生物化學(xué)：Chapter 3 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

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1、生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第第 三三 章章Structure and Function of Protein生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能與分類(lèi)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能與分類(lèi)第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成第三節(jié)第三節(jié) 肽肽第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第六節(jié)第六節(jié) 蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)與分離純化內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多是

2、由許多氨基酸氨基酸(amino acids)通過(guò)通過(guò)肽鍵肽鍵(peptide bond)相連形成的相連形成的高分高分子含氮化合物子含氮化合物。蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是含量最豐蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是含量最豐富的生物大分子，具有多種生物學(xué)功能。富的生物大分子，具有多種生物學(xué)功能。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第第 一一 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能與分類(lèi)與分類(lèi)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. 作為生物催化劑作為生物催化劑酶酶2. 細(xì)胞組織構(gòu)成細(xì)胞組織構(gòu)成結(jié)構(gòu)蛋白如微管蛋白、膜蛋白等結(jié)構(gòu)蛋白如微管蛋白、膜蛋白等3. 激素功能激素功能胰島素、促甲腎上

3、腺素等胰島素、促甲腎上腺素等4. 運(yùn)動(dòng)功能運(yùn)動(dòng)功能肌動(dòng)蛋白、纖毛蛋白等肌動(dòng)蛋白、纖毛蛋白等5. 防御功能防御功能抗體、干擾素等抗體、干擾素等6. 運(yùn)輸功能運(yùn)輸功能血紅蛋白結(jié)合運(yùn)輸氧血紅蛋白結(jié)合運(yùn)輸氧7. 信息傳遞信息傳遞膜上的受體蛋白膜上的受體蛋白8. 調(diào)節(jié)作用調(diào)節(jié)作用轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞周期蛋白等轉(zhuǎn)錄因子、細(xì)胞周期蛋白等9. 儲(chǔ)存功能儲(chǔ)存功能種子貯藏蛋白、血漿白蛋白種子貯藏蛋白、血漿白蛋白10. 糖蛋白糖蛋白肌體保護(hù)、載體、信號(hào)識(shí)別肌體保護(hù)、載體、信號(hào)識(shí)別一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能一、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、蛋白質(zhì)的分類(lèi)二、蛋白質(zhì)的分類(lèi) 結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) =

4、 = 蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分（輔基）非蛋白質(zhì)部分（輔基）* * 根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分 簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)（水解產(chǎn)生氨基酸）簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)（水解產(chǎn)生氨基酸）* * 根據(jù)蛋白質(zhì)形狀根據(jù)蛋白質(zhì)形狀 纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)（含量多）球狀蛋白質(zhì)（含量多）難溶于水難溶于水多數(shù)可溶于水多數(shù)可溶于水生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第第 二二 節(jié)節(jié)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一一、蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素組成主要有主要有C、H、O、N和和S。 有些蛋白質(zhì)含有少量有些

5、蛋白質(zhì)含有少量P或金屬元素或金屬元素Fe、Cu、Zn、Mn、Mo，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有 I 。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)的含氮量平均為蛋白質(zhì)的含氮量平均為16，可用于蛋，可用于蛋白質(zhì)定量。白質(zhì)定量。 通過(guò)樣品含氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量的公式：通過(guò)樣品含氮量計(jì)算蛋白質(zhì)含量的公式：蛋白質(zhì)含量蛋白質(zhì)含量 ( g ) = 含氮量含氮量( g ) 6.25 蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、氨基酸（二、氨基酸（amino acidamino acid，AAAA） 蛋白質(zhì)的基本組成單位蛋白質(zhì)的基本組成單位在各種生物體中已發(fā)現(xiàn)

6、的氨基酸有在各種生物體中已發(fā)現(xiàn)的氨基酸有200余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有僅有20種，稱為蛋白質(zhì)氨基酸。種，稱為蛋白質(zhì)氨基酸。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry氨基酸的結(jié)構(gòu)通式氨基酸的結(jié)構(gòu)通式生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 除脯氨酸是一種除脯氨酸是一種亞氨基酸外，其余亞氨基酸外，其余的都是的都是氨基酸。氨基酸。CHCH2H2CH2CNHCOOH 脯氨酸脯氨酸的結(jié)構(gòu)式的結(jié)構(gòu)式亞氨基亞氨基生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryRH2NCOOHCH 氨基酸的結(jié)構(gòu)通式氨基酸的結(jié)構(gòu)通式（L-L-氨基酸）氨基酸） 除甘氨酸外，其它除甘氨酸外，其它

7、蛋白質(zhì)氨基酸都是蛋白質(zhì)氨基酸都是L-氨基酸。氨基酸。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 氨基酸中與羧基直接相連的碳原子上有個(gè)氨基，這個(gè)氨基酸中與羧基直接相連的碳原子上有個(gè)氨基，這個(gè)碳原子上連的基團(tuán)或原子都不一樣，稱碳原子上連的基團(tuán)或原子都不一樣，稱手性碳原子手性碳原子，當(dāng)一，當(dāng)一束偏振光通過(guò)它們時(shí)，光的偏振方向?qū)⒈恍D(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)束偏振光通過(guò)它們時(shí)，光的偏振方向?qū)⒈恍D(zhuǎn)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)的方向分為左旋和右旋即的方向分為左旋和右旋即L L型和型和D D型。型。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryH甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H生物化學(xué)生物化學(xué)

8、 Biochemistry（一）氨基酸的分類(lèi)（一）氨基酸的分類(lèi) 根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì)根據(jù)側(cè)鏈基團(tuán)性質(zhì)1. 非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸3. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 堿性氨基酸堿性氨基酸極性極性氨基酸氨基酸生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. 非極性疏水性氨基酸（非極性疏水性氨基酸（8種）種）側(cè)鏈側(cè)鏈R R基團(tuán)極性很小，多為烴基，具有疏水性?；鶊F(tuán)極性很小，多為烴基，具有疏水性。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 極性中性氨基酸（極性中性氨基酸（7種）種）Tryptophan (Try)Methionine (Met)Cysteine

9、(Cys)Serine (Ser)色色氨氨酸酸絲絲氨氨酸酸酪酪氨氨酸酸半半胱胱氨氨酸酸蛋蛋氨氨酸酸CH2CHNH3COO天天冬冬酰酰胺胺Asparagine (Asn)谷谷氨氨酰酰胺胺Glutamine (Gln)NHCHCCH2CHNH3COOHOCH2CHNH3COOHSCH2CHNH3COOTyrosine (Tyr)HOCH2CHNH3COOCH3SCH2CH2CHNH3COOCCH CHNH3COOH3CCH2CHNH3COOH2NOCH2CH2NOHO 蘇蘇氨氨酸酸Threonine (Thr)HCHNH3COOH3CCHNH3COOCHCHNH3COOH3CH3CCH2CHNH3

