生物化学——蛋白质化学.ppt

第一章第一章 蛋白质化学蛋白质化学n n第一节第一节 蛋白质概述蛋白质概述n n第二节第二节 氨基酸的结构、分类和性质氨基酸的结构、分类和性质n n第三节第三节 蛋白质的结构蛋白质的结构n n第四节第四节 蛋白质分子结构和功能的关系蛋白质分子结构和功能的关系n n第五节第五节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质n n第六节第六节 蛋白质的分离纯化技术蛋白质的分离纯化技术n n第七节第七节第七节第七节 氨基酸序列测定氨基酸序列测定氨基酸序列测定氨基酸序列测定第一节第一节 蛋白质概述蛋白质概述n n一、蛋白质的概念一、蛋白质的概念n n二、蛋白质的元素组成二、蛋白质的元素组成 n n 三、蛋白质的基本结构单位三、蛋白质的基本结构单位 n n四、蛋白质的分类四、蛋白质的分类 n n五、蛋白质在生命活动中的重要功能五、蛋白质在生命活动中的重要功能 一、蛋白质的概念一、蛋白质的概念n n蛋白质蛋白质(Protein)是是氨基酸氨基酸通过通过肽键肽键按一定按一定顺序连接而成的顺序连接而成的一条一条或或几条肽链几条肽链，经弯曲，经弯曲折叠形成的具有折叠形成的具有特定空间构象特定空间构象和和生物学功生物学功能能的的生物大分子生物大分子。n nProteins are large biological molecules consisting of one or more polypeptides typically folded into a globular or fibrous form,facilitating a biological function.二、元素组成二、元素组成1.1.主要元素：主要元素：主要元素：主要元素：C(50-55%)C(50-55%)、H(6-7%)H(6-7%)、O(19-24%)O(19-24%)、N(13-N(13-19%)19%)、S(S(0 0-4%)-4%)其他元素：其他元素：其他元素：其他元素：P P、I I、SeSe、FeFe、ZnZn、MnMn、Cu Cu、Co MoCo Mo等。等。等。等。2.2.特点：特点：特点：特点：NN含量相对恒定，平均含量相对恒定，平均含量相对恒定，平均含量相对恒定，平均16%16%100 100克蛋白质中含克蛋白质中含克蛋白质中含克蛋白质中含 1616克克克克NN。1 1克克克克NN相当于相当于相当于相当于6.25 6.25 克蛋白质克蛋白质克蛋白质克蛋白质n n应用：凯氏定氮法应用：凯氏定氮法应用：凯氏定氮法应用：凯氏定氮法(Kjeldahl determination)(Kjeldahl determination)测定样品中测定样品中测定样品中测定样品中蛋白质的含量蛋白质的含量蛋白质的含量蛋白质的含量.三、蛋白质的基本组成单位n n氨基酸（氨基酸（氨基酸（氨基酸（amino acidamino acid，AAAA）是蛋白质的基本组成）是蛋白质的基本组成）是蛋白质的基本组成）是蛋白质的基本组成单位单位单位单位22种（种（已知）已知）AA参与蛋白质的合成参与蛋白质的合成四、蛋白质的分类n n根据组成分类：根据组成分类：根据组成分类：根据组成分类：单纯蛋白质（单纯蛋白质（单纯蛋白质（单纯蛋白质（simple proteinsimple protein）和结合蛋白质（）和结合蛋白质（）和结合蛋白质（）和结合蛋白质（conjugated conjugated proteinprotein）。）。）。）。结合蛋白质（结合蛋白质（结合蛋白质（结合蛋白质（conjugated protein conjugated protein）：糖蛋白、脂蛋白、核蛋白）：糖蛋白、脂蛋白、核蛋白）：糖蛋白、脂蛋白、核蛋白）：糖蛋白、脂蛋白、核蛋白血红蛋白等。血红蛋白等。血红蛋白等。血红蛋白等。A simple protein is a protein that yields only amino acids or their A simple protein is a protein that yields only amino acids or their derivativesderivatives upon hydrolysisupon hydrolysis；A conjugated protein is a protein that functions in interaction A conjugated protein is a protein that functions