第01章蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及功能2

1、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1 1章章Structure and Function of Proteinn什么是蛋白質(zhì)什么是蛋白質(zhì)? ?Proteins are polymers(多聚體多聚體) of amino acids.短的（短的（50個氨基酸）：蛋白質(zhì)個氨基酸）：蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)enzymes(酶酶), hormones(激素激素,荷爾蒙荷爾蒙), antibodies(抗體抗體), transporters(轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白), muscle(肌肉肌肉), lens protein of eyes(眼睛晶狀體眼睛晶狀體), spider webs(蜘蛛網(wǎng)蜘

2、蛛網(wǎng)), rhinoceros horn(犀牛角犀牛角), antibiotics(抗生素抗生素), mushroom poisons(蘑菇毒素蘑菇毒素). Proteins have widely diverse forms and functions2030010萬萬1056Fireflies emit light catalyzed by luciferase（熒光素酶）（熒光素酶） with ATPA few examples on protein diversityErythrocytes（紅細胞）（紅細胞） contain a large amount of hemoglobins

3、（血紅蛋白）（血紅蛋白）, the oxygen-transporting protein.(b)The protein keratin （角蛋白）（角蛋白） is the chief structural components of hair, horn, wool, nails and feathers. 蛋白質(zhì)的重要性蛋白質(zhì)的重要性分布廣：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)。蛋白質(zhì)。含量高：含量高：蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的蛋白質(zhì)是細胞內(nèi)最豐富的有機分子，占人體干重的 4545，某些組織含量更高

4、，例如脾、肺及橫紋肌等高達，某些組織含量更高，例如脾、肺及橫紋肌等高達8080。作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護作用免疫保護作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和存儲運動與支持作用運動與支持作用參與細胞間信息傳遞參與細胞間信息傳遞氧化供能氧化供能 蛋白質(zhì)研究的歷史蛋白質(zhì)研究的歷史18331833年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中分離到類年，從麥芽中分離淀粉酶；隨后從胃液中分離到類似胃蛋白酶的物質(zhì)。似胃蛋白酶的物質(zhì)。18641864年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。年，血紅蛋白被分離并結(jié)晶。1919世紀末，證明蛋白質(zhì)由氨基酸組成，并合成了多種短世紀末，證明蛋白質(zhì)由氨基

5、酸組成，并合成了多種短肽。肽。2020世紀初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)；完成胰島素一級結(jié)世紀初，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)；完成胰島素一級結(jié)構(gòu)測定。構(gòu)測定。標志著人類具備了分離高純度蛋白的能力！ 標志著蛋白質(zhì)化學(xué)本質(zhì)的面紗被揭開 意味著蛋白質(zhì)不是凌亂的麻團，而是有規(guī)律折疊2020世紀中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，世紀中葉，各種蛋白質(zhì)分析技術(shù)相繼建立，促進了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；促進了蛋白質(zhì)研究迅速發(fā)展；19621962年，確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。年，確定了血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)。2020世紀世紀9090年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究地年代，功能基因組與蛋白質(zhì)組研究地展開。展開。標志著：結(jié)構(gòu)生物學(xué)時代的來

6、臨，人類第一次看清了蛋白質(zhì)的模樣 標志著從單個蛋白研究到群體蛋白質(zhì)的研究飛躍蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第一節(jié)第一節(jié) 組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、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)還含有碘鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質(zhì)還含有碘。甲硫氨酸合成酶（甲甲硫氨酸合成酶（甲鈷胺素是其輔酶）鈷胺素是其輔酶）SOD固氮酶固氮酶 各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16。 由于體內(nèi)的含氮

