincell,placeThechemicalnatureofenzymewasprotein,1833,Amylase,PepsasehavefunctioninvitroHemoglobingivenbloodred,1864，Hemoglobinwasisolatedfrombloodandcrystalzed,MbDynamicbiochemistrystage

（Themiddleof20thcentury)Glycolysis(6-Cglucose—13—3-Clacticacid)innoO2TCA，1937,Acetly-Co-A-2C-TCACO2NADHOXPHOSATPH2OinO2.Lipids,AAgoTCAMetabolismandenergymetabolism,anabolismandcatabolismMolecularbiologystage(Latterhalfofthe20thcentury)1951

Paulingα-helix;1953

Watson,CrickproposedthatDNAisadoublehelixbyX-ray,openMolecularbiologysubject.FromfeaturofMolecularstructureexplainthephenomenaoflife1958,Crick,confirmeddirectionofstreamforGeneinformation,Centraldogma1968,CDMBandanti-directionofstreamfromRNA-DNAbyreversetranscriptaseSetupthetheoreticalsystemofMolecularbiologWhatisBiochemistry(ChemistryofLife)Toexplain:Basiclifescienceofstudychemicalmolecularandreactioninorganism(invivo)

1.Structureandfunctionsofbiomolecules

2.Metabolism

(Chemicalreactions)

ofmatterandregulation

3.GeneticinformationtransferandcontrolAtmolecularleveltoexplainthemechanismsandlawoflivingprocesses

Thetransitionofmatterandenergy

1.Smallmolecules

H2O（60%）

12Bioelements:C、H、N、O（96%)、P、S、Ca、K、Na、Mg、Fe

andCl(inele-table,90innature,20cellbioplasm細(xì)胞原生質(zhì))

traceelement:Mn、I、Co、Cu、Mo、Zn、V、B、Al、Si、F、Se、Sn、Ni

andCr.（2011.2.14GermanLi,lifenama-mode）

carbohydrates(糖類)

lipids(脂類)

aminoacids(氨基酸類)

vitamins(維生素類)andothers2.Biologicalmacromolecules

proteins（16%）（蛋白質(zhì)）(enzyme，酶)

nucleicacids（核酸):DNAandRNApolysaccharides(多糖)

glycoproteins(糖蛋白,糖+蛋白質(zhì))

proteoglycan(蛋白聚糖)

lipoproteins(脂蛋白,脂+蛋白質(zhì))

nucleoproteins(核蛋白,核酸+蛋白質(zhì))Biomoleculesoflivingorganisms

Biochemistrycontents

Proteinstructureandfunction(1)

Enzyme(3)Metabolismofcarbohydrates,lipidsandaminoacids(6,7,9)Biologicaloxidation(8)

MetabolismofNonnutritiveSubstance(11)

MetabolicIntegration®ulation(12)MolecularBiologyisapartofbiochemistryStructureandfunctionsofmacromolecules(nucleicacids,proteins)Relationshipbetweenstructureandfunctionsofnucleicacids,proteins

GeneticinformationtransferandcontrolTransmissionofgene(replication,transcription,expression,Regulation)

Toexplain：Basiclifescienceofstudystructureandfunctionofmacromoleculeaandgene’expressionandrugulationMolecularbiologycontents

Structureandfunctionofnucleicacids(2)Metabolismofnucleotides(10)

GeneandGenomeinEukaryotes(13)DNAbiosynthesis(replication)(14)

DNAdamageandrepair(15)RNA

biosynthesis(transcription)(16)Proteinbiosynthesis(translation)(17)Regulationofgeneexpression(18)Mechanismofcellsignaltransduction(19)Molecularbiologicaltechniques(20)DNArecombinationandtechniques(21)Genestructureandfunctionanalysis

(22)Oncogenesandanti-oncogenes(23)Biochemistry

Th8Teachingmaterial

CorrectionChap1StructureandFunction

ofProteins

Page13牛胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)圖8,9,10蘇絲異亮

丙絲纈Page14(二）倒數(shù)2行ψ

φPage17第1段2行（圖1-12）（圖1-12d）Page22（一）倒數(shù)5行105105Page23表1-2

A5A8

A6A9A30B30A9牛

GlySer羊

SerGly馬SerGly

A5表示A鏈第5位氨基酸，A8表示A鏈第8位氨基酸，

ChapterI

StructureandFunctionofProteins

Thecontents:1.Molecularcompositionofprotein2.Molecularstructureofproteins3.Relationshipofstructureandfunction4.Properties(physicalandchemical)ofproteins5.MethodsofisolationandpurificationofproteinandanalysisofstructureWhatisprotein?Proteinisalongchainmoleculemadeupofaminoacidsjoinedbypeptidebondsformedacomplex,highmolecularweightorganiccompoundthatcontainednitrogen.Historyofproteinstudy1833,Amylaseseparatedfrommalt

andPepsasewastakenfromgastricjuice1864，Hemoglobinwasisolatedandcrystalzed19thend,provedthatproteinismadeupofaminoacids

andsynthesizedmanyshortpeptids20th

early,SecondarystructureofproteinwasfoundandPrimarystructureoftheinsulinwastested。20thmid，manyanalysetechnologyofproteiinweresetup,promotingthedevelopofproteinresearch1962，QuaternarystructureofHbwasconfirmed20th90’，F(xiàn)unctiongenome

andProteome

researchoutspreadSignificanceofproteinboilogyWidedistribution：allorgan,tissueandeachpartofcellcontaintheproteinHighcontent：Proteinisamostabundantorganicmoleculeincell,45%totaldryweight(nowater)ofthebody,certainorganscontainhigherconcentrationssuchasspleen脾,lungandstriatedmuscle橫紋肌,etc.upto80%.1.Proteinisakeypartoforganism器官或組織蛋白質(zhì)含量器官或組織蛋白質(zhì)含量液體組織85心臟60脾臟84肝臟57肺臟82胰臟47橫紋肌80腦神經(jīng)45腎臟72骨骼28消化道63脂肪組織14E.coli：3000Human：10萬以上Organism：1010Asabiologicalcatalyst(enzyme)RoleofmetabolicregulationRoleofimmunizationprotectionMaterialtransportandstorageSportsandsupportingroleInvolvedininformationtransferbetweencells2.