in interaction with other chemical groups attached by with other chemical groups attached by covalent bondscovalent bonds or by or by weak interactionsweak interactions.n n根据分子形状分类：根据分子形状分类：根据分子形状分类：根据分子形状分类：纤维状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质(fibrous protein(fibrous protein）、球状蛋白质（）、球状蛋白质（）、球状蛋白质（）、球状蛋白质（globular globular proteinprotein）和膜蛋白（）和膜蛋白（）和膜蛋白（）和膜蛋白（membrane proteinmembrane protein）。n n根据生物功能分类：根据生物功能分类：根据生物功能分类：根据生物功能分类：n n结构蛋白、信息蛋白、受体蛋白、运输蛋白、通道蛋白、免疫结构蛋白、信息蛋白、受体蛋白、运输蛋白、通道蛋白、免疫结构蛋白、信息蛋白、受体蛋白、运输蛋白、通道蛋白、免疫结构蛋白、信息蛋白、受体蛋白、运输蛋白、通道蛋白、免疫蛋白、酶等。蛋白、酶等。蛋白、酶等。蛋白、酶等。五、蛋白质在生命活动中的重要功能 1 1、是生物体的结构成分、是生物体的结构成分、是生物体的结构成分、是生物体的结构成分 1 1）参与生物机体各组织和器官的构成（如胶原蛋白、）参与生物机体各组织和器官的构成（如胶原蛋白、）参与生物机体各组织和器官的构成（如胶原蛋白、）参与生物机体各组织和器官的构成（如胶原蛋白、角蛋白）角蛋白）角蛋白）角蛋白）2 2）参与收缩和运动功能（肌球蛋白和肌动蛋白，细）参与收缩和运动功能（肌球蛋白和肌动蛋白，细）参与收缩和运动功能（肌球蛋白和肌动蛋白，细）参与收缩和运动功能（肌球蛋白和肌动蛋白，细菌的鞭毛和纤毛蛋白）菌的鞭毛和纤毛蛋白）菌的鞭毛和纤毛蛋白）菌的鞭毛和纤毛蛋白）3 3）保护和支持功能：结缔组织和骨骼中的胶原蛋白）保护和支持功能：结缔组织和骨骼中的胶原蛋白）保护和支持功能：结缔组织和骨骼中的胶原蛋白）保护和支持功能：结缔组织和骨骼中的胶原蛋白2 2、特殊生物学功能、特殊生物学功能、特殊生物学功能、特殊生物学功能 1 1）催化功能：生物催化剂）催化功能：生物催化剂）催化功能：生物催化剂）催化功能：生物催化剂 2 2）运输功能）运输功能）运输功能）运输功能 ：红细胞运输：红细胞运输：红细胞运输：红细胞运输O2O2、CO2CO2要靠要靠要靠要靠Hb,Hb,脂类运脂类运脂类运脂类运输需要载脂蛋白输需要载脂蛋白输需要载脂蛋白输需要载脂蛋白n n3 3）防御功能：抗体、溶菌酶、（肠道等分泌的）粘）防御功能：抗体、溶菌酶、（肠道等分泌的）粘）防御功能：抗体、溶菌酶、（肠道等分泌的）粘）防御功能：抗体、溶菌酶、（肠道等分泌的）粘蛋白等蛋白等蛋白等蛋白等n n4 4）信息传递功能：起接受和传递信息作用的受体蛋）信息传递功能：起接受和传递信息作用的受体蛋）信息传递功能：起接受和传递信息作用的受体蛋）信息传递功能：起接受和传递信息作用的受体蛋白等白等白等白等n n5 5）调节和调控功能：激素、调节）调节和调控功能：激素、调节）调节和调控功能：激素、调节）调节和调控功能：激素、调节因子因子因子因子 3 3、储存和营养功能、储存和营养功能、储存和营养功能、储存和营养功能 蛋中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦蛋中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦蛋中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦蛋中的卵清蛋白、乳中的酪蛋白、小麦种子中的麦醇溶蛋白等醇溶蛋白等醇溶蛋白等醇溶蛋白等4 4、氧化供能、氧化供能、氧化供能、氧化供能 第二节第二节 氨基酸的结构、分类和性质氨基酸的结构、分类和性质n n一、氨基酸的结构通式氨基酸的结构通式n n二、二、20种普通氨基酸的结构式种普通氨基酸的结构式 n n三、三、氨基酸的种类氨基酸的种类n n四、四、氨基酸的理化性质氨基酸的理化性质SidechainAminogroupCarboxylic acid一、一、一、一、-氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸的结构通式的结构通式的结构通式的结构通式：二、二、20种种普通氨基酸（普通氨基酸（common