7、物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要由于體內(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：出蛋白質(zhì)的大致含量：半斤牛奶半斤牛奶中蛋白質(zhì)的含量中蛋白質(zhì)的含量 (g)= 每克牛奶含氮克數(shù)每克牛奶含氮克數(shù) 6.252501/16% 蛋白質(zhì)元素組成的特點蛋白質(zhì)元素組成的特點 一、組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸種類與構(gòu)型一、組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸種類與構(gòu)型人是由人是由L-氨基酸組成的生命體，它不能很好地代謝氨基酸組成的生命體，它不能很好地代謝D-氨基酸，因此大量食用氨基酸，因此大量食用D型型-氨基酸可能對機體代謝造成負擔(dān)

8、。但氨基酸可能對機體代謝造成負擔(dān)。但藥物設(shè)計藥物設(shè)計時常使用時常使用D型分子以減少降解。型分子以減少降解。存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余種，余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且種，且均屬均屬 L-氨基酸（甘氨酸除外）。氨基酸（甘氨酸除外）。 2002年發(fā)現(xiàn)吡咯賴氨酸（第年發(fā)現(xiàn)吡咯賴氨酸（第22種）種） 1986年發(fā)現(xiàn)硒代半胱氨酸（第年發(fā)現(xiàn)硒代半胱氨酸（第21種）種）H L-氨基酸的通式氨基酸的通式C+NH3COO-HR-科學(xué)家發(fā)現(xiàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)L-氨基酸可能與早期恒星的圓偏振光作用有關(guān)，氨基酸可能與早期恒星的圓偏振光作用有關(guān)，L-氨基酸可能

9、普遍存在于宇宙中。氨基酸可能普遍存在于宇宙中。 為什么地球上的氨基酸幾乎都是為什么地球上的氨基酸幾乎都是L-型的？型的？獵戶座大星云（一（一 ）根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分：）根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)分：甘氨酸（甘氨酸（Gly）、）、丙氨酸（丙氨酸（Ala）纈氨酸（）纈氨酸（Val）亮氨酸（亮氨酸（Leu） 異亮氨酸（異亮氨酸（Ile）脯氨酸（）脯氨酸（Pro）谷氨酸（谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（）、天冬氨酸（Asp）賴氨酸（賴氨酸（Lys）精氨酸（）精氨酸（Arg）組氨酸（）組氨酸（His） 二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類 1. 非極性脂肪族氨基酸非極性脂肪族氨基酸3. 極性中性氨基酸極性中性氨

10、基酸2. 含芳香環(huán)的氨基酸含芳香環(huán)的氨基酸4. 酸性氨基酸酸性氨基酸5. 堿性氨基酸堿性氨基酸苯丙氨酸（苯丙氨酸（Phe）色氨酸（）色氨酸（Trp）酪氨酸（）酪氨酸（Tyr）絲氨酸（絲氨酸（Ser）、蘇氨酸（）、蘇氨酸（Thr）、半胱氨酸（）、半胱氨酸（Cys）、）、甲甲硫氨酸（硫氨酸（Met）、）、天冬酰胺（天冬酰胺（Asn）、谷氨酰胺（）、谷氨酰胺（Gln）紅色的有爭議！紅色的有爭議！（二）根據(jù)側(cè)鏈基團的極性分兩大類（二）根據(jù)側(cè)鏈基團的極性分兩大類丙氨酸（丙氨酸（Ala）纈氨酸（）纈氨酸（Val）亮氨酸（）亮氨酸（Leu） 異異亮氨酸（亮氨酸（Ile）脯氨酸（）脯氨酸（Pro）苯丙氨酸（）

11、苯丙氨酸（Phe）色）色氨酸（氨酸（Trp）蛋氨酸（）蛋氨酸（Met）甘氨酸（甘氨酸（Gly） 絲氨酸（絲氨酸（Ser）蘇氨酸（蘇氨酸（Thr) 半胱氨酸（半胱氨酸（Cys）酪氨酸（酪氨酸（Tyr） 天冬酰胺（天冬酰胺（Asn）谷氨酰胺（谷氨酰胺（Gln）賴氨酸（賴氨酸（Lys）精氨酸（）精氨酸（Arg）組氨酸（組氨酸（His）天冬氨酸（天冬氨酸（Asp）谷氨酸（）谷氨酸（Glu）酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸（三）根據(jù)氨基酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)分（三）根據(jù)氨基酸分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)分4類類（四）從營養(yǎng)學(xué)的角度分兩類（四）從營養(yǎng)學(xué)的角度分兩類纈氨酸纈氨酸,異亮氨酸異亮氨酸,甲