Protein

hasimportantbiologicalfunctions3.Theroleofoxidativeenergysupply生命的基本特征是物質(zhì)代謝，物質(zhì)代謝的全部反應(yīng)都需要酶催化，

兩千種酶決定了代謝類型生物體有精細(xì)而有效物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)維持正常的生命活動(dòng)。參與調(diào)節(jié)的激素是屬于蛋白質(zhì)或多肽類物質(zhì)機(jī)體的免疫功能與抗體有關(guān)，識(shí)別進(jìn)入體內(nèi)的異體物質(zhì)，使機(jī)體具有抵抗病原侵襲的能力體內(nèi)許多小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與貯存由特殊的蛋白質(zhì)來完成。肌肉的收縮與舒張是靠肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白受體是一類蛋白質(zhì)，它接受和傳遞調(diào)節(jié)信息體內(nèi)氧化分解提供的能量417KJ（kcal）/每克蛋白質(zhì)

SectionIMolecularcompositionandconstitution

ofproteinElementcomposition:C(50~55%)

H(6~7%)

O(19~24%)

N(13~19%)16%

S(0~4%)

P,Fe,Cu,Zn,Mn,Co,Mo,Ⅰ

◆Average16%ofnitrogeninproteinsNg/g×6.25×100=proteing/100ginsample16gN/100gprotein

蛋白質(zhì)是體內(nèi)的主要含氮物，測(cè)定生物樣品的含氮量就可推算出蛋白質(zhì)大致含量1/16%C3N6H6M:126.1266%NISO8968,+TCAPr↓

Molecularconstitution:

20th

early，ItwasprovedbyFischer。

20L-α-aminoacids(氨基酸)

exceptglycin

formhumanbodyallproteins（300AAsinnature,20aaareisolatedfromtheproteinhydrolyzate,otherarenotinvolvedinproteincomposition）selenocysteine硒代半胱氨酸,L-α-aminoacidsinRarenaturalproteins,candirectlyparticipateinpeptidesynthesisofindividualproteinswithinthecellisconsideredtobeof21kindsofaminoacidofconstitutionprotein.---basicunitsofproteins(蛋白質(zhì)的基本組成單位)◆Aminoacids(smallmoleculecompounds)arealsoveryimportantfunction,whichdonot

takepartinPr(如D-aa:鳥氨酸,瓜氨酸,β-丙氨酸,同型半胱氨酸等)

參加體內(nèi)尿素合成泛素（一種維生素）成分之一轉(zhuǎn)甲基作用的產(chǎn)物是與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)臨床檢測(cè)指標(biāo)NameThree-letterSymbolOne-letterSymbol1.丙氨酸2.精氨酸3.天冬酰胺4.天冬氨酸5.半胱氨酸6.谷氨酰胺7.谷氨酸8.甘氨酸9.組氨酸10.亮氨酸11.異亮氨酸12.賴氨酸13.蛋氨酸14.苯丙氨酸15.脯氨酸16.絲氨酸17.蘇氨酸18.色氨酸19.酪氨酸20.纈氨酸HGly甘氨酸CH3Ala丙氨酸L-氨基酸的通式RSidechaingroupC+NH3COO-H構(gòu)成蛋白質(zhì)20種氨基酸的核心結(jié)構(gòu)側(cè)鏈?zhǔn)切纬傻鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)和功能多樣性的基礎(chǔ)：折疊，修飾等α1.Typicalstructureofα-aminoacidsSidechaingroup（側(cè)鏈）Allareα-aminoacidsexceptforproline(脯氨酸)Cα:centralchiralcarbonexceptforglycine(R=H)AllareL-aminoacidsexceptforglycine(甘氨酸)

Corestructure：NH2,COOH,H-CαRgroup:variesindifferentaminoacids;Basisfortheformationofproteinstructureandfunctionaldiversity(手性，不對(duì)稱，鏡像)Cα使光向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡像物質(zhì)的碳原子，價(jià)鍵4個(gè)不同的原子或原子團(tuán)?？墒蛊窆庥倚蜃笮龑⒆钚〉脑踊蛟訄F(tuán)置于距觀察者最遠(yuǎn)處；觀察其余三個(gè)原子或原子團(tuán)由大到小的排列方式。順時(shí)針—D（右）逆時(shí)針—L（左）R>COO>NH3α

