生物分子結構和功能課件

第一篇

生物分子結構和功能第一篇生物分子結構和功能細胞的結構細胞的結構生物大分子（Macromolecules）

由一定的基本結構單位，按一定的排列順序和連接方式而形成的多聚體，參與機體構成并發(fā)揮重要身體功能。蛋白質核酸聚糖生物大分子（Macromolecules）

由一定的基本結構細胞的分子組成細胞的分子組成生物分子的功能核酸：遺傳信息的儲存和傳遞蛋白質：生命活動的載體，功能執(zhí)行者，參與幾乎所有的生理活動酶：生物體內催化劑聚糖：參與生命活動維生素：維系人體正常生命活動所必需的小分子化合物，參與代謝途徑生物分子的功能核酸：遺傳信息的儲存和傳遞蛋白質的結構與功能第一章StructureandFunctionofProtein蛋白質的結構與功能第一章StructureandFunc什么是蛋白質?蛋白質(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。什么是蛋白質?蛋白質(protein)是由許多氨基酸(ami蛋白質研究的歷史1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1838年，荷蘭科學家G.J.Mulder引入“protein”（源自希臘字proteios，意為primary）一詞

1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結晶。19世紀末，Fischer證明蛋白質是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽。蛋白質研究的歷史1833年，Payen和Persoz分離出淀1951年,

Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現了蛋白質的二級結構——α-螺旋(α-helix)。1953年，FrederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結構。20世紀90年代以后，隨著人類基因組計劃實施，功能基因組與蛋白質組計劃的展開，使蛋白質結構與功能的研究達到新的高峰。1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現了蛋蛋白質的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)蛋白質的分子組成

TheMolecularCompone蛋白質的生物學重要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。含量高：蛋白質是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分的45%，而在細胞中可達細胞干重的70%以上。1.蛋白質是生物體重要組成成分蛋白質的生物學重要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞作為生物催化劑（酶）代謝調節(jié)作用免疫保護作用物質的轉運和存儲運動與支持作用參與細胞間信息傳遞2.蛋白質具有重要的生物學功能3.氧化供能作為生物催化劑（酶）2.蛋白質具有重要的生物學功能3.氧組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質還含有碘。組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和S。

各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。由于體內的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據以下公式推算出蛋白質的大致含量：100克樣品中蛋白質的含量(g%)=每克樣品含氮克數×6.25×1001/16%蛋白質元素組成的特點各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。由于體內的含氮物一、組成人體蛋白質的20種L--氨基酸

存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。一、組成人體蛋白質的20種L--氨基酸存在自然界中的氨基生物分子結構和功能課件H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-HH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H