12、硫氨酸甲硫氨酸,色氨酸色氨酸,蘇氨酸蘇氨酸,賴氨酸賴氨酸,苯丙氨酸苯丙氨酸, 亮氨酸亮氨酸 氨基酸的溶解性氨基酸的溶解性 幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（唯一的亞氨基酸）（唯一的亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2朊蛋白、牙釉質(zhì)中朊蛋白、牙釉質(zhì)中心、抗凍蛋白心、抗凍蛋白 半胱氨酸與蛋白質(zhì)的二硫鍵半胱氨酸與蛋白質(zhì)的二硫鍵頻率最高的頻率最高的7 7種：天冬氨酸（種：天冬氨酸（AspAsp）、谷氨酸（）、谷氨酸（GluGlu）、絲）、絲氨酸（氨酸（SerSer）、蘇氨酸（）、蘇氨酸（ThrThr）、組氨酸（）、組氨酸（HisHis）、半胱

13、氨）、半胱氨酸（酸（CysCys）、賴氨酸（）、賴氨酸（LysLys）等，它們的側(cè)鏈上分別含有）等，它們的側(cè)鏈上分別含有羧基、羥基、咪唑基、巰基、氨基等極性基團，便于傳羧基、羥基、咪唑基、巰基、氨基等極性基團，便于傳遞電子和基團。遞電子和基團。 絲氨酸（絲氨酸（SerSer）、蘇氨酸（）、蘇氨酸（ThrThr）和）和 酪氨酸（酪氨酸（TyrTyr）酶的活性中心的氨基酸有：酶的活性中心的氨基酸有：酶的磷酸化調(diào)節(jié)常作用的氨基酸有：酶的磷酸化調(diào)節(jié)常作用的氨基酸有：三、三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)n兩性解離及等電點兩性解離及等電點氨基酸是氨基酸是兩性電解質(zhì)兩

14、性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。的酸堿度。 等電點等電點(isoelectric point, pI) 在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為的趨勢及程度相等，成為兼性離子兼性離子，呈電中性。此時溶，呈電中性。此時溶液的液的pH值值稱為該氨基酸的稱為該氨基酸的等電點等電點。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)CHNH2COOHR CHNH2COOHR pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽離子陽離子陰離子陰離子C

15、HNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RCH COOHRNH3+CH COOHRNH3+- 等電點的本質(zhì)等電點的本質(zhì)不同氨基酸的等電點不同氨基酸的等電點溶液溶液PH值與等電點的關(guān)系值與等電點的關(guān)系氨基酸的等電點與蛋白質(zhì)的等電點氨基酸的等電點與蛋白質(zhì)的等電點（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最的最大吸收峰在大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液

16、定蛋白質(zhì)溶液280nm的光的光吸收值是分析溶液中蛋白吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收 紫外分光光度法苯丙氨酸苯丙氨酸 （三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍紫色化合物氨基酸與氨基酸與茚三酮茚三酮水合物共熱，可生成水合物共熱，可生成藍紫色藍紫色化化合物，其最大吸收峰在合物，其最大吸收峰在570nm處。處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為因此可作為氨基酸定量分析方法氨基酸定量分析方法。（亦可定性分析）。（亦可定性分析） 指紋