TypicalstructureofAAs

AllareL-formAAsexceptforglycineαLformR﹥COO﹥NH3Dform某些細(xì)胞產(chǎn)生的抗生素及個(gè)別植物生物堿中CHOHOCHCH2OHL-甘油醛CH2OH﹥CHO﹥HO與左旋的甘油醛結(jié)構(gòu)相同的，L來表示R﹥COO﹥NH3Non-polaraliphaticAAsAromaticAAsPolar、neutralAAsBasicAaspositivechargedRgroupsAcidicAAsnegativechargedRgroups2.Classificationofaminoacids

accordingtoPhysicalandChemicalProperties

polarity（極性）ofRgroup:（Hydrophobic-

waterfearing）（Hydrophilic

）R〉CH3〉H

Theyhavehydrophobicinteraction(lowsolubilityinH2O)(1)Non-polarhydrophobic

aliphaticAAs側(cè)鏈含烴鏈的非極性\疏水性脂肪族氨基酸-碳和-碳都是不對(duì)稱碳有4種可能的立體異構(gòu)體疏水作用HydrophobicinteractionsHydrophobicinteractions：describetherelationsbetweenwaterandhydrophobes(lowwater-solublemolecules).Hydrophobesarenonpolarmoleculesandusuallyhavealongchainofcarbonsthatdonotinteractwithwatermolecules.InteractionsbetweenRgroupsofnon-polarAAs

.疏水相互作用：指非極性氨基酸的側(cè)鏈基團(tuán)間的相互作用.由于排擠極性水分子，使非極性分子聚集在一起，形成一種穩(wěn)定的疏水力,如亮氨酸、纈氨酸等，在水溶液中它們傾向于聚集在一起，以減少與水相互作用的面積Hydrophobicforces

疏水力是一種氫鍵和普通的范德華力的協(xié)同作用,是許多分子間力的集合作用疏水和親水作用,在生物學(xué)中具有重要意義,確定了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。疏水作用決定了一個(gè)事實(shí),在生命機(jī)體中雖然有2/3是水,但生命機(jī)體在水中是不可溶的，由于疏水作用，使機(jī)體比熱增大，維持機(jī)體具有一定體溫。non-polarAAs

(2)Polar,unchargedaminoacids極性中性氨基酸Withoutcharge,withthefunctionalgroupsandcandissolutioninsameconditionHS〉other天冬氨酸（COOH）酰胺化產(chǎn)物谷氨酸的酰胺化產(chǎn)物Pk10.68(3)Aromaticaminoacids芳香族氨基酸側(cè)鏈含芳香基團(tuán)TrpTyr疏水吲哚可解離酚基苯丙氨酸為非極性，疏水強(qiáng)，后2者在一定條件下可解離，亦屬于極性氨基酸酚是個(gè)比較弱的酸，酪氨酸側(cè)鏈的pKa值為10.07Theyhavefunctionalgroupscapableofforminghydrogenbondsuchas–OH,-SHandNH2谷氨酰胺酪天冬酰胺色蛋-甲硫基電負(fù)性強(qiáng)易與氫形成氫鍵絲半蘇吲哚基Hydrogenbonds氫鍵：是指在氫原子與電負(fù)性很大的原子A以共價(jià)鍵相結(jié)合時(shí)，同另外一個(gè)具有孤對(duì)電子對(duì)的原子B形成的一個(gè)弱的鍵，是一種由氫原子參加成鍵的特殊的化學(xué)鍵蛋白質(zhì)內(nèi)的氫原子電子云密度稀薄，與其他電負(fù)性強(qiáng)的原子結(jié)合H形成氫鍵形成原理：氫鍵是偶極子與偶極之間的靜電吸引作用。當(dāng)H與電負(fù)性很強(qiáng)的原子(如A)結(jié)合時(shí)，因極化效應(yīng)，其鍵間的電荷分布不均．H變成近乎H+狀態(tài)。再與另一電負(fù)性很強(qiáng)的原子(如B)相遇，發(fā)生靜電吸引。以H離子為橋粱而形成氫鍵，如式中虛線所示：A－H‥BABABAB(4)Acidicpolaraminoacids酸性極性氨基酸negativechargedRgroupsTheyhaveRgroupwithcarboxylgroup(COO-)negativelychargedatpH7.2（pI<pH）-OOC—(5)Basicpolaraminoacids堿性極性氨基酸positivechargedRgroupsTheyhaveRgroupbearingapositivechargeatpH7.2（pI>pH）胍基咪唑基丁氨基

H-N-CH2-︳NH2-C=NH2+HNN﹨∥+NH3AttractionbetweenoppositelychargedRgroupsofAas帶有相反電荷的氨基酸之間的引力Ionicbonds(saltbonds)離子鍵（鹽鍵）陰陽(yáng)離子之間通過靜電作用形成的穩(wěn)定的化學(xué)鍵幾種特殊氨基酸

Proline

脯氨酸（亞氨基酸）+Itisnotaα-aminoacids-碳也是手性碳。雜環(huán)吡咯烷環(huán)限制多肽的幾何構(gòu)型N在雜環(huán)中移動(dòng)的自由度受限制，不易α螺旋，易于形成順式肽鍵，在多肽鏈中引進(jìn)一個(gè)轉(zhuǎn)折的變化。但亞氨基仍能與另一羧基形成肽鍵，在蛋白質(zhì)合成加工時(shí)可被修飾成羥脯氨酸β-吡咯烷基--羧酸；吡咯烷酮羧酸，環(huán)形飽和烴側(cè)鏈結(jié)合在-氨基的氮和-碳上。-碳Cysteine

半胱氨酸

+胱氨酸(Cystine)二硫鍵-HHDisulfidebond-SH是一個(gè)高反應(yīng)性的基團(tuán)，失去質(zhì)子的傾向大，極性強(qiáng)。脫氫氧化后以二硫鍵結(jié)合形成胱氨酸，胱氨酸還原又可以形成兩個(gè)半胱氨酸ManyCysteineasCystineinproteins蛋白質(zhì)中有不少半胱氨酸以胱氨酸形式存在氧化還原