除了20種基本的氨基酸外，近年發(fā)現硒代半胱氨酸在某些情況下也可用于合成蛋白質。硒代半胱氨酸從結構上來看，硒原子替代了半胱氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少數天然蛋白質中，包括過氧化物酶和電子傳遞鏈中的還原酶等。硒代半胱氨酸參與蛋白質合成時，并不是由目前已知的密碼子編碼，具體機制尚不完全清楚。除了20種基本的氨基酸外，近年發(fā)現硒代半胱氨酸在某些體內也存在若干不參與蛋白質合成但具有重要生理作用的L-α-氨基酸，如參與合成尿素的鳥氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）和精氨酸代琥珀酸（argininosuccinate）。體內也存在若干不參與蛋白質合成但具有重要生理作用的L-α-氨非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸可根據側鏈結構和理化性質進行分類非極性脂肪族氨基酸二、氨基酸可根據側鏈結構和理化性質進行分類(一)側鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸(一)側鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸(二)側鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸甲硫氨酸(二)側鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸甲硫氨酸(三)側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸(三)側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸(四)側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸(四)側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸(五)側鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸(五)側鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸1.必需氨基酸（essentialaminoacid）：指人體（或其它脊椎動物）不能合成或合成速度遠不適應機體的需要，必需由食物蛋白供給，這些氨基酸稱為必需氨基酸。成人必需氨基酸的需要量約為蛋白質需要量的20%～37%。共有8種其作用分別是：賴氨酸：促進大腦發(fā)育，是肝及膽的組成成分，能促進脂肪代謝，調節(jié)松果腺、乳腺、黃體及卵巢，防止細胞退化；色氨酸：促進胃液及胰液的產生；苯丙氨酸：參與消除腎及膀胱功能的損耗；蛋氨酸（甲硫氨酸）：參與組成血紅蛋白、組織與血清，有促進脾臟、胰臟及淋巴的功能；蘇氨酸：有轉變某些氨基酸達到平衡的功能；異亮氨酸：參與胸腺、脾臟及腦下腺的調節(jié)以及代謝；腦下腺、甲狀腺、性腺；亮氨酸：作用平衡異亮氨酸；纈氨酸：作用于黃體、乳腺及卵巢。2、半必需氨基酸和條件必需氨基酸：精氨酸：精氨酸與脫氧膽酸制成的復合制劑（明諾芬）是主治梅毒、病毒性黃疸等病的有效藥物。組氨酸：可作為生化試劑和藥劑，還可用于治療心臟病，貧血，風濕性關節(jié)炎等的藥物。3、非必需氨基酸（nonessentialaminoacid）：指人（或其它脊椎動物）自己能由簡單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。1.必需氨基酸（essentialaminoacid）幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）羥脯氨酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CHCHCOO-NH2+CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2OH幾種特殊氨基酸脯氨酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-在蛋白質翻譯后的修飾過程中，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸。蛋白質分子中20種氨基酸殘基的某些基團還可被甲基化、甲酰化、乙酰化、異戊二烯化和磷酸化等。這些翻譯后修飾，可改變蛋白質的溶解度、穩(wěn)定性、亞細胞定位和與其他細胞蛋白質相互作用的性質等，體現了蛋白質生物多樣性的一個方面。在蛋白質翻譯后的修飾過程中，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH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，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。（一）氨基酸具有兩性解離的性質三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質兩性解離及等電點氨基pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨生物分子結構和功能課件PI＝7.59PI＝7.59生物分子結構和功能課件（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數蛋白質含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的最大（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系，因此可作為氨基酸定量分析方法。（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物四、氨基酸通過肽鍵連接而形成蛋白質或活性肽肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽四、氨基酸通過肽鍵連接而形成蛋白質或活性肽肽鍵(peptid+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽(peptide)是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由十個以內氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。肽(peptide)是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端C末端：多肽鏈中有游離α-羧基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結構。N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(生物分子結構和功能課件N末端C末端牛核糖核酸酶N末端C末端牛核糖核酸酶

蛋白質是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結構、并具有特定生物學功能的多肽。一般而論，蛋白質的氨基酸殘基數通常在50個以上，50個氨基酸殘基以下則仍稱為多肽。蛋白質是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空（二）體內存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)（二）體內存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutGSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH與GSSG間的轉換氧化型GSHGSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSS

體內許多激素屬寡肽或多肽

神經肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經肽體內許多激素屬寡肽或多肽神經肽(neuropeptide蛋白質的分子結構

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質的分子結構

TheMolecularStructu蛋白質的分子結構包括:

高級結構一級結構(primarystructure)二級結構(secondarystructure)三級結構(tertiarystructure)四級結構(quaternarystructure)蛋白質的分子結構包括:高級結構一級結定義:蛋白質的一級結構指在蛋白質分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質的一級結構主要的化學鍵:肽鍵，有些蛋白質還包括二硫鍵。定義:一、氨基酸的排列順序決定蛋白質主要的化學鍵:一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋白質空間構象的唯一因素。一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋生物分子結構和功能課件目前已知一級結構的蛋白質數量已相當可觀，并且還以更快的速度增加。國際互聯網有若干重要的蛋白質數據庫，例如EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratoryDataLibrary）Genbank（GeneticSequenceDatabank）PIR（ProteinIdentificationResourceSequenceDatabase）收集了大量最新的蛋白質一級結構及其他資料，為蛋白質結構與功能的深入研究提供了便利。目前已知一級結構的蛋白質數量已相當可觀，并且還以更快的速度增NIH(NationalInstitutesofHealth)美國國立衛(wèi)生研究院NCBI(NationalCenterforBiotechnologyInformation)PubMed,GenBank,Protein,BLAST……