17、顯色指紋顯色四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈四、蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成的多肽鏈肽鍵肽鍵( (peptide bond) )是由一個氨基酸的是由一個氨基酸的 - -羧基與羧基與另一個氨基酸的另一個氨基酸的 - -氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽氨基酸通過肽鍵連接而形成肽 (peptide) 短的（短的（50個氨基酸）：蛋白質(zhì)個氨基酸）：蛋白質(zhì)肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為被稱為氨基酸殘基氨基酸殘基(residue)。多肽鏈多肽鏈/蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的羧基端羧基端（C

18、端）和端）和氨基端氨基端（N端）端） 從一種毒性菇類中分離的劇毒物質(zhì)，系從毒蕈類從一種毒性菇類中分離的劇毒物質(zhì)，系從毒蕈類鬼筆鵝膏鬼筆鵝膏中得到的有毒的環(huán)中得到的有毒的環(huán)狀七肽。對小鼠的致死劑量是狀七肽。對小鼠的致死劑量是50微克微克，它同聚合的微絲結(jié)合后，它同聚合的微絲結(jié)合后, 抑制微絲的抑制微絲的解體解體。寡肽典例寡肽典例-鬼筆環(huán)肽（鬼筆環(huán)肽（phalloidin） 鬼筆鵝膏鬼筆鵝膏（二）（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽 1 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)GSH過過氧化物酶氧化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶

19、NADPH+H+ NADP+ nGSH與與GSSG間的轉(zhuǎn)換間的轉(zhuǎn)換 氧化型谷胱甘肽氧化型谷胱甘肽還原型谷胱甘肽還原型谷胱甘肽硒元素與谷胱甘肽過氧化物酶硒元素與谷胱甘肽過氧化物酶化療患者化療患者：包括用順氯銨鉑、環(huán)磷酰胺、阿霉素、紅比霉素、博來霉素化療，尤其是大劑量化療時；放射治療患者放射治療患者；各種低氧血癥各種低氧血癥：如急性貧血，成人呼吸窘迫綜合癥，敗血癥等；肝臟疾病肝臟疾?。喊ú《拘?、藥物毒性、酒精毒性（包括酒精性脂肪肝、酒精性肝纖維化、酒精性肝硬化、急性酒精性肝炎）及其他化學(xué)物質(zhì)毒性引起的肝臟損害。亦可用于有機磷、胺基或硝基化合物中毒亦可用于有機磷、胺基或硝基化合物中毒的輔助治療。解

20、藥物毒性解藥物毒性（如腫瘤化療藥物，抗結(jié)核藥物，精神神經(jīng)科藥物，抗抑郁藥物，撲熱息痛等）。 解毒機制：解毒機制：保護巰基保護巰基 + 清除自由基清除自由基谷胱甘肽的美白作用谷胱甘肽的美白作用 谷胱甘肽過氧化物酶激活劑的篩選谷胱甘肽過氧化物酶激活劑的篩選 體內(nèi)體內(nèi)許多激素許多激素屬寡肽或多肽屬寡肽或多肽2 多肽類激素及神經(jīng)肽多肽類激素及神經(jīng)肽垂體肽垂體肽VP（ADH） 加壓素（抗利尿激素）加壓素（抗利尿激素）9 肽肽OT 催產(chǎn)素催產(chǎn)素 9 肽肽ACTH 促腎上腺皮質(zhì)激素促腎上腺皮質(zhì)激素 39肽肽-MSH -促黑素促黑素 13肽肽GH 生長激素生長激素 191肽肽下丘腦下丘腦釋放激素釋放激素CRH

21、 促皮質(zhì)素釋放激素促皮質(zhì)素釋放激素 41肽肽GHRH 生長激素釋放激素生長激素釋放激素 44肽肽SS 生長抑素生長抑素 14肽肽LHRH 促黃體生成素釋放激素促黃體生成素釋放激素 10肽肽TRH 促甲狀腺素釋放激素促甲狀腺素釋放激素 3肽肽 神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)腦啡肽腦啡肽，5肽肽-內(nèi)啡肽內(nèi)啡肽，31肽肽孤啡肽孤啡肽，17肽肽P物質(zhì)物質(zhì)，10肽肽神經(jīng)肽神經(jīng)肽Y當(dāng)機體有傷痛刺激時，內(nèi)源性阿片肽被釋放出來以對抗疼痛。在內(nèi)當(dāng)機體有傷痛刺激時，內(nèi)源性阿片肽被釋放出來以對抗疼痛。在內(nèi)腓肽的激發(fā)下，人的身心處于輕松愉悅的狀態(tài)中，免疫系統(tǒng)實力得腓肽的激發(fā)下，人的身心處于輕松愉悅的狀態(tài)中，