10、COOCHH3CH3CCHCHNH3COOCH2H3CH3CGlycine(Gly)Isoleucine (Ile)Leucine (Leu)Valine (Val)Alanine (Ala)甘甘氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸纈纈氨氨酸酸亮亮氨氨酸酸異異亮亮氨氨酸酸CH2CHNH3COO苯苯丙丙氨氨酸酸Phenylalanine (Phe)CHCOOH2NH2CCH2CH2脯脯氨氨酸酸Proline (Pro)側(cè)鏈含有側(cè)鏈含有-OH-OH、-SH-SH或或-CONH-CONH2 2等極性基團(tuán)，具有等極性基團(tuán)，具有親水性，但在水溶液中不電離。親水性，但在水溶液中不電離。介于極性和介于極性和非極性之間非極性

11、之間生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 酸性氨基酸（酸性氨基酸（2種）種）Aspartic acid (Asp)Glutamic acid (Glu)天天冬冬氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COOOOCOOC CH2側(cè)鏈含有側(cè)鏈含有-COOH-COOH，能夠解離出，能夠解離出H H+ +，具有酸性。，具有酸性。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry4. 堿性氨基酸（堿性氨基酸（3種）種）Lysine (Lys)精精氨氨酸酸賴賴氨氨酸酸Arginine (Arg) 組組氨氨酸酸CH2CHNH3COOCH2CHNH3COONH2CH2CH2CH2CH2CH

12、NH3COONH2CNHCH2CH2NHHCNCHNHCHistidine (His)側(cè)鏈有易接受側(cè)鏈有易接受H H+ +的基團(tuán)而具有堿性，這些基團(tuán)包括：的基團(tuán)而具有堿性，這些基團(tuán)包括：-NH-NH2 2、胍基、咪唑基。、胍基、咪唑基。胍基胍基咪唑基咪唑基生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryNH2CHCOOHCH2NH2CHCOOHCH22Cys胱氨酸二硫鍵SHSSCH2CHNH2COOH2HCH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸Gly：無(wú)手性碳原子。：無(wú)手性碳原子。Pro：為環(huán)狀亞氨基酸。：為環(huán)狀亞氨基酸。Cys：可形成

13、二硫鍵。：可形成二硫鍵。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry習(xí)慣分類(lèi)方法習(xí)慣分類(lèi)方法1. 芳香族氨基酸：芳香族氨基酸：Trp（色）、（色）、Tyr（酪）、（酪）、Phe（苯丙）（苯丙）2. 含羥基氨基酸：含羥基氨基酸：Ser（絲）、（絲）、Thr（蘇）、（蘇）、Tyr（酪）（酪）3. 含硫氨基酸：含硫氨基酸：Cys（半胱）、（半胱）、Met（蛋）（蛋）4. 雜環(huán)族氨基酸：雜環(huán)族氨基酸：His（組）（組）5. 雜環(huán)族亞氨基酸：雜環(huán)族亞氨基酸：Pro（脯）（脯）6. 支鏈氨基酸：支鏈氨基酸：Val（纈）、（纈）、Leu（亮）、（亮）、Ile（異亮）（異亮）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemis

14、tryCOOHHON4羥基脯氨酸H2NCH2CHCH2CH2CHCOOHOHNH25羥賴氨酸HCH3NHCH2CH2CH2CH2CHCOOHNH2HOIICH2CHCOOHNH26-N-甲基賴氨酸3,5-二碘酪氨酸2. 稀有蛋白質(zhì)氨基酸稀有蛋白質(zhì)氨基酸沒(méi)有遺傳密碼，由常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸滲入多肽鏈沒(méi)有遺傳密碼，由常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸滲入多肽鏈后經(jīng)酶促修飾形成。后經(jīng)酶促修飾形成。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 3. 非蛋白質(zhì)氨基酸：非蛋白質(zhì)氨基酸：以游離或結(jié)合的形式存在于生物界，但以游離或結(jié)合的形式存在于生物界，但不是構(gòu)成蛋白質(zhì)的成分，即不是構(gòu)成蛋白質(zhì)的成分，即蛋白質(zhì)中不存在蛋白質(zhì)中

15、不存在的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸，是代謝途的氨基酸。如：瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸，是代謝途徑中產(chǎn)生的。徑中產(chǎn)生的。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）氨基酸的理化性質(zhì)（二）氨基酸的理化性質(zhì)3. 兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)2. 紫外吸收紫外吸收 4. 呈色反應(yīng)呈色反應(yīng) 1. 氨基酸的溶解性氨基酸的溶解性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1、氨基酸的溶解性氨基酸的溶解性 常見(jiàn)常見(jiàn)-氨基酸均為無(wú)色結(jié)晶，在水中的溶解度差別很氨基酸均為無(wú)色結(jié)晶，在水中的溶解度差別很大，能溶解于稀酸或稀堿中，但一般不能溶解于有機(jī)溶大，能溶解于稀酸或稀堿中，但一

16、般不能溶解于有機(jī)溶劑（脯氨酸和羥脯氨酸溶于乙醇或乙醚），故通常用乙劑（脯氨酸和羥脯氨酸溶于乙醇或乙醚），故通常用乙醇把氨基酸從其溶液中沉淀析出。醇把氨基酸從其溶液中沉淀析出。 氨基酸的味感與其立體構(gòu)型有關(guān)。氨基酸的味感與其立體構(gòu)型有關(guān)。D-D-型氨基酸多數(shù)帶有型氨基酸多數(shù)帶有甜味，甜味最強(qiáng)的是甜味，甜味最強(qiáng)的是D-D-色氨酸，甜度可達(dá)蔗糖的色氨酸，甜度可達(dá)蔗糖的4040倍；倍；L-L-型氨基酸有甜、苦、酸、鮮等型氨基酸有甜、苦、酸、鮮等4 4種不同味感，其中谷種不同味感，其中谷氨酸單鈉鹽是味精的主要成分。氨酸單鈉鹽是味精的主要成分。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 氨基酸的氨基酸

17、的紫外吸收紫外吸收 在紫外光區(qū)，色氨酸（在紫外光區(qū)，色氨酸（TrpTrp）、酪氨酸（）、酪氨酸（TyrTyr）和苯）和苯丙氨酸（丙氨酸（PhePhe）有光吸收，其最大吸收波長(zhǎng)分別為）有光吸收，其最大吸收波長(zhǎng)分別為280nm280nm、275nm275nm和和257nm257nm。 絕大多數(shù)蛋白質(zhì)中都含有這些氨基酸，所以絕大多數(shù)蛋白質(zhì)中都含有這些氨基酸，所以蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)也有紫外吸收能力，一般最大光吸收波長(zhǎng)為也有紫外吸收能力，一般最大光吸收波長(zhǎng)為280nm280nm。 利用紫外吸收法可以方便、快速地測(cè)定這三種氨基利用紫外吸收法可以方便、快速地測(cè)定這三種氨基酸的含量；也可用這種方法粗略測(cè)定樣品中蛋白