NIH(NationalInstitutesofHe2.歐洲分子生物學實驗室EMBL（TheEuropeanMolecularBiologyLaboratory）

3.DDBJ(DNADataBankofJapan)http://www.ddbj.nig.ac.jp/2.歐洲分子生物學實驗室EMBL（TheEuropean二、多肽鏈的局部主鏈構象為蛋白質二級結構蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象

。定義:

主要的化學鍵：氫鍵

二、多肽鏈的局部主鏈構象為蛋白質蛋白質分子中某一段肽鏈的局部

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質二級結構所謂肽鏈主鏈骨架原子即N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和Co（羰基碳）3個原子依次重復排列。

-螺旋(-helix)蛋白質二級結構所謂肽鏈主鏈（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構型，此同一平面上的6個原子構成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上參與肽鍵的6個原子C生物分子結構和功能課件

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

（二）α-螺旋結構是常見的蛋白質二級結構蛋白質二級結構-螺旋(-helix)（二）α-螺旋結構是常見的（二）α-螺旋結構是常見的蛋白質二級結構（二）α-螺旋結構是常見的蛋白質二級結構（三）-折疊使多肽鏈形成片層結構（三）-折疊使多肽鏈形成片層結構（四）-轉角和無規(guī)卷曲在蛋白質分子中普遍存在-轉角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結構。（四）-轉角和無規(guī)卷曲在蛋白質分子中普遍存在-轉角無規(guī)卷（五）二級結構可組成蛋白質分子中的模體在許多蛋白質分子中，可發(fā)現二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個有規(guī)則的二級結構組合，被稱為超二級結構。二級結構組合形式有3種：αα，βαβ，ββ。（五）二級結構可組成蛋白質分子中的模體在許多蛋白質分子中，可二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，稱為模體(motif)

。模體是具有特殊功能的超二級結構。二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊鈣結合蛋白中結合鈣離子的模體鋅指結構α-螺旋-β轉角（或環(huán)）-α-螺旋模體鏈-β轉角-鏈模體鏈-β轉角-α-螺旋-β轉角-鏈模體模體常見的形式鈣結合蛋白中結合鈣離子的模體鋅指結構α-螺旋-β轉角（或環(huán)）（六）氨基酸殘基的側鏈影響二級結構的形成蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成-螺旋或β-折疊，它就會出現相應的二級結構。（六）氨基酸殘基的側鏈影響二級結構的形成蛋白質二級結構是以一三、多肽鏈在二級結構基礎上進一步折疊形成三級結構疏水鍵、離子鍵、氫鍵和范德華力等。主要的化學鍵:整條肽鏈中全部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的排布位置。定義:（一）三級結構是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位置三、多肽鏈在二級結構基礎上進一步折疊形成三級結構疏水鍵、離子