22、免疫系統(tǒng)實力得以強化，并能順利入夢，消除失眠癥。以強化，并能順利入夢，消除失眠癥。內(nèi)腓肽也被稱之為內(nèi)腓肽也被稱之為“快感荷爾蒙快感荷爾蒙”或者或者“年輕荷爾蒙年輕荷爾蒙”，意味這種，意味這種荷爾蒙可以幫助人保持年輕快樂的狀態(tài)。荷爾蒙可以幫助人保持年輕快樂的狀態(tài)。內(nèi)腓肽內(nèi)腓肽內(nèi)啡肽是體內(nèi)自己產(chǎn)生的一類內(nèi)源性的具有類似嗎啡作用的肽類物質(zhì)。內(nèi)啡肽是體內(nèi)自己產(chǎn)生的一類內(nèi)源性的具有類似嗎啡作用的肽類物質(zhì)。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第二節(jié)第二節(jié)n蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括: 高級高級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu)(prim

23、ary structure)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)(quaternary structure) 一級一級二級二級三級三級四級四級n定義定義:蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至端至C-端的端的氨基酸排列順序氨基酸排列順序。一、一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 二、二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象

24、為蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的某一段肽鏈的局部局部空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)，即該段肽鏈即該段肽鏈主鏈骨架原子主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。n定義定義: : n主要的化學(xué)鍵：主要的化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵 N-HO， N-HN 骨架碳原子骨架碳原子氫鍵氫鍵（一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上個原子在同一平面上參與肽鍵的參與肽鍵的6個原子個原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平位于同一平面，面，C 1和和C 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同構(gòu)型，此

25、同一平面上的一平面上的6個原子構(gòu)成了所謂的個原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲 (random coil) （二）常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)（二）常見的蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu) n - -螺旋螺旋如：毛發(fā)的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、血凝塊中的纖維蛋白如：毛發(fā)的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、血凝塊中的纖維蛋白 已知已知-螺旋是最穩(wěn)定的一種主鏈構(gòu)象，螺旋是最穩(wěn)定的一種主鏈構(gòu)象，堅韌度高堅韌度高的、的、具有保護性功能的蛋白質(zhì)發(fā)毛、發(fā)、角、爪、甲的角蛋白幾乎具

26、有保護性功能的蛋白質(zhì)發(fā)毛、發(fā)、角、爪、甲的角蛋白幾乎100%是是-螺旋。螺旋。（三）三） - -折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu) 蠶絲蛋白蠶絲蛋白 酶類中的酶類中的-螺旋區(qū)很少，螺旋區(qū)很少，-折迭和無規(guī)卷曲較多，這有利于結(jié)構(gòu)與折迭和無規(guī)卷曲較多，這有利于結(jié)構(gòu)與功能的靈活改變功能的靈活改變（四）（四） - -轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。常含脯氨酸常含脯氨酸（五）模體（五）模體（motifmotif） 模體是蛋白質(zhì)分子中具有

27、模體是蛋白質(zhì)分子中具有特定空間構(gòu)象特定空間構(gòu)象和和特定功能特定功能的結(jié)構(gòu)成分的結(jié)構(gòu)成分 鈣離子結(jié)合模體鈣離子結(jié)合模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu) （六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈對二級結(jié)構(gòu)形成的影響蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是以一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成 - -螺旋或螺旋或-折疊，它就折疊，它就會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。會出現(xiàn)相應(yīng)的二級結(jié)構(gòu)。 受氨基酸殘基的等電點，側(cè)鏈大小、剛性等影響受氨基酸殘基的等電點，側(cè)鏈大小、剛性等影響三、三、在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進一步在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上多肽鏈進一步折疊形