OxidationoftwocysteinesSidechaininteractions（鏈內(nèi)鏈間）HelpmaintainspecificstructureDisulfidebond牛胰島素一級(jí)結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵穩(wěn)定性

UV280nmabsorption(conjugationdibond易激發(fā)，產(chǎn)生紅移）Otherclassifications苯丙酪色蛋白質(zhì)含有酪氨酸和色氨酸，定性和定量吲哚蘇氨酸絲氨酸酪氨酸

HydroxylRgroups

Hof-OHgroupcanbereplacedbyotherchemicalgroups,suchasphosphategroup.Thr含有兩個(gè)手性碳原子，即-碳和-碳原子，通常出現(xiàn)在蛋白質(zhì)中的L-蘇氨酸只是4種立體異構(gòu)體中的一種信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)放大效應(yīng)蛋氨酸半胱氨酸Sulfur-containingRgroupsdisulfidebond

蛋氨酸（-氨基-γ-甲硫基丁酸）：帶有一個(gè)非極性的甲基硫醚基，硫原子是親核的，甲基化或去甲基化，活化成SAM半胱氨酸（-氨基-β-巰基丙酸）：側(cè)鏈含有巰基（-SH），巰基丙氨酸，一個(gè)高反應(yīng)性的基團(tuán)。必需和非必需氨基酸（營(yíng)養(yǎng)學(xué)分類）：必需氨基酸：是人體自身不能合成或合成速度不能滿足人體需要，必須從食物中攝取的氨基酸：賴氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、色氨酸、組氨酸、精氨酸。其中組氨酸和精氨酸，人雖然能合成，但效率低，尤其在嬰幼兒時(shí)期，需要由外界供給。非必需氨基酸：并不是說人體不需要這些氨基酸，而是說人體可以自身合成或由其它氨基酸轉(zhuǎn)化而得到，不一定非從食物直接攝取不可：甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、酪氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸、丙氨酸。3.Properties（phy-chem）

ofaminoacids(1).Aminoacidsareampholyte(兩性電解質(zhì))α–COOHandα–NH2aredissociable(解離)

–

COOH+OH-→COO-+H+

–NH2

+H+→NH3+Rgroupscontaindissociablegroups:

acidicandbasicAAs（

酪半）DependsonthepHofmedium：α-H++H+InbasicorInacid故具有兩性解離特性天冬，谷賴，精，組pH=pI(isoelectricpoint等電點(diǎn))+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽(yáng)離子陰離子(cationicion)

(zwitterion)(anionicion)pK2pK1氨基酸的pI是由ɑ-羧基和ɑ-氨基的解離常數(shù)的負(fù)對(duì)數(shù)pK1和pK2決定的氨基酸的電離式氨基酸的解離常數(shù)可通過測(cè)定滴定曲線求得解離方式取決于所處溶液的pH解離程度取決于解離常數(shù)負(fù)對(duì)數(shù)pK同一種氨基酸存在三種帶電形式

IsoelectricPoint,pI：AtapHofthesolution,theaminoacidsdissociateintocationsandanionsofthetrendsandareequal,aszwitterionions,themolecularnetchargecarriedbyzerowasneutral.Atthistime,pHvalueiscalledtheisoelectricpointofaminoacids.等電點(diǎn)：在某一pH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，分子所帶的凈電荷為零,

呈電中性。此時(shí)溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點(diǎn)。pI=?(pK1+pK2)pI=?(pKn+pKn+1)n為氨基酸在酸性pH(完全質(zhì)子化)下所能攜帶正電荷的最大數(shù)目*將氨基酸可解離基團(tuán)的pK值自小到大按順序排列:pK1,pK2,pK3..*酸性氨基酸和中性氨基酸的完全質(zhì)子化數(shù)n=1(PI<PH<7)2個(gè)羧基pk1,pk2*堿性氨基酸的完全質(zhì)子化數(shù)n=2(PI>PH>7)2個(gè)氨基pk2,pk3若氨基酸有三個(gè)可解離基團(tuán)，寫出電離式,取兼性離子兩邊的pK值的平均值即為pI丙氨酸pK-COOH=2.34,pK-NH2=9.69,pI=6.02

氨基酸的離子狀態(tài)取決于環(huán)境的pH

游離氨基酸的酸性和堿性基團(tuán)的pKa值和氨基酸的等電點(diǎn)（pI）PKa+PKbPKa+PKRPKb+PKRPKa+PKbPKa+PKRPKb+PKRPKb+PKR-OH-SH酸性堿性(2).UVabsorptionat

280nm(conjugationdibond

C=C-C=C

）

大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，且含量相對(duì)恒定，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。(3).-NH2infreeaminoacid

reactwithNinhydrin（茚三酮）藍(lán)紫色（天冬酰胺是棕色亞氨基酸黃色）靈敏可鑒定指紋△Peptidebondisacovalentbondwhich

formedbydehydrationcondensationbyoneaminoacid

α-carboxylgroup（-COOH）withanotheraminoacid

α-aminogroup（-NH2）peptidebondoramidebond(酰胺鍵)

Formationofpolypeptidechain(多肽鏈)ProteinisapolypeptidechaincomposedofmanyaminoacidresiduesAminoacidsconnectedbypeptidebondstoformapeptideαα脫水縮合形成二肽+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵(2)Peptide肽Residue殘基:肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團(tuán)不全PolypeptidechainAlinearsequenceofaminoacidsresidueslinkedtogetherbypeptidebonds