肌紅蛋白(Mb)N端C端肌紅蛋白(Mb)N端C端生物分子結構和功能課件（二）結構域是三級結構層次上的獨立功能區(qū)分子量較大的蛋白質?？烧郫B成多個結構較為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行其功能，稱為結構域(domain)。大多數結構域含有序列上連續(xù)的100至200個氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個結構域的蛋白質常分解出獨立的結構域，而各結構域的構象可以基本不改變，并保持其功能。超二級結構則不具備這種特點。因此，結構域也可看作是球狀蛋白質的獨立折疊單位，有較為獨立的三維空間結構。（二）結構域是三級結構層次上的獨立功能區(qū)分子量較大的蛋白質常3-磷酸甘油醛脫氫酶亞基的結構示意圖3-磷酸甘油醛脫氫酶亞基的結構示意圖（三）蛋白質的多肽鏈須折疊成正確的空間構象分子伴侶(chaperon)通過提供一個保護環(huán)境從而加速蛋白質折疊成天然構象或形成四級結構。分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結合隨后松開，如此重復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合，使之解聚后，再誘導其正確折疊。分子伴侶在蛋白質分子折疊過程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。（三）蛋白質的多肽鏈須折疊成正確的空間構象分子伴侶(chap亞基之間的結合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質具有四級結構蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質的四級結構。許多功能性蛋白質分子含有2條或2條以上多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級結構，稱為蛋白質的亞基(subunit)。亞基之間的結合主要是氫鍵和離子鍵。四、含有二條以上多肽鏈的蛋由2個亞基組成的蛋白質四級結構中，若亞基分子結構相同，稱之為同二聚體(homodimer)，若亞基分子結構不同，則稱之為異二聚體(heterodimer)。血紅蛋白的四級結構由2個亞基組成的蛋白質四級結構中，若亞基分子結構相同，稱之為五、蛋白質的分類根據蛋白質組成成分:單純蛋白質結合蛋白質=蛋白質部分+非蛋白質部分根據蛋白質形狀:纖維狀蛋白質球狀蛋白質五、蛋白質的分類根據蛋白質組成成分:單純蛋白質結合蛋白質=蛋白質家族（proteinfamily）

:氨基酸序列相似而且空間結構與功能也十分相近的蛋白質。屬于同一蛋白質家族的成員，稱為同源蛋白質（homologousprotein）。

蛋白質超家族（superfamily）

:2個或2個以上的蛋白質家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結構。蛋白質家族（proteinfamily）:氨基酸序列相蛋白質結構與功能的關系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三節(jié)蛋白質結構與功能的關系第三節(jié)（一）一級結構是空間構象的基礎一、蛋白質一級結構是高級結構與功能的基礎牛核糖核酸酶的一級結構二硫鍵（一）一級結構是空間構象的基礎一、蛋白質一級結構是高級結構與

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊（二）一級結構相似的蛋白質具有相似的高級結構與功能一級結構相似的多肽或蛋白質，其空間構象以及功能也相似。────────────────────────

氨基酸殘基序號胰島素───────────────

A5A6A10A30────────────────────────

人ThrSerIleThr

豬ThrSerIleAla

狗ThrSerIleAla

兔ThrGlyIleSer

牛AlaGlyValAla

羊AlaSerValAla

馬ThrSerIleAla────────────────────────（二）一級結構相似的蛋白質具有相似的高級結構與功能一級結構相（三）氨基酸序列提供重要的生物進化信息一些廣泛存在于生物界的蛋白質如細胞色素(cytochromeC)，比較它們的一級結構，可以幫助了解物種進化間的關系。（三）氨基酸序列提供重要的生物進化信息一些廣泛存在于生物界的（四）重要蛋白質的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbSβ肽鏈HbAβ肽鏈N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)

這種由蛋白質分子發(fā)生變異所導致的疾病，稱為“分子病”。（四）重要蛋白質的氨基酸序列改變可引起疾病例：鐮刀形紅細胞貧肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結構二、蛋白質的功能依賴特定空間結構（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結構相似肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅素輔基血紅素結構二、蛋白質的功能肌紅蛋白(myoglobin，Mb)