28、成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)折疊形成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)疏水鍵、鹽鍵（離子鍵）、氫鍵和疏水鍵、鹽鍵（離子鍵）、氫鍵和 范德華力等。范德華力等。n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:整條肽鏈中整條肽鏈中全部氨基酸殘基全部氨基酸殘基的相對空間位置。即整的相對空間位置。即整條肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。條肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。n定義定義:（一）三級結(jié)構(gòu)（一）三級結(jié)構(gòu) 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) （二）結(jié)構(gòu)域（二）結(jié)構(gòu)域是三級結(jié)構(gòu)層次上的獨立功能區(qū)是三級結(jié)構(gòu)層次上的獨立功能區(qū)定義：分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個定義：分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個結(jié)構(gòu)較為緊結(jié)構(gòu)較為緊密密且穩(wěn)定的區(qū)域，并且穩(wěn)定的區(qū)域，并各

29、行其功能各行其功能，稱為結(jié)構(gòu)域，稱為結(jié)構(gòu)域 ( (domain) )。Calcineurin（鈣（鈣調(diào)蛋白磷酸酶）調(diào)蛋白磷酸酶） （三）分子伴侶（三）分子伴侶參與蛋白質(zhì)折疊參與蛋白質(zhì)折疊 分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復(fù)分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開，如此重復(fù)進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。進行可防止錯誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。 分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折分子伴侶也可與錯誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。疊。 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折

30、疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。用。 分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象。疊成天然構(gòu)象。亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中各蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布亞基的空間排布及亞基及亞基接觸部位接觸部位的布局和相互作用的布局和相互作用，稱為，稱為蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)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

31、結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的多肽鏈都有完整的三級結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)。 由由2個亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)個亞基組成的蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為相同，稱之為同二聚體同二聚體(homodimer)，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為則稱之為異二聚體異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白血紅蛋白（四聚體）（四聚體） 鏈鏈 2個個鏈鏈 2個個哺乳動物的脂肪酸合成酶（哺乳動物的脂肪酸合成酶（p152）同二聚體同二聚體五、蛋白質(zhì)的分類五、蛋白質(zhì)的分類n根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) =

32、 = 蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分n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)（長軸與短軸比大于纖維狀蛋白質(zhì)（長軸與短軸比大于10）球狀蛋白質(zhì)（長軸與短軸比小于球狀蛋白質(zhì)（長軸與短軸比小于10） 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The Relation of Structure and Function of Protein第三節(jié)第三節(jié)（一）（一） 一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)是高級結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ) 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（破巰基乙醇（破壞

33、高級結(jié)構(gòu)）壞高級結(jié)構(gòu)） 去除尿素、去除尿素、-巰基乙醇巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性非折疊狀態(tài)，無活性證據(jù)：牛核糖核酸證據(jù)：牛核糖核酸酶變性復(fù)性實驗酶變性復(fù)性實驗（二）（二） 一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具相似的高級結(jié)構(gòu)與功能一級結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具相似的高級結(jié)構(gòu)與功能 不用哺乳動物的胰島素一級結(jié)構(gòu)中不用哺乳動物的胰島素一級結(jié)構(gòu)中僅有個別氨基酸僅有個別氨基酸有差別有差別，結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出高度的相似性結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出高度的相似性（都有（都有A、B兩條兩條鏈組成、且二硫鍵配對位置及空間構(gòu)象也極像）；功鏈組成、且二硫鍵配對位置及空間構(gòu)象也極像）；功能上，它們能上，它們都發(fā)揮調(diào)節(jié)糖代謝都發(fā)揮調(diào)節(jié)糖代謝的功能。的功能。（三）