（condensation）

N末端:freeα-aminoC末端:freeα-carboxylWithadirectional絲甘酪丙亮5肽，4bondsPeptide肽

Dipeptide(二肽):twoAAresidues

Tripeptide(三肽):threeAAresidues

Oligopeptide(寡肽):fewerthan10AAresidues

Polypeptide(多肽):fewerthan50AAresidues促甲狀腺激素39Protein(蛋白質(zhì)):morethan50AAresidues（Insulin51aa）Proteinisthepolypeptidechainwhichiscomposedofmanyaminoacidresidues蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈N末端C末端牛核糖核酸酶Atypicalpolypeptidechain--Protein124aa123bonds

Gly-Ala（甘氨酰丙氨酸）Ala-Gly

（丙氨酰甘氨酸）(2AAs)

Gly-Ala-Lys,Gly-Lys-Ala,Ala-Gly-Lys,Ala-Lys-Gly,Lys-Ala-Gly,Lys-Gly-Ala,(3AAs)

(1x2x3x4x5………xn)(nAAs)

Peptides(madeofthesameAAs)havedifferentisomers（異構(gòu)體）

Isomer：Composedofthesameaminoacid,buttheconnectionofadifferentorder,therewillbeadifferentsequencestructure.

20AAscanmakenumerousproteinsindifferentarrangementα-COOHα-NH2α-COOHα-NH2Backboneormain-chainSide-chain

COO-CH2

CH2NH3+CH2CH2CH2主鏈骨架Bachboneiscomposedofmanyunit(peptideplane)bytheα-carbonatomtogether主鏈骨架是由許多多肽單位(肽平面)通過α-碳原子連接而成2絲谷酪賴亮(3)ImportantPeptides

Therearemanyimportantbiologicalactivityofpeptidesinvivo

1)Glutathione(GSH,谷胱甘肽，三肽)

2)Peptidehormone(肽類激素，寡肽或多肽)

3)Neuropeptide(神經(jīng)肽，寡肽或多肽)Metabolismregulationandnervetransmitinbody

Glutathione(GSH谷胱甘肽)Theγ-carboxylgroupofGluislinkedtotheamidoofCysTripeptide:γ-glutamyl-cysteinyl-glycine（谷，半胱，甘）-SH(sulfhydryl)groupisimportant(functional)γαH可作為體內(nèi)重要的還原劑保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶分子免遭氧化，處在活性狀態(tài)具有還原性

FunctionsofGSH

Antioxidant（抗氧化劑，還原劑）2GSH+H2O2

→

GSSG+2H2OGSSG+NADPH+H+→2GSH+NADPGSH過氧化酶催化細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生谷胱甘肽（氧化型）GSH還原酶催化氧化還原氧化型谷胱甘肽細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生谷胱甘肽（還原型）還原還原當(dāng)量：糖代謝中產(chǎn)生谷胱甘肽（還原型）兩個(gè)還原型谷胱甘肽氧化生成一個(gè)氧化型谷胱甘肽GSH的巰基還有噬核特性，能與外源的噬電子毒物：致癌劑或藥物結(jié)合，阻斷其與DNA，RNA或Pr結(jié)合以保護(hù)機(jī)體免遭毒物侵害谷胱甘肽（氧化型）結(jié)構(gòu)式二硫健

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽(促甲狀腺素釋放激素，催產(chǎn)素、加壓素9肽；促腎上腺皮質(zhì)激素)39肽)Peptidehormone

(多肽類激素)N末端的谷氨酸環(huán)化成C末端的脯氨酸殘基?；捎上虑鹉X分泌，可促進(jìn)腺垂體分泌促甲狀腺素特殊結(jié)構(gòu)三肽PyroglutamacacidNofreeNH2加壓素催產(chǎn)素加壓素和催產(chǎn)素都是由下丘腦分泌，然后貯存在垂體后葉中，需要時(shí)釋放出來。兩個(gè)多肽都是由9個(gè)氨基酸組成（9肽）。加壓素也稱之為抗利尿激素酪異亮亮苯丙精胰島素：腎上腺髓質(zhì)分泌的激素胰島素由51個(gè)氨基酸組成，A鏈含有21個(gè)氨基酸，B鏈含有30個(gè)氨基酸，兩條鏈由兩個(gè)二硫健連接。另外在A鏈還存在一個(gè)鏈內(nèi)二硫健。胰島素是促進(jìn)血糖吸收的激素，或稱之為降血糖激素。Neuropeptide

(神經(jīng)肽)

Signaltransmitfunctioninnervetransmit腦啡肽（5肽），孤啡肽（17肽，鎮(zhèn)痛作用），P物質(zhì)（10肽），神經(jīng)肽Y腦啡肽（enkephalin），神經(jīng)遞質(zhì)的一種。能改變神經(jīng)元對(duì)經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)的反應(yīng)，起修飾經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)的作用又被稱為“腦內(nèi)嗎啡”，對(duì)腦細(xì)胞具有獨(dú)特的作用，能夠激活處于抑制沉睡狀態(tài)的腦細(xì)胞，對(duì)因腦損傷導(dǎo)致的后遺癥有很好的恢復(fù)作用。5.ProteinsProtein:amacromoleculecomposedofoneormorepolypeptides,eachpolypeptidechainfoldsuptoformaspecificshape.Humanbodyhasaphysiologicalfunctionoftheproteinareorderedstructure，whichexemplifiescharacteristicsofprotein人體內(nèi)具有生理功能蛋白質(zhì)都是有序結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)才體現(xiàn)蛋白質(zhì)的特性SectionII