肌紅蛋白是一個只有三級結構的單鏈蛋白質，有8段α-螺旋結構。血紅素分子中的兩個丙酸側鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個堿性氨基酸側鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的F8組氨酸殘基還與Fe2+形成配位結合，所以血紅素輔基與蛋白質部分穩(wěn)定結合。肌紅蛋白(myoglobin，Mb)肌紅蛋白是一個只有三級血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組成的四級結構，每個亞基可結合1個血紅素并攜帶1分子氧。Hb亞基之間通過8對鹽鍵，使4個亞基緊密結合而形成親水的球狀蛋白。血紅蛋白(hemoglobin，Hb)血紅蛋白具有4個亞基組Acomparisonofthestructuresofmyoglobin(PDBID1MBO)andthesubunitofhemoglobin(derivedfromPDBID1HGA).Acomparisonofthestructures鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thr·pro·glu

·glu·····C(146)HbSβ肽鏈(B6)HbAβ肽鏈(B6)N-val·his·leu·thr·pro·val·glu·····C(146)鐮刀形紅細胞貧血N-val·his·leu·thThestructureofmyoglobinTheeighta-helicalsegments(shownhereascylinders)arelabeledAthroughH.NonhelicalresiduesinthebendsthatconnectthemarelabeledAB,CD,EF,andsoforth,indicatingthesegmentstheyinterconnect;thesearenotnormallylabeled.ThehemeisboundinapocketmadeuplargelyoftheEandFhelices,althoughaminoacidresiduesfromothersegmentsoftheproteinalsoparticipateThestructureofmyoglobinshowingthearrangementofkeyaminoacidresiduesaroundthehemeofmyoglobin.TheboundO2ishydrogen-bondedtothedistalHis,HisE7(His64),furtherfacilitatingthebindingofO2.showingthearrangementofkey脫氧Hb亞基間和亞基內的鹽鍵脫氧Hb亞基間和亞基內的鹽鍵Hb與Mb一樣能可逆地與O2結合，Hb與O2結合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構象變化可影響亞基與氧結合Hb與Mb一樣能可逆地與O2結合，Hb與O2結合后稱為氧合肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線協同效應(cooperativity)一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合后，能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現象，稱為協同效應。如果是促進作用則稱為正協同效應(positivecooperativity)如果是抑制作用則稱為負協同效應(negativecooperativity)協同效應(cooperativity)一個寡聚體蛋白質的一個正協同效應(positivecooperativity)正協同效應(positivecooperativity)血紅素與氧結合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼而引起肽鏈位置的變動。血紅素與氧結合后，鐵原子半徑變小，就能進入卟啉環(huán)的小孔中，繼緊張態(tài)（tensestate）松弛態(tài)（relaxedstate）緊張態(tài)（tensestate）生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件別構效應(allostericeffect)蛋白質空間結構的改變伴隨其功能的變化，稱為別構效應。別構效應(allostericeffect)蛋白質空間結構（三）蛋白質構象改變可引起疾病蛋白質構象疾病：若蛋白質的折疊發(fā)生錯誤，盡管其一級結構不變，但蛋白質的構象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴重時可導致疾病發(fā)生。（三）蛋白質構象改變可引起疾病蛋白質構象疾病：若蛋白質的折疊蛋白質構象改變導致疾病的機理：有些蛋白質錯誤折疊后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉樣纖維沉淀，產生毒性而致病，表現為蛋白質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?。–rutzfeldt-Jakobdisease,CJD,克-雅氏癥）、老年癡呆癥（Alzheimer’sdisease）、亨廷頓舞蹈病(Huntingtondisease)、瘋牛病等。