34、（三） 氨基酸序列提供重要的生物進化信息氨基酸序列提供重要的生物進化信息細胞色素細胞色素C共共104個氨基酸個氨基酸細胞色素細胞色素C等一些等一些一些廣泛存在于生物界一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)，比較它們的的蛋白質(zhì)，比較它們的一級結(jié)構(gòu)的差異，可以一級結(jié)構(gòu)的差異，可以幫助了解物種進化間的幫助了解物種進化間的關(guān)系。關(guān)系。 （四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病（四）重要蛋白質(zhì)的氨基酸序列改變可引起疾病n例：鐮刀形紅細胞貧血例：鐮刀形紅細胞貧血N-val his leu thr pro glu glu C(146)Hb 肽鏈肽鏈Hb 肽肽 鏈鏈N-val his leu thr pro val

35、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“分子病分子病”。血紅蛋白水溶性變化血紅蛋白水溶性變化-聚集成絲聚集成絲-紅細胞變鐮刀形紅細胞變鐮刀形二、二、蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴特定空間結(jié)構(gòu)神經(jīng)氨酸酶神經(jīng)氨酸酶（水解唾液酸，使病毒脫（水解唾液酸，使病毒脫離宿主細胞）離宿主細胞）n血紅蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，Hb) )血紅蛋白具有血紅蛋白具有4個亞個亞基組成的四級結(jié)構(gòu)，基組成的四級結(jié)構(gòu)，每個每個亞基可結(jié)合亞基可結(jié)合1 1個血紅素并攜個血紅素并攜帶帶1 1分子氧分子氧。4個亞基緊密結(jié)合而個亞基緊密結(jié)合

36、而形成親水的球狀蛋白。形成親水的球狀蛋白。 肌紅蛋白肌紅蛋白肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線的氧解離曲線 協(xié)同效應(yīng)：協(xié)同效應(yīng)：指一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)指一個亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一亞基與配體的結(jié)合能力。如果是促進作用稱為正協(xié)同效應(yīng)；反之則為負協(xié)同效應(yīng)。合能力。如果是促進作用稱為正協(xié)同效應(yīng)；反之則為負協(xié)同效應(yīng)。Hb與與Mb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O2結(jié)合，結(jié)合，Hb與與O2結(jié)合后稱為氧合結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合氧合Hb占總占總Hb的百分數(shù)的百分數(shù)（稱氧飽和度）（稱氧飽和度）隨隨O2濃度變化而改變。濃度變化而改

37、變。 血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧的結(jié)合血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧的結(jié)合 別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)一個氧分子與一個氧分子與Hb亞基結(jié)合后引起亞基構(gòu)象變化，稱為亞基結(jié)合后引起亞基構(gòu)象變化，稱為別構(gòu)效應(yīng)別構(gòu)效應(yīng)。小分子。小分子O2稱為稱為別構(gòu)劑或效應(yīng)劑別構(gòu)劑或效應(yīng)劑，Hb稱為稱為別構(gòu)蛋白別構(gòu)蛋白。別構(gòu)效應(yīng)還可發(fā)生在別構(gòu)效應(yīng)還可發(fā)生在酶與別構(gòu)劑酶與別構(gòu)劑結(jié)合時，或結(jié)合時，或配體與受體配體與受體的結(jié)合，具有普遍的結(jié)合，具有普遍的生物學(xué)意義！的生物學(xué)意義！定義：定義：一種配體結(jié)合到蛋白質(zhì)分子后，導(dǎo)致蛋白質(zhì)其他部位的空一種配體結(jié)合到蛋白質(zhì)分子后，導(dǎo)致蛋白質(zhì)其他部位的空間構(gòu)象發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為別構(gòu)