amino acids）的结构）的结构 一）根据酸碱性分类一）根据酸碱性分类:n n酸性氨基酸酸性氨基酸:2 个个COOH、1个个-NH2 Asp Glun n碱性氨基酸碱性氨基酸:1 个个COOH、2个碱性基团：个碱性基团：（氨基、胍基、咪唑基）（氨基、胍基、咪唑基）Lys Arg Hisn n中性氨基酸中性氨基酸:1 个个COOH、1个个-NH2（15种）种）极性极性中性氨基酸和中性氨基酸和非极性非极性中性氨基酸中性氨基酸非极性中性非极性中性-脂肪族脂肪族R基团基团甘氨酸，甘氨酸，Gly(G)唯一无唯一无手性碳原子手性碳原子的氨基酸的氨基酸无镜象立体异构体无镜象立体异构体无镜象立体异构体无镜象立体异构体直接和四个不相同的原子或原子团相连的碳原子直接和四个不相同的原子或原子团相连的碳原子直接和四个不相同的原子或原子团相连的碳原子直接和四个不相同的原子或原子团相连的碳原子 丙氨酸，丙氨酸，Alanine,Ala(A)R基团基团-甲基甲基accounting for 7.8%of the primary structure in a sample of 1,150 proteins.脯氨酸，脯氨酸，proline，Pro（P)亚氨基酸亚氨基酸侧链侧链R同时与同时与Ca原子原子及及氨基氨基相连相连it is often found in turns of proteins -吡咯烷基吡咯烷基-a-羧酸）羧酸）缬氨酸，缬氨酸，Valine，Val（V）branched-chain amino acidessential amino acid 亮氨酸，亮氨酸，Leucine，Leu（L）异丁基（异丁基（isobutyl）branched-chain amino acidessential amino acid 异亮氨酸，异亮氨酸，Isoleucine,Ile（I）有两个手性碳原子有两个手性碳原子branched-chain amino acidessential amino acid 蛋氨酸（甲硫氨酸），蛋氨酸（甲硫氨酸），Methionine,Met Methionine,Met（M M）侧链含甲硫基（甲基硫醚基侧链含甲硫基（甲基硫醚基)essential amino acidan intermediate in the biosynthesis 芳香族芳香族R基团氨基酸基团氨基酸芳香族芳香族R基团氨基酸基团氨基酸苯丙氨酸，苯丙氨酸，Phenylalanine,Phe(F)a-氨基氨基-苯丙酸苯丙酸 苯甲基（苯甲基（benzyl）EAAEAA芳香族芳香族R基团氨基酸基团氨基酸酪氨酸酪氨酸tyrosineTyr（Y),EAAas a receiver of phosphate groupsa-氨基氨基-对羟基苯丙酸对羟基苯丙酸 中性极性中性极性AA羟基是活性基团羟基是活性基团-OH-as a receiver of phosphate groups 芳香族芳香族R基团氨基酸基团氨基酸色氨酸，色氨酸，TryptophanTrp（W),亚甲基与吲哚环相连亚甲基与吲哚环相连EAA极性中性极性中性R基团基团极性中性极性中性R基团基团丝氨酸，丝氨酸，Serine，Ser（S）羟甲基羟甲基苏氨酸，苏氨酸，Threonine，Thr（T），），有两个手性碳原子有两个手性碳原子EAAIt is susceptible to numerous posttranslational modifications 极性中性极性中性R基团基团羟基为活性基团羟基为活性基团半胱氨酸，半胱氨酸，Cysteine,Cys(C)极性中性极性中性R基团基团亚甲基连接一个巯基亚甲基连接一个巯基强还原性强还原性极性非带电极性非带电R基团基团天冬酰胺天冬酰胺Asparagine,Asn(N)甲酰胺基（甲酰胺基（carboxamide ）极性非带电极性非带电R基团基团谷氨酰胺，谷氨酰胺，Glutamine，Gln（Q)碱性氨基酸碱性氨基酸(带正电带正电R基团基团)+赖氨酸，赖氨酸，Lysine，Lys（K)侧链连接一个氨基，为碱性侧链连接一个氨基，为碱性氨基酸氨基酸EAA碱性氨基酸碱性氨基酸精氨酸，精氨酸，Arg（R)含胍基，含胍基，碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸组氨酸，组氨酸，His（H)含咪唑基含咪唑基，碱性氨基酸碱性氨基酸EAA+碱性氨基酸碱性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸-带负电带负电R