18、質(zhì)酸的含量；也可用這種方法粗略測(cè)定樣品中蛋白質(zhì)的含量。的含量。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry色色酪酪苯丙苯丙生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn) 氨基酸分子既含有酸性的氨基酸分子既含有酸性的-COOH-COOH，又含有堿性，又含有堿性的的-NH-NH2 2，前者能提供，前者能提供H H+ +變成變成-COO-COO- -，后者能接受，后者能接受H H+ +變成變成-NH-NH3 3+ +。 在某一在某一pHpH值的溶液中，氨基酸解離成的陽(yáng)離子值的溶液中，氨基酸解離成的陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)和程度相等，氨基酸帶有等量的和陰離子的趨勢(shì)和程度相等

19、，氨基酸帶有等量的正負(fù)電荷，即靜電荷為零，此時(shí)溶液的正負(fù)電荷，即靜電荷為零，此時(shí)溶液的pHpH值成為值成為該該氨基酸的等電點(diǎn)（氨基酸的等電點(diǎn)（isoelectric pointisoelectric point，pIpI）。等電點(diǎn)是氨基酸的特征常數(shù)。等電點(diǎn)是氨基酸的特征常數(shù)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry pH=pI pH=pI時(shí)，靜電荷為零，時(shí)，靜電荷為零，RR+ +=R=R- - ； pHpIpHpIpHpI時(shí)，靜電荷為時(shí)，靜電荷為“-”-”。+RNH3COOCH-pH = pIRNH2COOCH-+ OH-+H+RNH3COOHCH+ OH-+H+pH pI(pK 1)(pK

20、 2)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算：氨基酸等電點(diǎn)的計(jì)算： 側(cè)鏈不含解離基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的側(cè)鏈不含解離基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pKpK1 1和和pKpK2 2的算術(shù)平均值：的算術(shù)平均值： pI = (pKpI = (pK1 1 + pK + pK2 2)/2 )/2 同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其同樣，對(duì)于側(cè)鏈含有可解離基團(tuán)的氨基酸，其pIpI值也決定值也決定于于兩性離子兩邊的兩性離子兩邊的pKpK值的算術(shù)平均值值的算術(shù)平均值。 酸性氨基酸：酸性氨基酸： pI = (pKpI = (pK1 1 + pK + pKR-COOR-CO

21、O- - )/2 )/2 堿性氨基酸：堿性氨基酸： pI= (pKpI= (pK2 2 + pK + pKR-NH2 R-NH2 )/2 )/2 對(duì)于對(duì)于堿性氨基酸堿性氨基酸，只需要將最大的兩個(gè)值相加，只需要將最大的兩個(gè)值相加/2/2 對(duì)于對(duì)于酸性氨基酸酸性氨基酸，只需要將只需要將最小的兩個(gè)值相加，只需要將只需要將最小的兩個(gè)值相加/2/2 氨基酸氨基酸pKpK1 1(COOHCOOH）pKpK2 2 (NHNH2 2）pKpKR R (R(R基團(tuán)）基團(tuán)）pIpI甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸纈氨酸纈氨酸亮氨酸亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸脯氨酸脯氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸色氨酸色氨酸酪氨酸酪氨酸絲氨酸絲氨酸蘇氨酸

22、蘇氨酸半胱氨酸半胱氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸賴氨酸賴氨酸精氨酸精氨酸組氨酸組氨酸2.342.342.342.342.322.322.362.362.362.361.991.991.831.832.382.382.202.202.212.212.112.111.961.962.282.282.022.022.172.171.881.882.192.192.182.182.172.171.821.829.69.69.699.699.629.629.609.609.689.6810.9610.969.139.139.399.399.119.119

23、.159.159.629.628.188.189.219.218.808.809.139.139.609.609.679.678.958.959.049.049.179.1710.0710.0713.6013.6013.6013.6010.2810.283.653.654.254.2510.5310.5312.4812.486.006.005.975.976.026.025.975.975.985.986.026.026.486.485.485.485.595.595.665.665.685.685.875.875.075.075.745.745.415.415.655.652.772.773

24、.223.229.749.7410.7610.767.597.594.氨基酸的呈色反應(yīng)氨基酸的呈色反應(yīng)（1）茚三酮反應(yīng)）茚三酮反應(yīng)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（2）Sanger反應(yīng)反應(yīng)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（3）與異硫氰酸苯酯反應(yīng)）與異硫氰酸苯酯反應(yīng)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry第三節(jié)第三節(jié) 肽肽一、基本概念一、基本概念肽肽(peptide)：一分子氨基酸的一分子氨基酸的-羧基與另一羧基與另一分子氨基酸的分子氨基酸的-氨基脫水縮合而成的化合氨基脫水縮合而成的化合物叫做肽。物叫做肽。肽鍵肽鍵(peptide bond)：是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸

25、的 - -羧基與另一個(gè)氨基酸的羧基與另一個(gè)氨基酸的 - -氨基脫水縮合而氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。形成的化學(xué)鍵。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryH2N C CHR1OHO+N CHHHR2COOHH2OH2N CCHR1ONCHR2COOHH肽鍵肽肽肽鍵中的肽鍵中的C-NC-N鍵具有鍵具有部分雙鍵部分雙鍵的性質(zhì)，的性質(zhì)，不能自由不能自由旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，且肽鍵中的羰基氧和亞氨基氫呈，且肽鍵中的羰基氧和亞氨基氫呈反式排反式排布布，即分居于鏈的兩側(cè)。，即分居于鏈的兩側(cè)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry肽單元肽單元RCCCOORNCN生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二肽、寡肽

26、、多肽：二肽、寡肽、多肽：由由2 2個(gè)氨基酸通過(guò)肽鍵相連個(gè)氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成的肽叫做二肽（形成的肽叫做二肽（dipeptidedipeptide）；由此類(lèi)推，由）；由此類(lèi)推，由3 3個(gè)、個(gè)、4 4個(gè)、個(gè)、5 5個(gè)氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成的肽叫做三個(gè)氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成的肽叫做三肽、四肽、五肽。通常把含幾個(gè)至十幾個(gè)氨基酸殘肽、四肽、五肽。通常把含幾個(gè)至十幾個(gè)氨基酸殘基的肽鏈統(tǒng)稱為寡肽（基的肽鏈統(tǒng)稱為寡肽（oligopeptideoligopeptide），更長(zhǎng)的肽），更長(zhǎng)的肽鏈稱為多肽（鏈稱為多肽（polypeptidepolypeptide），把含），把含5050個(gè)以上氨基個(gè)以上氨基酸殘基