MolecularStructureofProteins

Primary

Secondary

Tertiary

QuaternaryFourlevelsofstructuralorganizationbyin1952Denmark’Lang:Primarystructure一級(jí)結(jié)構(gòu)

Secondarystructure

二級(jí)結(jié)構(gòu)byonepolypeptidesonly

Tertiarystructure三級(jí)結(jié)構(gòu)

Quaternarystructure四級(jí)結(jié)構(gòu)bytwoormoremayformAllcallSpatialstructureorConformation(高級(jí)結(jié)構(gòu)or空間構(gòu)象)涵蓋了蛋白質(zhì)分子中的每一個(gè)原子在三維(Three-dimensionalstructure)空間的相對(duì)位置，是蛋白質(zhì)特有性質(zhì)和功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)但非所有蛋白都有四級(jí)結(jié)構(gòu)Primarystructureofprotein

Sequenceofaminoacids

Concept：FromNtoCterminus,thelinearsequence(arrangement)ofaminoacidsthatarecovalentlylinkedbypeptidebonds.Italsoincludesthelocationsof-S-S-bonds.從N端至C端以肽鍵相連的氨基酸排列順序，包括二硫鍵的位置。Themainchemicalbonds:peptidebonds,-S-S-bonds（someofthem）一級(jí)結(jié)構(gòu)是理解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，作用機(jī)制及與其同源蛋白質(zhì)生理功能的必要基礎(chǔ)1953,UK.chemist,首次測(cè)定了牛胰島素的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)1977建立DNA測(cè)序，1958，1980兩度獲NobelchemistryPrimary

StructureofbovineinsulinProinsulin(胰島素原)

胰島素由胰腺的胰島細(xì)胞合成，剛合成時(shí)為一條無活性的單鏈，稱胰島素原，含86個(gè)氨基酸和3對(duì)鏈內(nèi)二硫鍵。在胰島細(xì)胞中，胰島素原在氨基酸殘基30和31，63和64間經(jīng)蛋白酶水解，產(chǎn)生2個(gè)分子，含35個(gè)氨基酸的C肽和含A（21），B(30)兩鏈的具有生物活性的胰島素。連接肽（C肽）

胰島素原

蛋白酶水解Aminoacidsequenceofbovineinsulin（1953bychemistrymethod）A(21aa),B(30aa)seguence,3S-Sbond（1A{6-11internal)},2A-B{7-7,20-19between}）具有生物活性的胰島素執(zhí)行著調(diào)節(jié)糖代謝等生理功能丙絲纈

Primarystructure

TheAAsequencefromNendtoCendinthepolypeptidechain(s)ofaproteinNumberingAAsequencefromNtoCend:NNO1→C

Forcesthatstabilizetheprimarystructuresarecovalentbonds—peptidebondsanddisulfidebonds(ifpresent).TheAAsequenceofaproteinisdetermined

byEdman-DegradationoritsgeneandMS.1950,Edman,PITC

Spatialstructure(conformation)ofproteins:expressionofspecificcharacterandfunctionofprotein肽分子鏈都很長(zhǎng)。任何一種長(zhǎng)鏈分子在伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，處于較高的能態(tài)，只有使分子的內(nèi)能降低，分子才能成為更穩(wěn)定的狀態(tài)。蛋白質(zhì)的肽鏈就會(huì)自發(fā)地通過許多和α—碳原子或肽平面鍵間的單鍵旋轉(zhuǎn)，同時(shí)伴隨著分子內(nèi)大量的原子和基團(tuán)間的相互作用，降低內(nèi)能，折疊成為一些空間內(nèi)較為穩(wěn)定的立體結(jié)構(gòu)。

Noncovalentinteractions(非共價(jià)作用力，次級(jí)鍵)inspatialstructure(2,3,4)

hydrogenbonds氫鍵：

除穩(wěn)定二級(jí)結(jié)構(gòu)外，在R間，R與介質(zhì)水，主鏈與R間hydrophobicinteractions疏水作用力：是由疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈間（亮纈）排開水而相互接近ionicbonds離子鍵：鹽鍵是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用Vanderwaalsforces范德華力：中性原子之間通過瞬間靜電相互作用產(chǎn)生的一弱的分子之間的力，隨兩個(gè)非共價(jià)鍵合原子或分子間距離而變化。Theseforcesoccur:withinproteinstructure,betweenproteinandsolvent(water)2.Thesecondarystructure二級(jí)結(jié)構(gòu)

Thelocalizedfoldingsegmentsofthepolypeptidebackbone.多肽鏈的局部（部分）主鏈構(gòu)象（nofromNtoC）Commonsecondarystructures:α-helix(α螺旋)β-pleatedsheet(β折疊)β-turn(bend)(β轉(zhuǎn)角)randomcoil(無規(guī)卷曲)Forces:

hydrogenbonds蛋白質(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)空間位置不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈構(gòu)象是三級(jí)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元主要化學(xué)鍵：氫鍵Backbone主鏈骨架CCαNOCO肽鏈主鏈骨架原子即由N(氨基氮)，Cɑ(ɑ碳原子)，CO（羰基碳）三種原子依次重復(fù)排列ConstituteofBachbone：Backboneispeptidemainchain：atomsN(aminonitrogen),Cɑ(ɑcarbonatoms),CO(carbonylcarbon)threeatomsrepeatfollowedbyarrangement.PeptidebondsHavepartialdouble（40%）

bondcharacter（C?N）Bondlength

Restrictfreerotationaroundthepeptidebonds(剛性)Twosinglebonds:Cα-CO,N-Cαcanfreerotation(1)Peptideunit(plane)肽單元（平面）單鍵雙鍵單鍵肽鍵6原子在一個(gè)平面上構(gòu)成半剛性肽單元2Cα是反式構(gòu)型?plane半剛性平面在有限范圍轉(zhuǎn)動(dòng)Peptidebonds