R基团基团天冬氨酸，天冬氨酸，Asp(D)酸性氨基酸酸性氨基酸谷氨酸，谷氨酸，Glu(E)酸性氨基酸酸性氨基酸二）R侧链的特殊性及其作用n n1 1）TyrSerThr-OHTyrSerThr-OH：蛋白质的活性部位：蛋白质的活性部位：蛋白质的活性部位：蛋白质的活性部位;n n2 2）LeuLeu、IleIle、ValVal、MetMet等：侧链是较大（疏水力）等：侧链是较大（疏水力）等：侧链是较大（疏水力）等：侧链是较大（疏水力）;n n3 3）ProPro：杂环，构象的灵活性差：杂环，构象的灵活性差：杂环，构象的灵活性差：杂环，构象的灵活性差;n n4 4）Phe Phe TrpTrp TyrTyr:257nm:257nm280nm280nm276nm276nmn n5 5）两）两）两）两CysCys残基的残基的残基的残基的巯基巯基巯基巯基可以形成可以形成可以形成可以形成二硫键二硫键二硫键二硫键：对形成和稳：对形成和稳：对形成和稳：对形成和稳定定定定ProteinProtein的特定结构起着重要的作用。的特定结构起着重要的作用。的特定结构起着重要的作用。的特定结构起着重要的作用。n n6 6 6 6）TyrTyrTyrTyr、CysCysCysCys、AspAspAspAsp、GluGluGluGlu、HisHisHisHis、LysLysLysLys和和和和ArgArgArgArg带有离带有离带有离带有离子化的侧链，可以接受或提供质子。子化的侧链，可以接受或提供质子。子化的侧链，可以接受或提供质子。子化的侧链，可以接受或提供质子。n n7 7 7 7）AsnAsnAsnAsn、GlnGlnGlnGln、SerSerSerSer、ThrThrThrThr、TyrTyrTyrTyr：侧链侧链侧链侧链可以参与形可以参与形可以参与形可以参与形成氢键。成氢键。成氢键。成氢键。三、氨基酸的种类 已发现已发现已发现已发现500500多种多种多种多种1 1、标准氨基酸（、标准氨基酸（、标准氨基酸（、标准氨基酸（proteinogenic or standard amino acidsproteinogenic or standard amino acids ）：）：）：）：合成蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质的2222（2323？）种？）种？）种？）种AAAA 20202020种种种种通用密码子通用密码子通用密码子通用密码子编码的氨基酸编码的氨基酸编码的氨基酸编码的氨基酸 S S S Selenocysteineelenocysteineelenocysteineelenocysteine(硒代硒代硒代硒代半胱氨酸）：半胱氨酸）：半胱氨酸）：半胱氨酸）：密码子密码子密码子密码子UGAUGAUGAUGA P P P Pyrrolysineyrrolysineyrrolysineyrrolysine（吡咯吡咯吡咯吡咯赖氨酸）：密码子赖氨酸）：密码子赖氨酸）：密码子赖氨酸）：密码子UAGUAGUAGUAG N-FormylmethionineN-FormylmethionineN-FormylmethionineN-Formylmethionine（N-N-N-N-甲酰蛋氨酸）：起始密码子甲酰蛋氨酸）：起始密码子甲酰蛋氨酸）：起始密码子甲酰蛋氨酸）：起始密码子AUGAUGAUGAUG 硒代半胱氨酸，硒代半胱氨酸，Selenocysteine,Sec(U)(R)-2-胺基-3-氢硒基丙酸 吡咯吡咯赖氨酸，赖氨酸，Pyrrolysine，Pyl(O)N-甲酰蛋氨酸（甲酰蛋氨酸（N-Formylmethionine，fMet)n nselenocysteineselenocysteine and and pyrrolysinepyrrolysine,are incorporated into,are incorporated into proteins by unique synthetic mechanisms.proteins by unique synthetic mechanisms.n nSelenocysteineSelenocysteine is incorporated when the mRNA being is incorporated when the mRNA being translated includes a translated includes a SECIS