27、的多肽鏈稱為蛋白質(zhì)（酸殘基的多肽鏈稱為蛋白質(zhì)（proteinprotein）。但寡肽、）。但寡肽、多肽、蛋白質(zhì)之間很難劃定嚴(yán)格界限。多肽、蛋白質(zhì)之間很難劃定嚴(yán)格界限。肽鍵數(shù)目肽鍵數(shù)目= =氨基酸數(shù)目氨基酸數(shù)目-1 -1。氨基酸殘基（氨基酸殘基（amino acid residue）：）：由于由于參加肽鍵的形成，肽鏈中的氨基酸已經(jīng)不再具有完參加肽鍵的形成，肽鏈中的氨基酸已經(jīng)不再具有完整的氨基或羧基，因此稱為氨基酸殘基。整的氨基或羧基，因此稱為氨基酸殘基。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry主鏈與側(cè)鏈：主鏈與側(cè)鏈：多肽鏈中的肽鍵通過(guò)多肽鏈中的肽鍵通過(guò)-碳原子連接而成碳原子連接而成的線性結(jié)構(gòu)稱

28、為多肽鏈的主鏈；而多肽鏈中所有氨基的線性結(jié)構(gòu)稱為多肽鏈的主鏈；而多肽鏈中所有氨基酸殘基的酸殘基的R R基則稱為多肽鏈的側(cè)鏈。基則稱為多肽鏈的側(cè)鏈。氨基端和羧基端：氨基端和羧基端：一條多肽鏈的主鏈通常在一端含有一一條多肽鏈的主鏈通常在一端含有一個(gè)個(gè)游離的末端氨基游離的末端氨基，稱為氨基端（，稱為氨基端（amino terminalamino terminal）或）或N N端；在另一端含有一個(gè)端；在另一端含有一個(gè)游離的末端羧基游離的末端羧基，稱為羧基端，稱為羧基端（carboxyl terminalcarboxyl terminal）或）或C C端。習(xí)慣上端。習(xí)慣上N N端寫(xiě)在左側(cè)，端寫(xiě)在左側(cè)，C

29、 C端寫(xiě)在右側(cè)。端寫(xiě)在右側(cè)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry肽平面：肽平面：多肽鏈或蛋白分子中，組成肽鍵的多肽鏈或蛋白分子中，組成肽鍵的C C、O O、N N、H 4H 4個(gè)原子與相鄰的個(gè)原子與相鄰的2 2個(gè)個(gè)C C原子共處一個(gè)平面，稱為肽平原子共處一個(gè)平面，稱為肽平面（面（peptide planepeptide plane）。因肽平面是多肽鏈主鏈的重復(fù)）。因肽平面是多肽鏈主鏈的重復(fù)單位，故肽平面又被稱為肽單位（單位，故肽平面又被稱為肽單位（peptide unitpeptide unit）。）。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry肽平面肽平面肽平面肽平面生物化學(xué)生物化學(xué) B

30、iochemistry二面角：二面角：位于相鄰兩個(gè)肽平面連接處的位于相鄰兩個(gè)肽平面連接處的CC， C-NC-N和和C-CC-C均為單鍵，可自由旋轉(zhuǎn)。一個(gè)肽平面圍繞均為單鍵，可自由旋轉(zhuǎn)。一個(gè)肽平面圍繞C-CC-C旋旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度稱轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度稱；另一個(gè)肽平面圍繞；另一個(gè)肽平面圍繞C-NC-N旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度稱角度稱。這兩個(gè)轉(zhuǎn)角決定了相鄰兩個(gè)肽平面在空間的。這兩個(gè)轉(zhuǎn)角決定了相鄰兩個(gè)肽平面在空間的位置，將這兩個(gè)轉(zhuǎn)角稱為二面角。位置，將這兩個(gè)轉(zhuǎn)角稱為二面角。在多肽鏈中，由于受在多肽鏈中，由于受R R側(cè)鏈的影響及肽平面本身幾何特征的限側(cè)鏈的影響及肽平面本身幾何特征的限制，多肽鏈中的每個(gè)制，多肽鏈

31、中的每個(gè)CC的二面角的二面角和和的組合都是有限的，的組合都是有限的，因而多肽鏈實(shí)際可能形成的空間構(gòu)象也是有限的，天然多肽因而多肽鏈實(shí)際可能形成的空間構(gòu)象也是有限的，天然多肽與蛋白分子往往只存在一種或少數(shù)幾種穩(wěn)定的構(gòu)象。與蛋白分子往往只存在一種或少數(shù)幾種穩(wěn)定的構(gòu)象。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、二、 幾種生物活性肽幾種生物活性肽 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成的三肽三肽 谷氨酸的谷氨酸的 -羧基羧基形成肽鍵形成肽鍵 SH為活性基團(tuán)為活性基

32、團(tuán) 是體內(nèi)重要的是體內(nèi)重要的還原劑還原劑生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryNADPH+H+ GSH過(guò)氧過(guò)氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADP+ 主要功能主要功能: :1. 1. 作為還原劑，保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶的巰基免遭氧化；作為還原劑，保護(hù)體內(nèi)蛋白質(zhì)或酶的巰基免遭氧化；2. 2. 作為還原劑，清除體內(nèi)的作為還原劑，清除體內(nèi)的H H2 2O O2 2；3. GSH3. GSH的巰基具有親核特性，保護(hù)核酸和蛋白免遭毒物損害。的巰基具有親核特性，保護(hù)核酸和蛋白免遭毒物損害。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry肽類(lèi)激素：如肽類(lèi)激素：如促甲狀腺素

33、釋放促甲狀腺素釋放激素（激素（TRH）神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)：在神經(jīng)傳導(dǎo)過(guò)程中起信號(hào)在神經(jīng)傳導(dǎo)過(guò)程中起信號(hào)傳導(dǎo)作用的肽類(lèi)，如腦啡肽傳導(dǎo)作用的肽類(lèi)，如腦啡肽(5 (5肽肽) )、強(qiáng)啡肽、強(qiáng)啡肽(17(17肽肽) )、內(nèi)啡肽、內(nèi)啡肽(31(31肽肽) )等與痛覺(jué)有關(guān)。等與痛覺(jué)有關(guān)。2. 肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第第 四四 節(jié)節(jié)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 構(gòu)型與構(gòu)象構(gòu)型與構(gòu)象 構(gòu)型（構(gòu)型（configurationconfigura

