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第二章-蛋白质化学.pptx
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1、生物化学生物化学BiochemistryBiochemistry第二章第二章蛋白质化学蛋白质化学第一节第一节蛋白质的化学组成蛋白质的化学组成第二节第二节蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构一级结构蛋白质的蛋白质的结构层次结构层次四级结构二级结构三级结构氨基酸一、蛋白质的一级结构(一)蛋白质一级结构的概念指多肽链中氨基酸(残基)的排列顺序。含有二硫键也包括生成二硫键的半胱氨酸残基位置区分不同蛋白质最基本、最重要的标志之一是空间结构的基础二、蛋白质的空间结构蛋白质分子中各个原子、各个基团在三维空间的相对位置。决定蛋白质性质和功能的结构基础(一)维持蛋白质空间结构的化学键共价键次级键氢键盐键疏水键范德华
2、引力(二)蛋白质的二级结构的概念及类型指多肽链指多肽链主链骨架主链骨架盘旋盘旋折叠形成折叠形成的局部有规则的空间结构的局部有规则的空间结构不涉及氨基酸残基不涉及氨基酸残基R侧链的构象侧链的构象1.-螺旋螺旋绝大部分是绝大部分是右手右手螺旋螺旋氨基酸残基的R-侧链位于螺旋外侧蛋白质多肽链像螺旋蛋白质多肽链像螺旋一样盘曲上升,每一样盘曲上升,每3.63.6个氨基酸残基螺旋上个氨基酸残基螺旋上升一圈,每圈螺旋的升一圈,每圈螺旋的高度为高度为0.54nm0.54nm,每个,每个氨基酸残基沿轴上升氨基酸残基沿轴上升0.15nm0.15nm。在同一肽链内在同一肽链内相邻的螺圈相邻的螺圈之间形成氢之间形成氢
3、链。链。2.-折叠折叠是肽键中比较伸展的空间结构是肽键中比较伸展的空间结构肽链的主链略呈锯齿状或扇形肽链的主链略呈锯齿状或扇形折叠构象折叠构象-折叠可由折叠可由25个肽段之间经个肽段之间经C=O与与N-H形成氢键形成形成氢键形成,氢键方氢键方向与肽链长轴方向垂直。向与肽链长轴方向垂直。氢键氢键组成组成-折叠的氨基酸分子通常较小折叠的氨基酸分子通常较小,R基团处于折叠的上下基团处于折叠的上下-折叠折叠可塑性大可塑性大蚕丝蚕丝蜘蛛羊很多科学家把蜘蛛丝叫做很多科学家把蜘蛛丝叫做“生物钢生物钢”,有,有着超强的抗张强度。研究人员称,如果把很多着超强的抗张强度。研究人员称,如果把很多蜘蛛丝拧成一股绳的话
4、,它足够强韧,可制成蜘蛛丝拧成一股绳的话,它足够强韧,可制成防弹背心、降落伞绳,或者从飞机到航母等设防弹背心、降落伞绳,或者从飞机到航母等设备。备。蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造腱,支蜘蛛丝还可被制成人造韧带和人造腱,支撑组织、骨骼和神经细胞,让它们在生长期间撑组织、骨骼和神经细胞,让它们在生长期间保持稳定。保持稳定。2010年年11月月29日美国科学家把蜘蛛日美国科学家把蜘蛛DNA添加到添加到山航山航DNA中,使得羊奶经过提炼晒干后变成蜘中,使得羊奶经过提炼晒干后变成蜘蛛丝。蛛丝。-折叠折叠 -折叠有两种类型。一种为平行式,折叠有两种类型。一种为平行式,即所有肽链的即所有肽链的N-端都在同一
5、边。另一种端都在同一边。另一种为反平行式,即相邻两条肽链的方向相为反平行式,即相邻两条肽链的方向相反。反。3.转角转角(-turn)肽链出现肽链出现1801800 0回折的转角处形成回折的转角处形成的的U U型结构称为型结构称为-转角。转角。多发生在含甘氨酸或脯氨酸残基多发生在含甘氨酸或脯氨酸残基处处对球蛋白形成很重要对球蛋白形成很重要大多存在球蛋白分子表面大多存在球蛋白分子表面由四个氨基酸残基组成由四个氨基酸残基组成,弯曲处的第一个弯曲处的第一个氨基酸残基的氨基酸残基的 -C=O-C=O 和第四个残基的和第四个残基的 N-N-H H 之间形成氢键,形成一个不很稳定的环之间形成氢键,形成一个不