elementSECIS element,which causes the,which causes the UGA codon to encode selenocysteine instead of a UGA codon to encode selenocysteine instead of a stop stop codoncodon.n nPyrrolysinePyrrolysine is used by some is used by some methanogenicmethanogenic archaeaarchaea in in enzymes that they use to produce enzymes that they use to produce methanemethane.It is coded.It is coded for with the codon UAG,which is normally a stop for with the codon UAG,which is normally a stop codon in other organisms.This UAG codon is codon in other organisms.This UAG codon is followed by a followed by a PYLIS downstream sequencePYLIS downstream sequence.n nNN-Formylmethionine-Formylmethionine(fMet)is a (fMet)is a proteinogenicproteinogenic amino amino acidacid.It is a derivative of the.It is a derivative of the amino acidamino acid methioninemethionine in in which a which a formylformyl group has been added to the group has been added to the aminoamino groupgroup2、修饰氨基酸（稀有氨基酸）修饰氨基酸（稀有氨基酸）：蛋白质：蛋白质合成合成后后，氨基酸残基的某些基团被修饰后形成，氨基酸残基的某些基团被修饰后形成的氨基酸。的氨基酸。没有相应的密码子没有相应的密码子 修饰方式：甲基化、乙酰化、羟基化、修饰方式：甲基化、乙酰化、羟基化、羧基化、磷酸化等。羧基化、磷酸化等。如：如：4-羟脯氨基酸、羟脯氨基酸、5-羟赖氨酸羟赖氨酸胶原蛋白中胶原蛋白中4-4-羟脯氨基酸羟脯氨基酸羟脯氨基酸羟脯氨基酸胶原蛋白中胶原蛋白中5-羟赖氨酸羟赖氨酸肌球蛋白肌球蛋白6-N-甲基赖氨酸甲基赖氨酸凝血酶原凝血酶原3、非蛋白质氨基酸、非蛋白质氨基酸 既不是合成氨基酸的原料，也不是蛋白质的既不是合成氨基酸的原料，也不是蛋白质的水解产物。水解产物。D-氨基酸氨基酸 或或，-氨基酸氨基酸 瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸瓜氨酸、鸟氨酸、同型半胱氨酸等等 四、氨基酸的理化性质四、氨基酸的理化性质n n（一）兼性离子形式n n（二）两性性质和等电点n n（三）其他理化性质（一）两性解离和等电点（一）两性解离和等电点n n1 1、两性电解质、两性电解质、两性电解质、两性电解质:既能接受质子（碱）又能释放质子既能接受质子（碱）又能释放质子既能接受质子（碱）又能释放质子既能接受质子（碱）又能释放质子（酸）。（酸）。（酸）。（酸）。n n2 2、等电点（、等电点（、等电点（、等电点（pIpI）n n 使氨基酸离解成阳性离子和阴性离子的趋势和程使氨基酸离解成阳性离子和阴性离子的趋势和程使氨基酸离解成阳性离子和阴性离子的趋势和程使氨基酸离解成阳性离子和阴性离子的趋势和程度相等，总带电荷为零（呈电中性）时的溶液度相等，总带电荷为零（呈电中性）时的溶液度相等，总带电荷为零（呈电中性）时的溶液度相等，总带电荷为零（呈电中性）时的溶液pHpH值。值。值。值。兼性离子形式兼性离子形式中性氨基酸的中性氨基酸的中性氨基酸的中性氨基酸的pIpI等于等于等于等于a a羧羧羧羧基基基基和和和和a a氨基氨基氨基氨基解离常数解离常数解离常数解离常数负负负负对数对数对数对数和的一半和的一半和的一半和的一半 pIpI1/2(pK1/2(pK1 1+pK+pK2 2)酸性氨基酸的酸性氨基酸的pI碱性氨基酸的碱性氨基酸的pIn n3 3、氨基酸在不同、氨基酸在不同、氨基酸在不同、氨基酸在不同pHpH溶液中的带电情况溶液中的带电情况溶液中的带电情况溶液中的带电情况n n溶液溶液溶液溶液pHpI,pHpI,pHpI,氨基酸带负电荷，在电泳时向正极运动。