1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，第一章，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，蛋白質(zhì)來源于希臘語字母，意思是“第一個重要的和原始的”蛋白質(zhì)來自于對蛋清(白蛋白)的研究，并且廣泛分布：所有的器官和組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的每一部分都含有蛋白質(zhì)。高含量：蛋白質(zhì)是細(xì)胞中最豐富的有機(jī)分子，占人體干重的45%。有些組織的含量較高，如脾、肺和橫紋肌，高達(dá)80%。1833年，帕恩和珀索茲分離出淀粉酶。1864年，霍佩塞勒從血液中分離出血紅蛋白并使其結(jié)晶。19世紀(jì)末，費希爾證明了蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，氨基酸被合成為各種短肽。1938年，德國化學(xué)家杰拉多斯j穆德引用“蛋白質(zhì)”一詞來描述蛋白質(zhì)。1951年，鮑林通過X射線晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)螺

2、旋的二級結(jié)構(gòu)。1953年，弗雷德里克桑格完成了胰島素的初步序列測定。1962年，約翰肯德魯和馬克斯佩魯茨確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。90年代后的后基因組計劃。什么是蛋白質(zhì)？蛋白質(zhì)是由許多氨基酸通過肽鍵連接而成的高分子含氮化合物。1)酶的生物催化，2)具有重要生物學(xué)功能的蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)，2)參與基因調(diào)節(jié)：組蛋白和非組蛋白參與代謝調(diào)節(jié)，如激素或生長因子，3)運動和支持，身體的結(jié)構(gòu)蛋白，如頭發(fā)、骨骼、牙齒和肌肉，4)參與運輸和儲存，血紅蛋白運輸氧銅藍(lán)蛋白運輸銅鐵蛋白儲存鐵，5)免疫保護(hù)，抗原-抗體反應(yīng)的凝固機(jī)制， 6)受體和信息分子參與細(xì)胞間的信息傳遞和信號傳遞，7)氧化供能，蛋清物質(zhì)分為蛋白質(zhì)的分子組

3、成，第一節(jié)，組成蛋白質(zhì)的元素，有些蛋白質(zhì)還含有少量的磷和磷，50 55% H 6 7% O 19 24% N 13 19% S 0 4%，各種蛋白質(zhì)的含氮量非常接近，平均為16%。 因為體內(nèi)的含氮物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)，只要測定生物樣品中的氮含量，近似的蛋白質(zhì)含量就可以根據(jù)以下公式計算：100克樣品中的蛋白質(zhì)含量(g %)=6.25100克氮/克樣品，1/16%，蛋白質(zhì)元素組成的特征，凱氏定氮法：氨基酸組成蛋白質(zhì)。自然界中有300多種氨基酸，但構(gòu)成人類蛋白質(zhì)的堿性氨基酸只有20種。在堿性氨基酸中，除脯氨酸和甘氨酸外，都屬于L-氨基酸。例外：脯氨酸亞氨基酸，甘氨酸3354無手性，非極性疏水氨基酸極性中

4、性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸，(1)氨基酸分類，分類依據(jù)：不同結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的r側(cè)鏈基團(tuán)，甘氨酸甘氨酸G 5.97，丙氨酸丙氨酸Ala 6.00，纈氨酸纈氨酸Val V 5.96，亮氨酸Leu L 5.98，異亮氨酸異亮氨酸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 絲氨酸絲氨酸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，蘇氨酸蘇氨酸t(yī)hr t 5.60，2。 極性中性氨基酸，在中性溶液中解離后帶有負(fù)電荷的側(cè)鏈基團(tuán)。3。酸性氨基酸谷氨酸、天冬