Transconfiguration(反式構(gòu)型):--C=O

，N-Hand2Cα（6atome）反丁烯二酸（對(duì)角）自然界脂肪酸易氧化氫化順式因大基團(tuán)間的相互作用，處高能態(tài)，不穩(wěn)定；反式則因處于較低能態(tài)，在熱力學(xué)上是較穩(wěn)定的Peptideunitdefinition√Thepartialdouble-bondcharacterofthepeptidebondmakesCα1,C,O,N,H,Cα2sixatomscoplanar,Cα1andCα2aretranstoeachother,thissemi-rigidplanecomposedofthosesixatomsistermedaspeptideunit.參與具有部分雙鍵特征的肽鍵的6個(gè)原子—Cα1，C，O，N，H，Cα2位于同一平面，Cα1和Cα2在平面上所處的位置為反式（trans）構(gòu)型，此半剛性平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了肽單元Anpeptideunitconsistsofsixatoms,Cα1,C,O,N,H,Cα2onthesameplaneCαisthejoiningpointfortwoplanesRotationofplanarpeptideunitispermittedabouttheCα-NandtheCα-COsinglebondsPeptideunit(plane)ψφ旋轉(zhuǎn)角度決定了兩個(gè)相鄰的肽單元平面的空間位置單鍵可以±180旋轉(zhuǎn)，但不是任意二面角，取決于兩個(gè)相鄰肽單元中非共價(jià)原子之間接近有無障礙CON

二面角

兩相肽平面之間，能以共同的Cα為定點(diǎn)而旋轉(zhuǎn)，繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ角，繞C-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ角。φ和ψ稱作二面角，亦稱構(gòu)象角肽平面與α-碳原子之間形成的二面角（φ和ψ

）(2)α-helix

（acommon

secondarystructures）

1951,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提出的肽鏈局部主鏈原子空間構(gòu)象分子模型：α螺旋，β折疊1954獲獎(jiǎng)right-handhelixleft-handhelixThebackboneofpolypeptideformsaright-handhelix多肽鏈的主鏈圍繞中心軸做有規(guī)律的螺旋式上升，螺旋走向?yàn)轫槙r(shí)針方向：

ψ為-47°φ為-57°將其二級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)看成是一個(gè)彈簧（或半握），大拇指指向彈簧的走勢(shì)方向，從下往上看，其余手以順時(shí)螺旋上升！AAshaschiralC,thepolypeptidalsohasLandR。R空間干擾作用小，穩(wěn)定3.6AAresiduesperturn（360°）Pitch(螺距)is0.54nm

=5.4?AllRgroupspositionedoutsideofhelix使得有足夠空間圍繞主軸旋轉(zhuǎn)Hbondsrunnearlyparalleltotheaxisofthehelix氫鍵方向與螺旋主軸基本平行(2)α-helix

Thestructureofα–helixisstabilizedbythehydrogenbond

betweentheHattachedtotheelectronegativeNofapeptidelinkageandtheelectronegativecarbonyloxygenatomofthefourthaminoacidontheamino-terminalsideofthatpeptidebond.α螺旋的每個(gè)肽鍵的N-H亞氨基氫和第四個(gè)肽鍵的羰基氧都形成氫鍵，以穩(wěn)固α螺旋結(jié)構(gòu)General，20AAscanallcomposedα-helixstructure，Ala,Glu,Leu,Met（丙谷亮蛋）arethemorecommonthanGly,Pro（1）,Ser,Tyr（甘脯絲酪）LargeRgroups,samechargedAAstendtointerruptana-helix.

Theamountofα-helixisdifferentindifferentproteins.(2)α-helix

Hermaphroditic（兩性特點(diǎn)）：Thepeptidsof3-4hydrophobicresidueand3-4hydrophiliarealternatelyoccure.Asideofα-helixishydrophobiAAsothersideishydrophilAas（plasmalipid）.3~4個(gè)疏水殘基與3~4個(gè)親水殘基組成的肽段交替出現(xiàn),使α-helix的一側(cè)為疏水性而另一側(cè)為親水性氨基酸。使之能在極性或非極性環(huán)境中存在（脂蛋白，多肽激素，鈣調(diào)蛋白激酶）

α-helix（α－

螺旋）多肽鏈的主鏈圍繞中心軸有規(guī)律的螺旋式上升,螺旋走向?yàn)轫槙r(shí)針,即右手螺旋；

氨基酸殘基側(cè)鏈(R)伸向螺旋外側(cè)。每3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈,螺距為0.54nm；每個(gè)肽鍵的N－H和第四個(gè)肽鍵的羰基氧(O=C)形成氫鍵,氫鍵的方向與螺旋長(zhǎng)軸基本平行。肽鏈中的全部肽鍵都可形成氫鍵,以穩(wěn)固α－螺旋結(jié)構(gòu)；兩性α－螺旋：疏水和親水殘基交替出現(xiàn)。α－螺旋常位于蛋白質(zhì)分子表面，但也可能全部或部分位于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部。肌紅蛋白和血紅蛋白分子中有許多肽鏈段落呈α-螺旋結(jié)構(gòu)。毛發(fā)的角蛋白、肌肉的肌球蛋白以及血凝塊中的纖維蛋白,它們的多肽鏈幾乎全長(zhǎng)都卷曲成α－螺旋。有彈性還具有抗機(jī)械損傷能力。AnothercommontypeofsecondarystructureThebackboneofpolypeptidechainisfullyextendedintoazigzagform.多肽鏈充分伸展，每個(gè)肽單元以Cα為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，依次折疊成鋸齒狀結(jié)構(gòu)（呈折紙狀）(3)β-pleatedsheet