蛋白質構象改變導致疾病的機理：有些蛋白質錯誤折疊后相互聚集，生物分子結構和功能課件StanleyB.PPrusiner由美國加州大學StanleyPrusiner分離出朊病毒prion（proteinaceousinfectiousparticle，蛋白質源性病毒感染粒子），它是一組至今不能查到任何核酸，對各種理化作用具有很強抵抗力，傳染性極強，分子量在2.7萬～3萬的蛋白質顆粒，它是能在人和動物中引起可傳染性腦病(TSE，transmissiblespongiformencephalopathies，瘋牛病（bovinespongiformencephalopathy，BSE,alsoknownas“madcowdisease”)。早在300年前，人們已經注意到在綿羊和山羊身上患的“羊瘙癢癥”。其癥狀表現為：喪失協調性、站立不穩(wěn)、煩躁不安、奇癢難熬，直至癱瘓死亡。20世紀60年代，英國生物學家阿爾卑斯用放射處理破壞DNA和RNA后，其組織仍具感染性，因而認為“羊瘙癢癥”的致病因子并非核酸，而可能是蛋白質。由于這種推斷不符合當時的一般認識，也缺乏有力的實驗支持，因而沒有得到認同，甚至被視為異端邪說。Microscopic"holes"arecharacteristicinprion-affectedtissuesections,causingthetissuetodevelopa"spongy"architectureStanleyB.PPrusiner由美國加州大學Sta瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)引起的一組人和動物神經退行性病變。朊病毒是小團的蛋白質。利用正常細胞中氨基酸排列順序一致的蛋白進行復制。它是不同于細菌和病毒的生物形式，不利用DNA或RNA進行復制，目前并無針對性治療。由于其結構簡單之特性，朊毒體的復制傳播都較細菌、病毒更快。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(Glypican-1?)的作用下可轉變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。瘋牛病中的蛋白質構象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白(prionprotein,PrP)阿爾茨海默?。ˋlzheimerdisease，AD），又叫老年性癡呆，是一種中樞神經系統(tǒng)變性病，起病隱襲，病程呈慢性進行性。主要表現為漸進性記憶障礙、認知功能障礙、人格改變及語言障礙等神經精神癥狀，嚴重影響社交、職業(yè)與生活功能。AD的病因及發(fā)病機制尚未闡明，特征性病理改變?yōu)棣碌矸蹣拥鞍壮练e形成的細胞外老年斑和tau蛋白過度磷酸化形成的神經細胞內神經原纖維纏結，以及神經元丟失伴膠質細胞增生等。Comparisonofanormalagedbrain(left)andthebrainofapersonwithAlzheimer's(right).InAlzheimer'sdisease,changesintauproteinleadtothedisintegrationofmicrotubulesinbraincells.Thebeta-amyloidfragmentiscrucialintheformationofsenileplaquesinAD阿爾茨海默?。ˋlzheimerdisease，AD），又第四節(jié)蛋白質的理化性質ThePhysicalandChemicalCharactersofProtein第四節(jié)蛋白質的理化性質一、蛋白質具有兩性電離的性質蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側鏈中某些基團，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負電荷或正電荷的基團。當蛋白質溶液處于某一pH時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時溶液的pH稱為蛋白質的等電點。蛋白質的等電點(isoelectricpoint,pI)一、蛋白質具有兩性電離的性質蛋白質分子除兩端的氨基和羧基可解二、蛋白質具有膠體性質蛋白質屬于生物大分子之一，分子量可自1萬至100萬之巨，其分子的直徑可達1～100nm，為膠粒范圍之內。顆粒表面電荷水化膜蛋白質膠體穩(wěn)定的因素:二、蛋白質具有膠體性質蛋白質屬于生物大分子之一，分子量可自1+++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質在等電點的蛋白質水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白質不穩(wěn)定的蛋白質顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用溶液中蛋白質的聚沉+++++++帶正電荷的蛋白質－－－－－－－－帶負電荷的蛋白三、蛋白質空間結構破壞而引起變性在某些物理和化學因素作用下，其特定的空間構象被破壞，也即有序的空間結構變成無序的空間結構，從而導致其理化性質改變和生物活性的喪失。蛋白質的變性(denaturation)三、蛋白質空間結構破壞而引起變性在某些物理和化學因素作用下，造成變性的因素:如加熱、乙醇等有機溶劑、強酸、強堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

變性的本質:——破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變蛋白質的一級結構。造成變性的因素:變性的本質:——破壞非共價鍵和二硫鍵，不改變