34、tion）：）：指在立體異構(gòu)體中取指在立體異構(gòu)體中取代原子或基團(tuán)在空間的取向。兩種構(gòu)型間的轉(zhuǎn)變需代原子或基團(tuán)在空間的取向。兩種構(gòu)型間的轉(zhuǎn)變需要要共價(jià)鍵的斷裂和重組共價(jià)鍵的斷裂和重組。 COOH COOHH2N C H H C NH2 R R 構(gòu)象（構(gòu)象（conformationconformation）: :指指取代原子或基團(tuán)當(dāng)單取代原子或基團(tuán)當(dāng)單鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)可能形成的不同立體結(jié)構(gòu)。這種空間位置鍵旋轉(zhuǎn)時(shí)可能形成的不同立體結(jié)構(gòu)。這種空間位置的改變的改變不涉及共價(jià)鍵的斷裂不涉及共價(jià)鍵的斷裂。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括：一、蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括： 一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)

35、 (primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) (secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) (tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu) (quaternary structure)高級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry定義：定義：蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。的排列順序。二、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要化學(xué)鍵：主要化學(xué)鍵：肽鍵肽鍵二硫鍵二硫鍵的位置屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)研究范疇。的位置屬于一級(jí)結(jié)構(gòu)研究范疇。 一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能的基礎(chǔ)。

36、物學(xué)功能的基礎(chǔ)。胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)胰島素的一級(jí)結(jié)構(gòu)3021生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1 1）樣品分離、純化，均一性鑒定）樣品分離、純化，均一性鑒定2 2）測(cè)定蛋白質(zhì)分子量及氨基酸組分）測(cè)定蛋白質(zhì)分子量及氨基酸組分3 3）測(cè)定肽鏈的）測(cè)定肽鏈的N N端和端和C C端氨基酸端氨基酸4 4）用兩種以上專(zhuān)一性的肽鏈內(nèi)切酶裂解成小肽）用兩種以上專(zhuān)一性的肽鏈內(nèi)切酶裂解成小肽5 5）用層析、電泳法分離所得小肽）用層析、電泳法分離所得小肽6 6）用）用EdmanEdman方法測(cè)定每一小肽順序方法測(cè)定每一小肽順序7 7）拼版出多肽序列）拼版出多肽序列 蛋白

37、質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定程序蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)測(cè)定程序生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry三、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中肽單元（肽平面）的卷蛋白質(zhì)分子中肽單元（肽平面）的卷曲折疊所形成的某一段肽鏈的曲折疊所形成的某一段肽鏈的局部局部空間結(jié)空間結(jié)構(gòu)，即構(gòu)，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間該段肽鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。（一）定義：（一）定義：穩(wěn)定因素穩(wěn)定因素： 氫鍵氫鍵 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry （二）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式（二）蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

38、 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折疊折疊 ( -sheet ) -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn ) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 ( random coil ) 1. -螺旋（螺旋（ -helix）: 多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成多肽鏈主鏈圍繞中心軸形成右手螺旋右手螺旋，側(cè)鏈側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)。伸向螺旋外側(cè)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 每圈螺旋含每圈螺旋含3.63.6個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸，螺距為螺距為0.54nm0.54nm。因此，相鄰兩。因此，相鄰兩個(gè)個(gè)AAAA殘基的夾角為殘基的夾角為100100，上升，上升0.15nm0.15nm。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 多肽鏈主鏈上每個(gè)氨

39、基多肽鏈主鏈上每個(gè)氨基酸殘基的酸殘基的C=OC=O與前面與前面第第3 3個(gè)個(gè)氨基酸殘基的氨基酸殘基的N-HN-H形成的形成的氫氫鍵鍵保持螺旋穩(wěn)定。保持螺旋穩(wěn)定。氫鍵與氫鍵與螺旋長(zhǎng)軸基本平行螺旋長(zhǎng)軸基本平行。氫鍵。氫鍵封閉環(huán)內(nèi)包含封閉環(huán)內(nèi)包含1313個(gè)原子。個(gè)原子。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry R R基側(cè)鏈位于螺旋的外側(cè)，可基側(cè)鏈位于螺旋的外側(cè)，可以減少空間位阻效應(yīng)；但以減少空間位阻效應(yīng)；但螺旋的螺旋的形成和穩(wěn)定性仍受形成和穩(wěn)定性仍受R R基側(cè)鏈的影響基側(cè)鏈的影響。如：如： - -螺旋遇到螺旋遇到ProPro會(huì)中斷，因?yàn)闀?huì)中斷，因?yàn)镻roPro是是 - -亞氨基酸，空間位阻大，亞氨

40、基酸，空間位阻大，且亞氨基形成肽鍵后沒(méi)有且亞氨基形成肽鍵后沒(méi)有H H用來(lái)形用來(lái)形成氫鍵，以維持螺旋穩(wěn)定；而成氫鍵，以維持螺旋穩(wěn)定；而AlaAla易存在于易存在于 - -螺旋中。螺旋中。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry - -螺旋分為左手螺旋分為左手 - -螺螺旋和右手旋和右手 - -螺旋。天然蛋螺旋。天然蛋白分子中的白分子中的 - -螺旋絕大多螺旋絕大多數(shù)是數(shù)是右手右手 - -螺旋螺旋，不過(guò)在，不過(guò)在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)存在嗜熱菌蛋白酶中發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)左手一個(gè)左手 - -螺旋。螺旋。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Bi

41、ochemistry-螺旋是蛋白質(zhì)中螺旋是蛋白質(zhì)中最常見(jiàn)的一種構(gòu)象，最常見(jiàn)的一種構(gòu)象，是在毛發(fā)的是在毛發(fā)的-角蛋白角蛋白中發(fā)現(xiàn)的，因此叫做中發(fā)現(xiàn)的，因此叫做-螺旋。螺旋。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 2. - -折疊（折疊（-sheet-sheet） - -折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的多折疊是由兩條或多條幾乎完全伸展的多肽鏈平行排列，通過(guò)鏈間的氫鍵進(jìn)行交聯(lián)而肽鏈平行排列，通過(guò)鏈間的氫鍵進(jìn)行交聯(lián)而形成的，或一條肽鏈內(nèi)的不同肽段間靠形成的，或一條肽鏈內(nèi)的不同肽段間靠氫鍵氫鍵而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。而形成的。肽鏈的主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。生物化學(xué)生物化學(xué) Bioch

42、emistry - -折疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：折疊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： - -折疊結(jié)構(gòu)的折疊結(jié)構(gòu)的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的氫鍵主要是由兩條肽鏈之間形成的；也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。也可以在同一肽鏈的不同部分之間形成。幾乎所幾乎所有肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián)有肽鍵都參與鏈間氫鍵的交聯(lián)，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸，氫鍵與鏈的長(zhǎng)軸接近垂直。接近垂直。 - -折疊有兩種類(lèi)型：一種為平行式，即所有肽鏈折疊有兩種類(lèi)型：一種為平行式，即所有肽鏈的的N-N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。反平行式的兩條肽鏈的方向相反。反平行式的-折疊在蛋白折疊在蛋白質(zhì)中存在更