5、氨酸、天冬氨酸、谷氨酸。堿性氨基酸His，Arg，Lys，在中性溶液中解離后帶有正電荷。組氨酸7.59，賴氨酸賴氨酸9.74，精氨酸10.76，此外：1。蛋白質(zhì)中的許多氨基酸是經(jīng)過加工和修飾的個修飾氨基酸，如：脯氨酸羥基化為羥脯氨酸賴氨酸羥基化為羥賴氨酸2，半胱氨酸Cys通常以胱氨酸、半胱氨酸的形式存在，胱氨酸的理化性質(zhì)和(二)氨基酸1。兩性解離和等電點。氨基酸是兩性電解質(zhì)，它們的解離度取決于溶液的酸堿度。等電點，pI)在一定的酸堿度溶液中，氨基酸以相同的趨勢和程度解離成陽離子和陰離子，并成為電中性的兼性離子。此時，溶液的酸堿度被稱為氨基酸的等電點。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：大多數(shù)蛋白質(zhì)都含有這兩種氨基酸殘基，因此測定280納米蛋白質(zhì)溶液的吸光值是一種快速、簡便的分析溶液中蛋白質(zhì)含量的方法。芳香氨基酸的紫外吸收。顯色反應(yīng)茚三酮反應(yīng)：氨基酸可以與茚三酮縮合生成藍(lán)紫色化合物，最大吸收峰在570納米。該反應(yīng)可用作蛋白質(zhì)定性和定量分析的基礎(chǔ)。肽是氨基酸通過肽鍵縮合形成的化合物?？s水甘油甘氨酸，肽鍵，肽鍵：它是一個氨基酸的-羧基和另一個氨基酸的-氨基脫水縮合形成的化學(xué)鍵，本質(zhì)上是酰胺鍵。氨基酸殘基的肽鏈中的氨基酸分子):由于脫水和縮合而被稱為氨基酸殘基。*兩個氨基酸分子濃縮成二肽，而三個氨基酸分子濃縮成三肽，*一個由少于十個氨基酸連接而成的肽稱為

7、寡肽，一個由更多氨基酸連接而成的肽稱為多肽。*多肽鏈?zhǔn)侵冈S多氨基酸通過肽鍵連接的結(jié)構(gòu)。N端：具有游離氨基的多肽鏈的一端C端：具有游離羧基的多肽鏈的一端。多肽鏈具有方向性：N-末端，N-末端，C-末端，牛核糖核酸酶，(2)幾個生物活性肽，1。還原型谷胱甘肽、還原型谷胱甘肽過氧化物酶、還原型谷胱甘肽還原酶、還原型谷胱甘肽過氧化物酶、還原型谷胱甘肽具有抗氧化功能，可減少細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的過氧化氫。谷胱甘肽的生理功能包括解毒、參與氧化還原反應(yīng)、保護(hù)巰基化酶的活性和維持紅細(xì)胞膜的穩(wěn)定性。體內(nèi)的許多激素屬于寡肽或多肽，神經(jīng)肽，2。多肽激素和神經(jīng)肽，3。蛋白質(zhì)的分類，*根據(jù)蛋白質(zhì)的組成，*根據(jù)蛋白質(zhì)的形狀，纖維狀

8、蛋白質(zhì)：大部分是結(jié)構(gòu)蛋白，不溶于水，球狀蛋白質(zhì)：大部分具有生理活性，大部分是可溶的，如酶、免疫球蛋白等。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，第二節(jié)，蛋白質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的高分子化合物，由許多氨基酸單元通過肽鍵連接而成。構(gòu)象是由有機(jī)分子中的單鍵旋轉(zhuǎn)形成的。蛋白質(zhì)的構(gòu)象通常由非共價鍵(二級鍵)維持。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括(人工劃分的)一級結(jié)構(gòu)、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中的氨基酸序列。(包括蛋白質(zhì)分子中所有二硫鍵的位置)，其次，蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)，主要維持鍵：肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特定生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。但它不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。第三，蛋

9、白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，主要的支撐鍵：氫鍵，因為C=O雙鍵中的電子云和N原子上的非共享電子對有“電子共振”，肽鍵具有部分雙鍵的性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。根據(jù)蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)原理，肽鍵平面具有部分雙鍵的性質(zhì)，因此參與肽鍵形成的六個原子結(jié)合在同一個平面上，稱為肽鍵平面或肽單元。(1)肽單元，因為-碳原子和其他原子形成單鍵，兩個相鄰的肽鍵平面可以相對旋轉(zhuǎn)，(2)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的主要形式，-螺旋-折疊-折疊-無規(guī)卷曲，1。-螺旋：-螺旋是由多肽鏈的主鏈原子沿中心軸纏繞形成的規(guī)則螺旋構(gòu)象。其結(jié)構(gòu)特征如下：(1)它是一個右旋螺旋，側(cè)鏈延伸到螺旋的外側(cè)；(2)螺旋每圈含有3.6個氨基酸殘基，螺距為0.54納米；螺旋由氫鍵