氨基酸带负电荷，在电泳时向正极运动。氨基酸带负电荷，在电泳时向正极运动。氨基酸带负电荷，在电泳时向正极运动。（二）其他理化性质1.旋光性旋光性:能使偏振光振动平面旋转能使偏振光振动平面旋转2.构型：具有手性碳原子化合物的空间构象构型：具有手性碳原子化合物的空间构象 CAR走向（走向（逆时针逆时针L)3.紫外吸收性质紫外吸收性质 三种氨基酸（三种氨基酸（Trp、Tyr、Phe）280nm4.茚三酮反应n n氨基酸氨基酸 水合茚三酮水合茚三酮 氨氨还原茚三酮还原茚三酮CO2n n氨氨还原茚三酮还原茚三酮水合茚三酮水合茚三酮 蓝紫色物质蓝紫色物质3H2O Proline：orange/yellow colour.弱酸（共热）弱酸（共热）第三节 蛋白质的结构一、肽键和肽链（一）肽键（一）肽键（二）肽链（二）肽链（一）肽键（一）肽键n n1.1.肽键肽键肽键肽键（peptide peptide bondbond）合成肽链时，合成肽链时，合成肽链时，合成肽链时，前一个氨基前一个氨基前一个氨基前一个氨基酸酸酸酸 的的的的 羧基羧基羧基羧基与下一个氨与下一个氨与下一个氨与下一个氨基酸的基酸的基酸的基酸的 氨氨氨氨基通过脱水基通过脱水基通过脱水基通过脱水作用形成的作用形成的作用形成的作用形成的酰胺键酰胺键酰胺键酰胺键.2.肽键的刚性：肽键具有部分双键性质 酰胺氮（含）孤对电子和羰基产生共振相互作用，形成共振杂化体3.肽键平面（酰胺平面）参与肽键的六个原子位于同一平面，不能自由转动,称为肽平面。（二）肽链（二）肽链（peptide chain）n n肽链：许多氨基酸通过肽键连接在一起形成的长链，即多肽链的主链（main chain）n n方向性：N端（氨基端）和C端（羧基端）n n氨基酸残基（amino acid residuen n重复单位：N-CaCn n肽链有形成氢键的倾向二二、寡肽、多肽和蛋白质、寡肽、多肽和蛋白质（一）相关概念n n肽（peptide）：氨基酸通过肽键连接形成的产物n n1.寡肽（oligopeptide）:10AA 谷胱甘肽:3肽，还原剂 促甲状腺释放激素：3肽 血管加压素、催产素（垂体后叶）：9肽 脑啡肽（为神经肽）：5肽 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)结构结构:Glu、Cys和和Gly组成的三肽组成的三肽Glu的的-羧基羧基参与形成肽键参与形成肽键SH为活性基团为活性基团GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+主要功能主要功能:是体内重要的是体内重要的还原剂还原剂n n2.多肽（polypeptide）:10AA 50AA n n 天然的多肽链一般在50-200AAn n 27,000AA(肌联蛋白）三、三、蛋白质的结构蛋白质的结构（一）一级结构（一）一级结构（Primary structure）n n1 概念n n是指多肽链从N端到C端的氨基残基种类、数量和顺序。n n2主要的化学键：肽键,二硫键n n3由遗传物质DNA分子上相应核苷酸序列即遗传密码决定的610771920(二二)二级结构二级结构(Secondary structure)n n1、定义 是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即蛋白质主链原子的局部空间排布（不涉及侧链原子的位置）。2、二级结构的主要类型、二级结构的主要类型n n-螺旋(-helix)n n-片层（-折叠，-pleated sheet ）n n-转角(-turn)n n无规则卷曲（random coil）n n-螺旋(-helix)维持二级结构的化学键：氢键（1）螺旋螺旋n n多肽链主链的一段（肽段），从N端到C端形成顺时针方向的右手螺旋结构。结构要点结构要点 n n多肽链多肽链主链主链围绕中心轴形成围绕中心轴形成右手螺旋右手螺旋，侧侧链链伸向螺旋外侧。伸向螺旋外侧。n n每圈螺旋含每圈螺旋含3.6个氨基酸残基个氨基酸残基（13个原子），个原子），螺距为螺距为0.54nmn n每个肽键的每个肽键的亚氨氢亚氨氢（NH）和它和它前面前面（earlier）的第四个肽键的）的第四个肽键的羰基氧羰基氧（C=O）形成形成氢键氢键；氢键氢键方向方向与螺旋长轴基本平行与螺旋长轴基本平行。