43、普遍。質(zhì)中存在更普遍。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 3. - -轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（-turn-turn） 肽鏈內(nèi)形成肽鏈內(nèi)形成180180 回折?；卣邸?含含4 4個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)氨基酸殘基羰基個(gè)氨基酸殘基，第一個(gè)氨基酸殘基羰基氧與第四個(gè)氨基酸殘基的亞氨基氫形成氫鍵。氧與第四個(gè)氨基酸殘基的亞氨基氫形成氫鍵。 -轉(zhuǎn)角中常存在轉(zhuǎn)角中常存在GlyGly和和ProPro。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry - -轉(zhuǎn)角：轉(zhuǎn)角：生物化學(xué)生物化學(xué) Bioche

44、mistry 4. 4.無(wú)規(guī)卷曲（無(wú)規(guī)卷曲（random coilrandom coil） 除了除了-螺旋、螺旋、-折疊、折疊、-轉(zhuǎn)角這三種有轉(zhuǎn)角這三種有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)外，在球蛋白分子的多肽鏈規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)外，在球蛋白分子的多肽鏈主鏈骨架中還存在一些無(wú)確定規(guī)律性的盤(pán)曲，主鏈骨架中還存在一些無(wú)確定規(guī)律性的盤(pán)曲，稱為無(wú)規(guī)卷曲。無(wú)規(guī)卷曲中的大多數(shù)二面角稱為無(wú)規(guī)卷曲。無(wú)規(guī)卷曲中的大多數(shù)二面角（，）都不相同，因而表現(xiàn)出多種構(gòu)象，）都不相同，因而表現(xiàn)出多種構(gòu)象，有利于多肽鏈形成靈活的、具有特異生物活有利于多肽鏈形成靈活的、具有特異生物活性的球狀蛋白分子結(jié)構(gòu)。性的球狀蛋白分子結(jié)構(gòu)。生物化學(xué)生物化學(xué) Bioc

45、hemistry 影響二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的因素影響二級(jí)結(jié)構(gòu)形成的因素氨基酸側(cè)鏈所帶電荷氨基酸側(cè)鏈所帶電荷 、大小及形狀。、大小及形狀。影響影響-螺旋形成的因素：螺旋形成的因素： -折疊形成條件：折疊形成條件：要求氨基酸側(cè)鏈較小。要求氨基酸側(cè)鏈較小。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry四、超二級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域四、超二級(jí)結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)分子中，二個(gè)或三個(gè)具有二蛋白質(zhì)分子中，二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)具有特殊功能的空間構(gòu)象，被稱成一個(gè)具有特殊功能的空間構(gòu)象，被稱為為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)或者或者模體模體(motif)(motif)。生物化

46、學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry螺旋環(huán)螺旋螺旋環(huán)螺旋 鋅指鋅指生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 (domain) 大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)常可分割成一個(gè)或大分子蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)?？煞指畛梢粋€(gè)或數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各數(shù)個(gè)球狀或纖維狀的區(qū)域，折疊得較為緊密，各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。屬于超二級(jí)結(jié)構(gòu)。行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域。屬于超二級(jí)結(jié)構(gòu)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry免疫球蛋白免疫

47、球蛋白 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry五、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)五、蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)是指多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)、超二級(jí)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、折構(gòu)、結(jié)構(gòu)域的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步盤(pán)繞、折疊形成的疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。征三維結(jié)構(gòu)。即所有原子空間位置。即所有原子空間位置。定義定義 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry疏水鍵：疏水鍵：指疏水基團(tuán)之間的相互作用力；是疏水基指疏水基團(tuán)之間的相互作用力；是疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈為避開(kāi)水分子而相互靠近聚集形成的作團(tuán)或疏水側(cè)鏈為避開(kāi)水分子而相互靠近聚集形成的作用力。是用力。是維

48、持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)最主要的作用力維持蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)最主要的作用力。離子鍵：離子鍵：又稱鹽鍵，是正負(fù)離子之間的靜電引力。又稱鹽鍵，是正負(fù)離子之間的靜電引力。范德華力：范德華力：實(shí)質(zhì)是靜電引力，包括取向力、誘導(dǎo)力實(shí)質(zhì)是靜電引力，包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力。和色散力。氫鍵：氫鍵：主鏈和側(cè)鏈之間的氫鍵也可以維持蛋白質(zhì)的三主鏈和側(cè)鏈之間的氫鍵也可以維持蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)。級(jí)結(jié)構(gòu)。二硫鍵：二硫鍵：多肽鏈內(nèi)或不同鏈間兩個(gè)多肽鏈內(nèi)或不同鏈間兩個(gè)CysCys殘基的巰基在殘基的巰基在氧化條件下形成二硫鍵，二硫鍵是很強(qiáng)的共價(jià)鍵。氧化條件下形成二硫鍵，二硫鍵是很強(qiáng)的共價(jià)鍵。維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素：維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素：

49、生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（2 2）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：）肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： a.a.一條多肽鏈，一條多肽鏈，153153個(gè)氨基酸殘基，一個(gè)血紅素輔基。個(gè)氨基酸殘基，一個(gè)血紅素輔基。 b.b.肌紅蛋白的整個(gè)肽鏈共折疊成肌紅蛋白的整個(gè)肽鏈共折疊成8 8段長(zhǎng)短不等的段長(zhǎng)短不等的 - -螺螺旋（旋（A-HA-H），最長(zhǎng)的有），最長(zhǎng)的有2323個(gè)氨基酸個(gè)氨基酸殘基，殘基，最短的有最短的有7 7個(gè)個(gè)氨基酸氨基酸殘基。拐彎處及殘基。拐彎處及C C、N N末端由無(wú)規(guī)卷曲組成。末端由無(wú)規(guī)卷曲組成。 c.c.具有極性側(cè)鏈的氨基酸殘基分布于分子表面，而具有極性側(cè)鏈的氨基酸殘基分布于分子表面，而帶

50、非極性側(cè)鏈的氨基酸殘基多分布于分子內(nèi)部，使帶非極性側(cè)鏈的氨基酸殘基多分布于分子內(nèi)部，使肌肌紅蛋白成為可溶性蛋白。紅蛋白成為可溶性蛋白。（1 1）肌紅蛋白（）肌紅蛋白（MbMb）的功能：哺乳動(dòng)物）的功能：哺乳動(dòng)物肌肉中儲(chǔ)存氧的蛋白。肌肉中儲(chǔ)存氧的蛋白。肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)與功能血紅素輔基血紅素輔基生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry六、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)六、蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu) 由兩條或兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈（由兩條或兩條以上具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈（亞亞基基）通過(guò)）通過(guò)非共價(jià)鍵非共價(jià)鍵在一起