應用舉例:臨床醫(yī)學上，變性因素常被應用來消毒及滅菌。此外,防止蛋白質變性也是有效保存蛋白質制劑（如疫苗、抗體等）的必要條件。

應用舉例:若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質仍可恢復或部分恢復其原有的構象和功能，稱為復性(renaturation)。若蛋白質變性程度較輕，去除變性因素后，蛋白質仍可恢復或部分恢

天然狀態(tài)，有催化活性

尿素、β-巰基乙醇

去除尿素、β-巰基乙醇非折疊狀態(tài)，無活性核糖核酸酶的變性和復性天然狀態(tài)，有催化活性尿素、去除尿素、非折疊在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質易于沉淀，有時蛋白質發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質變性后的絮狀物加熱可變成比較堅固的凝塊，此凝塊不易再溶于強酸和強堿中。

蛋白質沉淀蛋白質的凝固作用(proteincoagulation)在一定條件下，蛋白疏水側鏈暴露在外，肽鏈融會相互纏繞繼而聚集四、蛋白質在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質分子中含有共軛雙鍵的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波長處有特征性吸收峰。蛋白質的A280與其濃度呈正比關系，因此可作蛋白質定量測定。四、蛋白質在紫外光譜區(qū)有特征性吸收峰由于蛋白質分子中含有共軛蛋白質經水解后產生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。蛋白質和多肽分子中肽鍵在稀堿溶液中與硫酸銅共熱，呈現紫色或紅色，此反應稱為雙縮脲反應，雙縮脲反應可用來檢測蛋白質水解程度。五、應用蛋白質呈色反應可測定蛋白質溶液含量茚三酮反應(ninhydrinreaction)雙縮脲反應(biuretreaction)蛋白質經水解后產生的氨基酸也可發(fā)生茚三酮反應。蛋白質和多肽第五節(jié)蛋白質的分離純化與結構分析TheSeparationandPurificationandStructureAnalysisofProtein第五節(jié)蛋白質的分離純化與結構分析TheSeparatio一、透析及超濾法可去除蛋白質溶液中的小分子化合物應用正壓或離心力使蛋白質溶液透過有一定截留分子量的超濾膜，達到濃縮蛋白質溶液的目的。透析(dialysis)超濾法利用透析袋把大分子蛋白質與小分子化合物分開的方法。一、透析及超濾法可去除蛋白質溶液中的小分子化合物應用正壓或離二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質濃縮方法使用丙酮沉淀時，必須在0～4℃低溫下進行，丙酮用量一般10倍于蛋白質溶液體積。蛋白質被丙酮沉淀后，應立即分離。除了丙酮以外，也可用乙醇沉淀。鹽析(saltprecipitation)是將硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等加入蛋白質溶液，使蛋白質表面電荷被中和以及水化膜被破壞，導致蛋白質沉淀。二、丙酮沉淀、鹽析及免疫沉淀是常用的蛋白質濃縮方法使用丙酮沉免疫沉淀法：將某一純化蛋白質免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體。利用特異抗體識別相應的抗原蛋白，并形成抗原抗體復合物的性質，可從蛋白質混合溶液中分離獲得抗原蛋白。免疫沉淀法：將某一純化蛋白質免疫動物可獲得抗該蛋白的特異抗體三、利用荷電性質可電泳分離蛋白質蛋白質在高于或低于其pI的溶液中為帶電的顆粒，在電場中能向正極或負極移動。這種通過蛋白質在電場中泳動而達到分離各種蛋白質的技術,稱為電泳(elctrophoresis)