氨基酸残基氨基酸残基R侧链在螺旋外侧侧链在螺旋外侧n nPro很少在该二级结构中出现；n n相邻氨基酸残基带有相同电荷时会影响螺旋的稳定（多聚赖氨酸，pH7.0,pH12.0)；n n常见于肌红蛋白、血红蛋白、胶原蛋白、跨膜蛋白、角蛋白中（2）-片层（片层（-折叠）（折叠）（-pleated sheet structure）n n常见于脂肪蛋白、丝心蛋白（无弹性）n n2数个肽段平行或反向平行聚积在一起；n n肽段之间走向可以相同或相反相邻肽段之间经相邻肽段之间经C=OC=O与与NHNH间形成的间形成的氢键氢键来维系；来维系；氢键方向与肽链长轴方向相氢键方向与肽链长轴方向相垂直；垂直；n n肽链充分伸展肽链充分伸展肽链充分伸展肽链充分伸展，相邻肽键平面略呈，相邻肽键平面略呈锯齿状锯齿状n n侧链侧链侧链侧链交错交错交错交错位于片层的位于片层的位于片层的位于片层的上下两侧上下两侧上下两侧上下两侧；n n每个肽段以C为旋转点（3）转角（转角（turn）n n指肽链出现180左右转向回折形成的“U”形有规律的二级结构单元。n n含含含含4 4 4 4个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基个氨基酸残基，第一个氨基酸残基与第四个形成，第一个氨基酸残基与第四个形成，第一个氨基酸残基与第四个形成，第一个氨基酸残基与第四个形成氢键，氢键，氢键，氢键，第二个AA多为Pron n球状蛋白质（4）-螺旋（螺旋（-helix）n n左手螺旋n n肽链以4.4个氨基酸残基（18原子）盘旋一圈n n氢键与螺旋长轴基本平行n n 胶原蛋白（5）无规则卷曲（）无规则卷曲（random coil）n n没有确定规律性的肽链结构没有确定规律性的肽链结构。3.模体（模体（motif）n n蛋白质分子中，二级结构单元有规则地聚集在一起形成混合或均有的空间构象，又称超二级结构（a supersecondary structure）。n n、和T等n n钙结合蛋白中的钙结合模体。n n锌指结构n nTwo beta strands with Two beta strands with an alpha helix end an alpha helix end folded over to bind a folded over to bind a zinc ion.Important in zinc ion.Important in DNA binding proteinsDNA binding proteins。（三）三级结构（tertiary structure）n n定义：定义：是指整条多肽链中所有氨基酸残基是指整条多肽链中所有氨基酸残基的相对空间位置的相对空间位置(肽链上所有原子的相对空肽链上所有原子的相对空间位置间位置).n n化学健：化学健：疏水键疏水键和和氢键、离子键氢键、离子键、范德华、范德华力力等来维持其空间结构的相对稳定。等来维持其空间结构的相对稳定。n n8 8个个 螺旋螺旋（7575aaaa）通通过转过转角、角、LoopLoop或随意卷曲或随意卷曲连连接，接，进进一步卷曲形成三一步卷曲形成三级结级结构。构。n n多数疏水性多数疏水性AAAA位于球位于球形形结结构内部。构内部。肌红蛋白肌红蛋白结构域结构域(domain)n n蛋白质三级结构中，折叠紧凑、可被分割蛋白质三级结构中，折叠紧凑、可被分割成独立的球状或纤维状，成独立的球状或纤维状，具有特定功能具有特定功能的的区域区域，称为结构域。，称为结构域。n n结构域通常是几个超二级结构单元的组合；n n是构成蛋白质三级结构的基本单元是构成蛋白质三级结构的基本单元。n nA A protein domain is a part protein domain is a part of protein sequence and of protein sequence and structure that can evolve,structure that can evolve,function,and exist function,and exist independently of the rest independently of the rest of the protein chain.of the protein chain.n ncompact structurecompact structure、functionfunction、folding folding autonomouslyautonomously（individual individual hydrophobic core hydrophobic core）n n pyruvate kinasepyruvate kinase：an an regulatory domain,an/-regulatory domain,an/-substrate binding domain substrate binding domain and an/-nucleotide and an/-nucleotide binding domain.binding domain.