51、所形成的空間構(gòu)象，稱為在一起所形成的空間構(gòu)象，稱為蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)分子中每條具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，蛋白質(zhì)分子中每條具有獨(dú)立三級(jí)結(jié)構(gòu)的多肽鏈，稱為稱為亞基亞基(subunit)(subunit)。 三級(jí)結(jié)構(gòu)中只有一條多肽鏈，不能稱為亞基；三級(jí)結(jié)構(gòu)中只有一條多肽鏈，不能稱為亞基；而四級(jí)結(jié)構(gòu)中有多條多肽鏈組成，每條多肽鏈稱為而四級(jí)結(jié)構(gòu)中有多條多肽鏈組成，每條多肽鏈稱為亞基。亞基。概念：概念：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，其亞基組成可以是相具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，其亞基組成可以是相同的，也可以是不同的；同的，也可以是不同的；單個(gè)亞基并沒(méi)有

52、活性單個(gè)亞基并沒(méi)有活性，只有所有亞基在一起時(shí)，才具備生物學(xué)功能。只有所有亞基在一起時(shí)，才具備生物學(xué)功能。 血紅蛋白由兩個(gè)血紅蛋白由兩個(gè)亞基和兩個(gè)亞基和兩個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基組成，每個(gè)亞基均有與肌紅蛋白相似的三級(jí)結(jié)構(gòu)，但不具生亞基均有與肌紅蛋白相似的三級(jí)結(jié)構(gòu)，但不具生理活性，只有這四個(gè)亞基組成的四聚體（具有了理活性，只有這四個(gè)亞基組成的四聚體（具有了四級(jí)結(jié)構(gòu)）才有生理活性。四級(jí)結(jié)構(gòu)）才有生理活性。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry* 維持蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力與三級(jí)結(jié)維持蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)的作用力與三級(jí)結(jié)構(gòu)相同，仍是構(gòu)相同，仍是疏水鍵、氫鍵、離子鍵、范疏水鍵、氫鍵、離子鍵、范德華力德華力等。

53、等。* 有些蛋白質(zhì)（如胰島素）由兩條或多條有些蛋白質(zhì)（如胰島素）由兩條或多條多肽鏈組成，但是肽鏈間通過(guò)多肽鏈組成，但是肽鏈間通過(guò)二硫鍵（共二硫鍵（共價(jià)鍵）價(jià)鍵）相連，這些蛋白質(zhì)不具備四級(jí)結(jié)構(gòu)。相連，這些蛋白質(zhì)不具備四級(jí)結(jié)構(gòu)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3021生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)中蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)中各亞基的空間排各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用布及亞基接觸部位的布局和相互作用是由是由分子伴侶分子伴侶參與完成的。參與完成的。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry分子伴侶分子伴侶 (chaperon)通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而加速

54、蛋白質(zhì)折疊通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)的一類(lèi)蛋白質(zhì)。成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)的一類(lèi)蛋白質(zhì)。* * 可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開(kāi)，可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開(kāi)，如此重復(fù)進(jìn)行可使肽鏈正確折疊。如此重復(fù)進(jìn)行可使肽鏈正確折疊。 * * 與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。 * * 對(duì)蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成起重要的作用。對(duì)蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成起重要的作用。 作用：作用：血紅蛋白（血紅蛋白（HbHb）的結(jié)構(gòu)與功能）的結(jié)構(gòu)與功能（1 1）血紅蛋白的功能：）血紅蛋白的功能：存在動(dòng)物血液的紅細(xì)胞中，存

55、在動(dòng)物血液的紅細(xì)胞中，具有運(yùn)輸具有運(yùn)輸O O2 2和和COCO2 2的功能。的功能。（2 2）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：）血紅蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：a.a.是四個(gè)亞基的寡聚蛋白，是四個(gè)亞基的寡聚蛋白，574574個(gè)個(gè)AAAA殘基，分子量殘基，分子量65KD65KD。b.b.血紅蛋白由兩個(gè)血紅蛋白由兩個(gè)亞基和兩個(gè)亞基和兩個(gè)亞基組成，亞基組成， 鏈鏈由由141AA141AA殘基、殘基、 鏈由鏈由146AA146AA殘基組成，它們?nèi)?jí)結(jié)殘基組成，它們?nèi)?jí)結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白（構(gòu)與肌紅蛋白（MbMb）相似，各自內(nèi)部有一個(gè)血紅）相似，各自內(nèi)部有一個(gè)血紅素輔基（素輔基（運(yùn)輸運(yùn)輸O O2 2的活性部位的活性部位）。）。生物化

56、學(xué)生物化學(xué) Biochemistry血紅蛋白（血紅蛋白（Hb）的四級(jí)結(jié)構(gòu)）的四級(jí)結(jié)構(gòu)141 aa146 aa生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry肌紅蛋白與肌紅蛋白與血紅蛋白血紅蛋白 鏈鏈三級(jí)結(jié)構(gòu)比較三級(jí)結(jié)構(gòu)比較生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein第第 五五 節(jié)節(jié)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry“物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定功能，物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定功能，物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變功能也會(huì)受到影響變功能也會(huì)受到影響”“一級(jí)結(jié)構(gòu)是空

57、間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，空間結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，空間結(jié)構(gòu)改變，功能改變改變，功能改變”生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血N-Val His Leu Thr Pro Glu Glu C(146) HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽鏈肽鏈N-Val His Leu Thr Pro Val Glu C(146) 血紅蛋白血紅蛋白 一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryGluGlu（谷）的（谷）的R R側(cè)鏈?zhǔn)菐ж?fù)電荷的親水基團(tuán)，側(cè)鏈?zhǔn)菐?/p>

58、負(fù)電荷的親水基團(tuán)，而而ValVal（纈）的（纈）的R R側(cè)鏈?zhǔn)遣粠щ姾傻氖杷鶊F(tuán)。側(cè)鏈?zhǔn)遣粠щ姾傻氖杷鶊F(tuán)。鏈的第鏈的第6 6位位AAAA位于血紅蛋白分子表面，導(dǎo)位于血紅蛋白分子表面，導(dǎo)致疏水側(cè)鏈間相互作用，易于聚集形成纖維致疏水側(cè)鏈間相互作用，易于聚集形成纖維狀沉淀，使去氧血紅蛋白分子溶解度降低，狀沉淀，使去氧血紅蛋白分子溶解度降低，進(jìn)而是圓盤(pán)狀的紅細(xì)胞變成鐮刀形，導(dǎo)致運(yùn)進(jìn)而是圓盤(pán)狀的紅細(xì)胞變成鐮刀形，導(dǎo)致運(yùn)輸氧的能力下降，細(xì)胞脆性增大，易于破裂、輸氧的能力下降，細(xì)胞脆性增大，易于破裂、溶血，病情嚴(yán)重可導(dǎo)致死亡。溶血，病情嚴(yán)重可導(dǎo)致死亡。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 由于由于基