10、(氨基酸的氮-氫和相鄰第四個氨基酸的羰基氧碳=氧之間)維持。氫鍵方向基本上平行于螺旋軸)。折疊是由多個肽段或肽鏈排列而成的扇形層狀構(gòu)象，折疊包括平行和反平行兩種類型，具有結(jié)構(gòu)特征：(1)由多個肽段或肽鏈平行或反平行排列而成的層狀結(jié)構(gòu)；主鏈骨架呈之字形延伸；涉及的肽短，一般為5 10個氨基酸殘基；(4)通過相鄰主鏈之間的氫鍵維持。3。-轉(zhuǎn)角是由多肽鏈180的折疊部分形成的二級結(jié)構(gòu)，隨機(jī)卷曲用于解釋沒有明確規(guī)則性的肽鏈的結(jié)構(gòu)。在許多蛋白質(zhì)分子中，可以發(fā)現(xiàn)兩個或三個具有二級結(jié)構(gòu)的肽段，它們在空間上相互靠近形成一種特殊的空間構(gòu)象，稱為基序，它結(jié)合鈣結(jié)合蛋白中的鈣離子，螺旋折疊兩個His和兩個Cys與鋅

11、離子結(jié)合，螺旋區(qū)與DNA結(jié)合，鋅指當(dāng)肽鏈氨基酸殘基的側(cè)鏈適于形成-螺旋或-片時，它將具有相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)和整個肽鏈中所有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中的排列位置。(1)定義：肌紅蛋白(Mb)是一種具有153個氨基酸和8個螺旋區(qū)的單肽蛋白質(zhì)。三級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。對于具有單一多肽鏈的蛋白質(zhì)，三級結(jié)構(gòu)是其最高級結(jié)構(gòu)。只有具有完整的三級結(jié)構(gòu)，它才能具有所有的生物功能。(2)結(jié)構(gòu)域，大分子蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)通?？煞譃橐粋€或幾個球，或(3)伴侶，其可通過提供保護(hù)性環(huán)境來加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級結(jié)構(gòu)。*可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合，然后釋放它，因此

12、重復(fù)可以防止錯誤聚集并使肽鏈正確折疊。*可以與不正確聚集的肽片段結(jié)合以解聚它們，然后誘導(dǎo)它們正確折疊。二硫鍵的正確形成在蛋白質(zhì)分子的折疊過程中起著重要的作用。伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用；5.蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)和亞單位有些蛋白質(zhì)分子含有兩條或多條多肽鏈，每條多肽鏈都有一個完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞單位。胰島素受體由四個亞單位(22)組成，亞單位和亞單位形成一個單體，兩個單體形成一個二聚體。亞基之間的結(jié)合力主要是疏水的，其次是氫鍵和離子鍵。蛋白質(zhì)分子中亞基的空間排列以及亞基接觸位點的布局和相互作用被稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)。血紅蛋白的四元結(jié)構(gòu)，血紅蛋白的四個亞基緊密結(jié)合，亞基之間的維持鍵是亞基之間

13、的八個鹽鍵。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，第3節(jié)，(1)一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)，(1)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，自然狀態(tài)，它具有催化活性，尿素、-巰基乙醇、尿素和-巰基乙醇被除去，并且它是未折疊的和無活性的。從細(xì)胞色素C的一級結(jié)構(gòu)來看，生物在生物進(jìn)化過程中的距離越近，細(xì)胞色素的一級結(jié)構(gòu)越相似，具有相似一級結(jié)構(gòu)的多肽或蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象和功能也越相似。一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，如鐮狀細(xì)胞性貧血、中性粒細(xì)胞球蛋白前體球蛋白c (146)、HBS 肽鏈、糖化血紅蛋白肽鏈、中性粒細(xì)胞球蛋白前體球蛋白C(146)，血紅蛋白的親水性因單個氨基酸的變化而明顯降低，導(dǎo)致聚集，使紅細(xì)胞呈鐮狀。重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列

14、變化會導(dǎo)致疾病。第二，蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)和功能之間的關(guān)系，肌紅蛋白Mb、血紅蛋白Hb、Hb可以像Mb一樣可逆地與O2結(jié)合，Hb與O2結(jié)合后稱為氧合血紅蛋白。含氧血紅蛋白在總血紅蛋白中的百分比(稱為飽和度百分比)隨著O2濃度的變化而變化。(2)血紅蛋白的構(gòu)象變化以及肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線，*協(xié)同作用，一種寡聚體蛋白的一個亞基能影響另一個寡聚體亞基與其配體的結(jié)合能力的現(xiàn)象稱為協(xié)同作用。如果是促進(jìn)，就叫積極合作；如果是抑制，就叫消極合作。血紅蛋白的四個亞單位緊密結(jié)合，亞單位之間的維持鍵是亞單位之間的八個鹽鍵。當(dāng)Hb不與O2結(jié)合時，F(xiàn)e2位于卟啉環(huán)平面之外。與F8His連接，當(dāng)?shù)谝粋€O2與Fe2結(jié)合時，它被拉入平面，這導(dǎo)致F