(β折疊)Makepolypeptidesformasheetstructure(3)β-pleatedsheetTheRgroupsofadjacent

AAsprotrudeinopposite

directionsfromthezigzagstructure(smaller)相鄰側(cè)鏈伸向鋸齒上下方，所形成的鋸齒狀結(jié)構(gòu)一般比較短：5-8AAs上下Oneβ-sheetcanbecomposedoftwoormorestrands可能由兩股或更多股肽鏈組成(兩條以上肽鏈或一條肽鏈內(nèi)若干肽段的鋸齒狀結(jié)構(gòu)相鄰)β-strandscanassembleinparallelandantiparallelorientations走向平行或反平行StabilizedbyH-bondcross-linksbetweenadjacentchains通過鄰近肽鏈間的肽鍵羰基氧和亞氨基氫形成氫鍵以穩(wěn)固β折疊結(jié)構(gòu)。反平行式的氫鍵與主鏈方向垂直

，比平行式的更為穩(wěn)定，β-pleatedsheet反平行（相反）走向相反0.7nm俯視側(cè)視反平行相反時(shí)2條反平行鏈間距：通過肽鏈間的肽鍵羰基氧和亞氨基氫形成氫鍵以穩(wěn)固β折疊結(jié)構(gòu)，氫鍵與主鏈方向垂直，更穩(wěn)定走向相同平行通過鄰近肽鏈間的肽鍵羰基氧和亞氨基氫形成氫鍵以穩(wěn)固β折疊結(jié)構(gòu).氫鍵與主鏈方向不垂直，形成一定角度，使氫鍵穩(wěn)定性降低。0.65nm相同時(shí)肽鏈重復(fù)節(jié)段間距：兩段或以上肽鏈（5-8aa）構(gòu)成（空間上接近的肽鏈部分），多肽鏈充分伸展,每個(gè)肽單元以Cα為旋轉(zhuǎn)點(diǎn),依次折疊如扇面狀氨基酸殘基側(cè)鏈(R)交替位于折疊片層上下方；肽鏈走向有平行與反平行兩種方式；通過肽鏈間的肽鍵羰基氧(O=C)和亞氨基氫形成氫鍵從而穩(wěn)固β－折疊結(jié)構(gòu)；在纖維狀蛋白質(zhì)中β-折疊主要是平行形式，而球狀蛋白質(zhì)中反平行和平行兩種形式都存在。蠶絲蛋白幾乎都是β－折疊結(jié)構(gòu),許多蛋白質(zhì)既有α-螺旋又有β－折疊。

β折疊結(jié)構(gòu)一般比α螺旋穩(wěn)定。β-pleatedsheetThepolypeptidechainformsatightloop,whichcanmakethepolypeptidechainreverseitsdirectionand180℃foldback.

InvolvingfourAAs,carbonyloxygenof

thefirstAAishydrogenbondedtoN-HofthefourthAA.ThePro(2),Gly,Asp,AsnandTrpresiduesoftenoccurinβ–turns.*多肽鏈形成一個(gè)緊密環(huán)，轉(zhuǎn)角常發(fā)生于肽鏈進(jìn)行180°回折時(shí)的轉(zhuǎn)角上。*通常由4個(gè)氨基酸殘基組成,其第一個(gè)殘基的羰基氧(O=C)與第四個(gè)殘基的氨基氫(H)可形成氫鍵，成為一個(gè)緊密的環(huán)，使之為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。*β-轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)較特殊：第二個(gè)殘基常為脯氨酸,因?yàn)槠渚哂协h(huán)狀結(jié)構(gòu)和固定的ψ角，在一定程度上迫使β-轉(zhuǎn)角形成，促進(jìn)多肽鏈自身回折。其他常見殘基有甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和色氨酸。一種非重復(fù)性結(jié)構(gòu)，主要存在于蛋白質(zhì)分子的表面。在球蛋白中的含量很高，約占全部殘基的1/4.Ω-loop（環(huán)）與轉(zhuǎn)角的區(qū)別是氨基酸殘基數(shù)目多，種類不規(guī)律，但結(jié)構(gòu)明確具有剛性。(4)β-turnorβ-bend(β轉(zhuǎn)角)β－turn(β－轉(zhuǎn)角)180℃foldback4Aas(1C=O,4N-H)hydrogenbondedβ-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)能使肽鏈改變方向，在蛋白質(zhì)骨架中有45%的氨基酸殘基是處于β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)緊密H-NC=O(5)Randomcoil(無規(guī)卷曲)RegionsofthepolypeptidechainthatareinanirregularstructurearesaidtohaveacoilorloopconformationFlexibilityandrelax闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)具有柔性比較松散對(duì)于一個(gè)特定的蛋白質(zhì)而言，無規(guī)卷曲如同分子中其他二級(jí)結(jié)構(gòu)一樣具有特定且穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu),才得以使蛋白質(zhì)形成三維空間上每維都具有周期性結(jié)構(gòu)的晶體Thesecondarystructureα-helix:Thebackboneofpolypeptideformsaright-handhelix3.6AAresiduesperturn（360°）Pitchis0.54nmAllRgroupspositionedoutsideofhelixFormedH-bondsbetween