59、因突變基因突變導(dǎo)致合成失去正常功能的蛋導(dǎo)致合成失去正常功能的蛋白質(zhì)或喪失合成蛋白質(zhì)的能力從而引起的疾病，白質(zhì)或喪失合成蛋白質(zhì)的能力從而引起的疾病，稱為稱為“分子病分子病”（molecular diseasemolecular disease）。）。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)二二硫硫鍵鍵生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化一級(jí)結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化 細(xì)胞色素細(xì)胞色素C C是真核細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上是真核細(xì)胞線粒體內(nèi)膜上一種含一種含F(xiàn)eFe的蛋白質(zhì)，在生物氧化中起傳遞的蛋白質(zhì)，在生物氧化中起傳遞電子的作用。

60、通過(guò)植物、動(dòng)物和微生物等電子的作用。通過(guò)植物、動(dòng)物和微生物等數(shù)百種生物的細(xì)胞色素?cái)?shù)百種生物的細(xì)胞色素C C一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究表明：表明：（1 1）親緣關(guān)系越近，）親緣關(guān)系越近，AAAA序列的同源性越大。序列的同源性越大。 不同生物與人的細(xì)胞色素不同生物與人的細(xì)胞色素C C相比較相比較AAAA差異數(shù)目差異數(shù)目 黑猩猩黑猩猩 0 0 雞、火雞雞、火雞 1313 牛豬羊牛豬羊 10 10 海龜海龜 1515 狗驢狗驢 11 11 小麥小麥 3535 粗糙鏈孢霉粗糙鏈孢霉43 43 酵母菌酵母菌 4444 （2 2）盡管不同生物間親緣關(guān)系差別很大，）盡管不同生物間親緣關(guān)系差別很大，但與細(xì)胞色

61、素但與細(xì)胞色素C C功能密切相關(guān)的功能密切相關(guān)的AAAA序列卻有序列卻有共同之處，即共同之處，即保守序列保守序列不變。不變。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性（一）蛋白質(zhì)的變性與復(fù)性 1.蛋白質(zhì)的變性概念、表現(xiàn)及及機(jī)理蛋白質(zhì)的變性概念、表現(xiàn)及及機(jī)理 在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)分子的在某些物理和化學(xué)因素作用下，蛋白質(zhì)分子的特定空特定空間構(gòu)象被破壞間構(gòu)象被破壞，從而導(dǎo)致其，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變理化性質(zhì)改變和和生物活性喪失生物活性喪失的過(guò)程叫做變性（的過(guò)程叫做變性（denat

62、urationdenaturation）。）。二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系二、蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系 造成變性的因素：造成變性的因素：如加熱、有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生如加熱、有機(jī)溶劑、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等物堿試劑等 。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 天然狀態(tài)，天然狀態(tài)，有催化活性有催化活性尿素、尿素、-巰基乙醇巰基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無(wú)活性非折疊狀態(tài)，無(wú)活性牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 變性的本質(zhì)：變性的本質(zhì)： 破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋

63、白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。 蛋白質(zhì)變性后的性質(zhì)改變：蛋白質(zhì)變性后的性質(zhì)改變：溶解度降低、粘度增加、結(jié)晶能力消失、溶解度降低、粘度增加、結(jié)晶能力消失、生物活性喪失生物活性喪失及易受蛋白酶水解。及易受蛋白酶水解。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來(lái)消毒及滅菌（細(xì)菌、病毒的蛋白變性）。滅菌（細(xì)菌、病毒的蛋白變性）。吃熟食易于消化，熟食的蛋白變性后易被吃熟食易于消化，熟食的蛋白變性后易被蛋白水解酶水解。蛋白水解酶水解。防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑防止蛋白質(zhì)變性也是有效保存蛋白質(zhì)制劑（如疫苗等）的必要條件

64、。（如疫苗等）的必要條件。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素若蛋白質(zhì)變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)后，蛋白質(zhì)仍可恢復(fù)或部分恢復(fù)其原有的構(gòu)象和功能，稱為象和功能，稱為復(fù)性復(fù)性。并非所有變性的蛋白都可以復(fù)性，實(shí)踐并非所有變性的蛋白都可以復(fù)性，實(shí)踐中大多數(shù)變性的蛋白根本無(wú)法復(fù)性，稱為不中大多數(shù)變性的蛋白根本無(wú)法復(fù)性，稱為不可逆變性（如煮熟的雞蛋）?？赡孀冃裕ㄈ缰笫斓碾u蛋）。復(fù)性復(fù)性(renaturation)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）變構(gòu)效應(yīng)（二）變構(gòu)效應(yīng)(allosteric effect)凡蛋白質(zhì)

65、（或亞基）因與某小分子物質(zhì)相凡蛋白質(zhì)（或亞基）因與某小分子物質(zhì)相互作用而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)（或亞基）互作用而發(fā)生構(gòu)象變化，導(dǎo)致蛋白質(zhì)（或亞基）功能的變化，稱為蛋白質(zhì)的功能的變化，稱為蛋白質(zhì)的變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1.1.肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu)肌紅蛋白與血紅蛋白的結(jié)構(gòu) 生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryHbHb與與MbMb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O O2 2結(jié)合，結(jié)合，HbHb與與O O2 2結(jié)合結(jié)合后稱為后稱為氧合氧合HbHb。去氧血紅蛋白對(duì)氧氣的親和力較低，一旦去氧血紅蛋白對(duì)氧氣的親和力較低，一旦氧與其中的一個(gè)亞基（氧與其中的一個(gè)亞基

66、（亞基）結(jié)合，該亞基亞基）結(jié)合，該亞基的構(gòu)象發(fā)生改變，繼而引起相鄰的亞基構(gòu)象發(fā)的構(gòu)象發(fā)生改變，繼而引起相鄰的亞基構(gòu)象發(fā)生改變，消除亞基的氧結(jié)合部位的空間位阻，生改變，消除亞基的氧結(jié)合部位的空間位阻，更易與氧結(jié)合。更易與氧結(jié)合。實(shí)驗(yàn)證明，第實(shí)驗(yàn)證明，第4 4個(gè)亞基與氧的親和力比第個(gè)亞基與氧的親和力比第1 1個(gè)亞基高個(gè)亞基高200-300200-300倍。倍。2. 血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧血紅蛋白的構(gòu)象變化與結(jié)合氧 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry* 協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)(cooperativity) 一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱為力的現(xiàn)象，稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 促進(jìn)作用稱為促進(jìn)作用稱為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) (positive cooperativity)抑制作用稱為抑制作用稱為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)(neg