6、很稳定的环状结构。状结构。没有共同规律的空间结构没有共同规律的空间结构,无序构象总称无序构象总称,也象其他二级也象其他二级结构结构 一样是明确而稳定的结构,这类结构常构成酶活性一样是明确而稳定的结构,这类结构常构成酶活性部位和其他一些蛋白质特异的功能部位。部位和其他一些蛋白质特异的功能部位。4.4.无规卷曲(无规卷曲(random coilrandom coil)H2NCOOH核糖核酸酶分子中的二级结构-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲-螺旋螺旋(三三)蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构1.1.概念概念蛋白质的三级结构是指在二级结构基蛋白质的三级结构是指在二级结构基础上,多肽链再进一步折叠盘绕
7、成更础上,多肽链再进一步折叠盘绕成更复杂的空间结构复杂的空间结构.包括由主链和侧链包括由主链和侧链原子在空间排布所形成的全部分子结原子在空间排布所形成的全部分子结构构.由于多肽链进一步盘曲折叠使得多肽链长轴缩短而成球状或椭圆形一些在一级结构上相距很远的R基团经过折叠后在空间结构上可以相互靠近形成能发挥生物学功能的特定区域如酶的活性中心.2、三级结构的特点亲水基团位于分子表面亲水基团位于分子表面疏水疏水R-侧链内裹形成疏水分子侧链内裹形成疏水分子内核内核分子内部形成疏水键和氢键等分子内部形成疏水键和氢键等维持空间结构维持空间结构分子表面有空穴(裂沟、凹槽分子表面有空穴(裂沟、凹槽或口袋等)往往是
8、活性中心或口袋等)往往是活性中心蛋白质的三级结构研究最早的肌蛋白质的三级结构研究最早的肌红蛋白,肌红蛋白是哺乳动物肌红蛋白,肌红蛋白是哺乳动物肌肉中运输氧的蛋白质,由一条多肉中运输氧的蛋白质,由一条多肽链构成,有肽链构成,有153个氨基酸残基和个氨基酸残基和一个血红素辅基一个血红素辅基鲸肌红蛋白鲸肌红蛋白(四四)蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构 两个或以上的具有独立三级两个或以上的具有独立三级结构的多肽链集结结构的多肽链集结,并经非共价键并经非共价键缔合而成的蛋白质空间结构缔合而成的蛋白质空间结构.具有独立三级结构的具有独立三级结构的多肽链多肽链称为亚基称为亚基.一般来说亚基不具有生物活性,一
9、般来说亚基不具有生物活性,即使有也很小,只有当这些亚基即使有也很小,只有当这些亚基聚合成一个完整的蛋白质分子后,聚合成一个完整的蛋白质分子后,才具有生物活性。才具有生物活性。如血红蛋白如血红蛋白 血红蛋白是由四个亚基组成,血红蛋白是由四个亚基组成,2个个-亚基,亚基,2个个-亚基,每个亚基由亚基,每个亚基由一条多肽链与一个血红素辅基组一条多肽链与一个血红素辅基组成成。个亚基以正四面体的方式。个亚基以正四面体的方式排列,彼此之间以非共价键相连排列,彼此之间以非共价键相连(主要是离子键、氢键)(主要是离子键、氢键)。三蛋白质分子结构与功能的关系(一)蛋白质分子一级结构和功能的关系一级结构不同,生物
10、学功能各一级结构不同,生物学功能各异异蛋白质分子中关键活性部位氨基酸残基的改变会影响其生理功能甚至造成分子病 仅仅由于这一点微细的差别,就使患仅仅由于这一点微细的差别,就使患者的红血球在氧气缺乏时呈镰刀状,者的红血球在氧气缺乏时呈镰刀状,易胀破发生溶血,运氧机能降低,引易胀破发生溶血,运氧机能降低,引起头昏,胸闷等贫血症状。起头昏,胸闷等贫血症状。HbA-链:链:Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-LysHbS-链:链:Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys促肾上腺皮质激素或胰岛素促肾上腺皮质激素(促肾上腺皮质激素(ACTH),由),由39个氨基酸残
11、基组成,不同种属动物的个氨基酸残基组成,不同种属动物的ACTH,其,其N端端124的氨基酸残基的氨基酸残基相同,若切去相同,若切去2539片段,余下片段,余下124肽仍具有全部活性,若在肽仍具有全部活性,若在N末端切末端切去一个氨基酸,反而会使活性明显降去一个氨基酸,反而会使活性明显降低。这表明低。这表明124肽是肽是ACTH的的“关键关键”部分。部分。非关键部位氨基酸残基的改变或缺失不影响生物活性用化学法合成用化学法合成ACTH时,只需合时,只需合成有活性的成有活性的24肽即可,不必合肽即可,不必合成成39肽。肽。一级结构中一级结构中“关键部分关键部分”相同,功相同,功能也相同能也相同不同来
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