第二章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能(StructureandFunctionofProtein)一、什么是蛋白質(zhì)?蛋白質(zhì)(protein)是由氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能(一)蛋白質(zhì)在生物體內(nèi)的分布特征1.分布廣所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細胞的各個部分都含有蛋白質(zhì)。2.含量高蛋白質(zhì)占人體干重的45％，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達80％。3.種類多人體中蛋白質(zhì)種類達十萬余種，每種蛋白質(zhì)都有其特定的結(jié)構(gòu)與功能。1.作為生物催化劑（酶）2.代謝調(diào)節(jié)作用3.免疫保護作用4.物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲5.運動與支持作用6.參與細胞間信息傳遞7.氧化供能(二)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能三、蛋白質(zhì)的分類

(一)根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分

1.單純蛋白質(zhì)2.結(jié)合蛋白質(zhì)=蛋白質(zhì)部分+非蛋白質(zhì)部分(二)根據(jù)蛋白質(zhì)形狀

1.纖維狀蛋白質(zhì)2.球狀蛋白質(zhì)第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。(一)組成蛋白質(zhì)的元素(TheMolecularComponentofProtein)各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測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：100克樣品中蛋白質(zhì)的含量(g%)=每克樣品含氮克數(shù)×6.25×1001/16%(二)蛋白質(zhì)元素組成的特點二、蛋白質(zhì)的基本單位——氨基酸存在自然界中的氨基酸有300余種，但有遺傳密碼的氨基酸僅有20種，且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。(一)氨基酸的通式H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R

各種氨基酸的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于側(cè)鏈（R基團）的不同，故具有不同的理化性質(zhì)。C+NH3COO-H2.極性中性側(cè)鏈氨基酸(7種)色氨酸t(yī)ryptophanTryW5.89絲氨酸serineSerS5.68酪氨酸t(yī)yrosineTryY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65蘇氨酸t(yī)hreonineThrT5.60CHCOOHNH2-CH2NHHO-CH2CHCOOHNH2-CH2CHCOOHNH2HO-HS-CH2CHCOOHNH2H2N-C-CH2CHCOOHNH2OCHCOOHNH2H2N-C-CH2-CH2OCHCOOHNH2HO-CHCH3中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點

中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點

3.酸性氨基酸(2種)天冬氨酸asparticacidAspD2.97精氨酸arginineArgR10.76組氨酸histidineHisH7.59

HOOC-CH2CHCOOHNH2谷氨酸glutamicacidGluE3.22CHCOOHNH2

HOOC-CH2-CH24.堿性氨基酸(3種)中文名稱英文名稱縮寫符號結(jié)構(gòu)式等電點

賴氨酸lysineLysK9.74NH2CH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2CHCOOHNH2NH2-CNHCH2CH2CH2NHCHCOOHNH2HCCH2NHCNCH1.含硫氨基酸半胱氨酸和甲硫氨酸半胱氨酸

+-HH-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SHNH2HS--COOHCH-CH2NH2半胱氨酸

-CH-CH-NHHOOC-CH-CH2-SNH2S--COOHCH-CH2NH2二硫鍵胱氨酸(三)幾種特殊氨基酸2.芳香族氨基酸3.支鏈氨基酸CH3CH2CHCH3CHCOOHNH2亮氨酸CH2CHCOOHNH2苯丙氨酸CH2CHCOOHNHCH2CH24.亞氨基酸脯氨酸(四)氨基酸的理化性質(zhì)1.兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離方式取決于所處溶液的酸堿度。等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子CHNHCOOHRCHNH2COOHRCHNHCOORCHNH2COO-RCHNHCOORCHNH3COO-R+CHNHCOOHRCHNH3COOHR+2.紫外吸收色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收240250260270280290300310光密度色氨酸酪氨酸波長(nm)三、氨基酸在蛋白質(zhì)分子中的連接方式

(一)肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的

-羧基與另一個氨基酸的

-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。肽鍵甘氨酸+HNH2CHCOOHHNHCHCOOHH甘氨酸-HOH甘氨酰甘氨酸HNH2CHCOHNHCHCOOH1.肽是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。2.兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……(二)肽(peptide)3.由十個以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。

4.肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。5.多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。分別有：N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端，C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端。+H3NLysGluThrAlaAlaAlaLysPheGluArg110GlnHisMetAspSerSerThrSerAlaAlaSerSerTyrSerAsnCysAsnGlnLeuArgProValLeuValAsnArg30GlnHisMetAspGlnValThrSerAlaAlaSerAsnThrSerAsnCysAsn20MetLysLysLys40ThrValGlu50AspGlnCysCysCysCys60LysAlaCysCysLysAsnGluThrGlnThr70ThrSerTyrSerAspThrIleSerMet80SerArgGlySerGluThr90AsnProLysTyrTyrLysThrAlaThr100LysIleGlnHisAlaAsnAlaIleValAlaAspPheHisValProValTyrProAsnGlyGlu110120ValSerCOON末端C末端牛核糖核酸酶124(三)幾種生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)COOHH-C-NH2CH2H2CH2CCONHCHCH2SHCONHCOOH谷氨酸半胱氨酸甘氨酸體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽。2.多肽類激素CHONCONHCH2NNCONCONH2焦谷氨酸組氨酸脯氨酰胺

促甲狀腺素釋放激素(TRH)(TheMolecularStructureofProtein)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)二級結(jié)構(gòu)(secondarystructure)三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)

空間結(jié)構(gòu)1.定義

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)2.主要的化學(xué)鍵

肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)1.定義蛋白質(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空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象

。

2.主要的化學(xué)鍵

氫鍵

(一)定義與主要化學(xué)鍵(二)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(

-helix)

-折疊(

-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(

-turn)無規(guī)卷曲(randomcoil)

三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和VanderWaals力等。2.主要的化學(xué)鍵整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置，即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。1.定義

H2NH3N+NbHCOO-OaCCCOOHSSHOHOCH2OaaCHCH3CHCH3CH3CH2CH3CH3CH3cccOOCcCH2OHCH2OHbNH2+H2NCOCO-abc氫鍵離子鍵疏水鍵維持蛋白質(zhì)分子構(gòu)象的各種化學(xué)鍵肌紅蛋白(Mb)

N端C端2.主要化學(xué)鍵亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)1.定義蛋白質(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，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基(subunit)。

血紅蛋白是由含有血紅素的2個α亞基和2個β亞基組成的四聚體。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)(一)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

五、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性HSSHSHHSHSSHHSHS2611095847265584026110958472584065核糖核酸酶一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

2.血紅蛋白一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ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，稱為“分子病”。這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。蛋白的結(jié)構(gòu)功能關(guān)系整體的構(gòu)象決定功能；一級結(jié)構(gòu)決定特定環(huán)境下的構(gòu)象；酶是蛋白質(zhì),有一、二、三、四級結(jié)構(gòu)影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的因素均能影響酶活性第三節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)(ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein)一、蛋白質(zhì)的兩性解離和