（四）四级结构（四）四级结构（Quarternary structure）n n概念1：蛋白质分子中几条各具独立三级结构的多肽链间相互结集和相互作用，排列形成的更高层次的空间构象。n n概念2：是指蛋白质分子中各亚基的空间排布和相互作用。n n亚基：蛋白质分子含有两条或两条以上多肽链，且每一条多肽链都有完整的三级结构，称为亚基（subunit)。n n作用力：亚基间以离子键、氢键、疏水力连接。此外，范德华力、二硫键(如抗体）。n n亚基数多为偶数n n亚基为同种或不同种n n、等命名 n n具四级结构的蛋白质分子，亚基单独存在不具有生物活性四、参与蛋白质的正确折叠的几种物质四、参与蛋白质的正确折叠的几种物质n nProtein folding is a very active area of research and is certainly not completely understood.n n分子伴侣n n折叠酶（一）分子伴侣（一）分子伴侣 (chaperone)定义：定义：一类一类在序列上没有相关性但有共同功在序列上没有相关性但有共同功能，在细胞中能够帮助其他多肽链（或核酸）折能，在细胞中能够帮助其他多肽链（或核酸）折叠或解折叠、组装或分解的叠或解折叠、组装或分解的蛋白蛋白称为分子伴侣。称为分子伴侣。如热休克蛋白如热休克蛋白*可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，使新生肽链正确折叠。使新生肽链正确折叠。*与错误聚集的肽段结合，诱导其正确折叠。与错误聚集的肽段结合，诱导其正确折叠。*对蛋白质分子中二硫键的正确形成起重要的作用。对蛋白质分子中二硫键的正确形成起重要的作用。作用：作用：（二）折叠酶（二）折叠酶n n定义：催化与折叠直接有关的化学反应的定义：催化与折叠直接有关的化学反应的酶。酶。n n肽酰肽酰脯氨酰脯氨酰顺顺-反异构酶反异构酶n n蛋白质二硫键异构酶：催化新生肽链中二蛋白质二硫键异构酶：催化新生肽链中二硫键的相互转换，保证正确二硫键的形成。硫键的相互转换，保证正确二硫键的形成。第四节蛋白质分子结构和功能的关系一、一级结构和功能的关系一、一级结构和功能的关系（一）一级结构是形成高级结构的分子基础一级结构是形成高级结构的分子基础例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-Val His Leu Thr Pro Glu Glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-Val His Leu Thr Pro Val Glu C(146)（二）蛋白质一级结构的改变，二）蛋白质一级结构的改变，可能可能引起其引起其功能的异常或丧失（功能的异常或丧失（“分子病分子病”）这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。（三）同功能蛋白质序列的种属差（三）同功能蛋白质序列的种属差异与保守性异与保守性n n1、蛋白质的活性中心的以及维持构象的氨基酸在不同种属之间的保守性很高。n n2、同功能蛋白质在种属之间的氨基酸序列差异程度与这些种属在亲缘关系远近大体上平行。二、空间结构和功能的关系n n（一）蛋白质分子的空间结构是其发挥生（一）蛋白质分子的空间结构是其发挥生物学活性的基础物学活性的基础。n n血红蛋白血红蛋白（homoglobin）n n1、血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧血红蛋白的构象变化与结合氧 n n氧饱和度氧饱和度n n变构蛋白变构蛋白变构蛋白变构蛋白n n协同效应协同效应协同效应协同效应肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的的氧解离曲线氧解离曲线n n（二）蛋白质（二）蛋白质（二）蛋白质（二）蛋白