38、效應(yīng)。間構(gòu)象發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱為別構(gòu)效應(yīng)。 具有別構(gòu)效應(yīng)的酶稱為別構(gòu)酶具有別構(gòu)效應(yīng)的酶稱為別構(gòu)酶例如：蟒蛇 蛋白質(zhì)構(gòu)象改變蛋白質(zhì)構(gòu)象改變可引起疾病可引起疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯誤折疊發(fā)生錯誤，盡管其盡管其一級結(jié)構(gòu)不變一級結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變構(gòu)象發(fā)生改變，仍，仍可影響其功能，嚴重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生?？捎绊懫涔δ?，嚴重時可導(dǎo)致疾病發(fā)生。發(fā)病機理：有些發(fā)病機理：有些蛋白質(zhì)錯誤折疊蛋白質(zhì)錯誤折疊后后相互聚集相互聚集，常形成抗，常形成抗蛋白水解酶的蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀淀粉樣纖維沉淀，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白，產(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為

39、蛋白質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。質(zhì)淀粉樣纖維沉淀的病理改變。這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、阿爾茲海默癥這類疾病包括：人紋狀體脊髓變性病、阿爾茲海默癥(老年癡呆癥老年癡呆癥)、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。阿爾茨海默病阿爾茨海默病 (AD, 老年癡呆癥老年癡呆癥) 淀粉樣蛋白級聯(lián)學(xué)說淀粉樣蛋白級聯(lián)學(xué)說 該學(xué)說認為該學(xué)說認為AD患者可能是由于患者可能是由于淀粉樣蛋白前體基因和早老素淀粉樣蛋白前體基因和早老素基因等的突變，導(dǎo)致基因等的突變，導(dǎo)致淀粉樣蛋白異常分泌和產(chǎn)生過多淀粉樣蛋白異常分泌和產(chǎn)生過多，在腦，在腦組織內(nèi)沉積，對周圍的突觸和神經(jīng)元具有毒性作用，可破壞突組織內(nèi)沉積，

40、對周圍的突觸和神經(jīng)元具有毒性作用，可破壞突觸膜，最終引起神經(jīng)細胞死亡。觸膜，最終引起神經(jīng)細胞死亡。Tau蛋白學(xué)說蛋白學(xué)說 微管系統(tǒng)是神經(jīng)細胞的骨架成分，參與多種細胞功能。微管是由微管蛋白和微微管系統(tǒng)是神經(jīng)細胞的骨架成分，參與多種細胞功能。微管是由微管蛋白和微管相關(guān)蛋白組成，管相關(guān)蛋白組成，Tau蛋白是一種含量最高的微管相關(guān)蛋白。在蛋白是一種含量最高的微管相關(guān)蛋白。在AD患者腦內(nèi)，患者腦內(nèi)，Tau蛋白異常過度磷酸化蛋白異常過度磷酸化，并聚集成雙螺旋絲形式，與微管蛋白的結(jié)合力降低，失，并聚集成雙螺旋絲形式，與微管蛋白的結(jié)合力降低，失去了促進微管形成和維持微管穩(wěn)定的作用。去了促進微管形成和維持微管穩(wěn)

41、定的作用。異常磷酸化異常磷酸化Tau蛋白的病理性沉積，導(dǎo)致了神經(jīng)原纖維纏結(jié)（蛋白的病理性沉積，導(dǎo)致了神經(jīng)原纖維纏結(jié)（NFTs）的形成，而）的形成，而NFT可作為大腦早老化的標志。可作為大腦早老化的標志。中樞膽堿能損傷學(xué)說中樞膽堿能損傷學(xué)說瘋牛病是由瘋牛病是由朊病毒蛋白朊病毒蛋白(prion protein, PrP)引起的一組引起的一組人和動物神經(jīng)退行性病變。人和動物神經(jīng)退行性病變。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，稱為螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種在某種未知蛋白質(zhì)未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為的作用下可轉(zhuǎn)變成全為-折疊的折疊的PrPsc，從而致病。，從而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折疊折疊正常正常瘋牛病瘋牛病 瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)蛋白質(zhì)的理化性