。根據支撐物的不同，可分為薄膜電泳、凝膠電泳等。

三、利用荷電性質可電泳分離蛋白質蛋白質在高于或低于其pI的溶SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-polyacrylamidegelelectrophoresis,SDS)，常用于蛋白質分子量的測定。等電聚焦電泳(isoelectricfocusingelectrophoresis,IFE)，通過蛋白質等電點的差異而分離蛋白質的電泳方法。雙向凝膠電泳(2-Dgelelectrophoresis,2DGE)是蛋白質組學研究的重要技術。幾種重要的蛋白質電泳:SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-polyacrylamiSDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳等電聚焦電泳等電聚焦電泳雙向凝膠電泳雙向凝膠電泳四、應用相分配或親和原理可將蛋白質進行層析分離待分離蛋白質溶液（流動相）經過一個固態(tài)物質（固定相）時，根據溶液中待分離的蛋白質顆粒大小、電荷多少及親和力等，使待分離的蛋白質組分在兩相中反復分配，并以不同速度流經固定相而達到分離蛋白質的目的。層析(chromatography)分離蛋白質的原理四、應用相分配或親和原理可將蛋白質進行層析分離待分離蛋白質溶離子交換層析：利用各蛋白質的電荷量及性質不同進行分離。凝膠過濾(gelfiltration)又稱分子篩層析，利用各蛋白質分子大小不同分離。親和層析蛋白質分離常用的層析方法離子交換層析：利用各蛋白質的電荷量及性質不同進行分離。蛋白質生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件五、利用蛋白質顆粒沉降行為不同可進行超速離心分離超速離心法(ultracentrifugation)既可以用來分離純化蛋白質也可以用作測定蛋白質的分子量。

蛋白質在離心場中的行為用沉降系數(sedimentationcoefficient,S)表示，沉降系數與蛋白質的密度和形狀相關。五、利用蛋白質顆粒沉降行為不同可進行超速離心分離超速離心法(因為沉降系數S大體上和分子量成正比關系，故可應用超速離心法測定蛋白質分子量，但對分子形狀的高度不對稱的大多數纖維狀蛋白質不適用。因為沉降系數S大體上和分子量成正比關系，故可應用超速離心法測六、應用化學或反向遺傳學方法可分析多肽鏈的氨基酸序列分析已純化蛋白質的氨基酸殘基組成測定多肽鏈的氨基末端與羧基末端為何種氨基酸殘基把肽鏈水解成片段，分別進行分析測定各肽段的氨基酸排列順序，一般采用Edman降解法一般需用數種水解法，并分析出各肽段中的氨基酸順序，然后經過組合排列對比，最終得出完整肽鏈中氨基酸順序的結果。六、應用化學或反向遺傳學方法可分析多肽鏈的氨基酸序列分析已純離子交換層析分析蛋白質的氨基酸組分人血紅蛋白雙向肽圖肽的氨基酸末端測定法離子交換層析分析蛋白質的氨基酸組分人血紅蛋白雙向肽圖肽的分為耦合、切割、萃取、轉化、鑒定等幾個步驟。首先在pH8.0的堿性環(huán)境下，將異硫氰酸苯酯(Ph—N=C=S，PITC)和蛋白質或多肽N端氨基酸耦合，形成苯氨基硫甲酰(PTC)衍生物；然后以三氟乙酸(TFA)處理耦合后產物，將多肽或蛋白的N一端第一個肽鍵選擇性的切斷，釋放出該氨基酸殘基的噻唑啉酮苯胺衍生物；隨后萃取出釋放的氨基酸衍生物并在強酸性條件下轉化為穩(wěn)定的乙內酰苯硫脲氨基酸(PTH-氨基酸)；最后以色譜法鑒定出降解下來的PTH-氨基酸種類，從而得到蛋白質或多肽N端序列信息。Edman降解法分為耦合、切割、萃取、轉化、鑒定等幾個步驟。首先在pH8.0生物分子結構和功能課件通過核酸來推演蛋白質中的氨基酸序列按照三聯密碼的原則推演出氨基酸的序列分離編碼蛋白質的基因測定DNA序列排列出mRNA序列通過核酸來推演蛋白質中的氨基酸序列按照三聯密碼的原則推演出氨生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件七、應用物理學、生物信息學原理可進行蛋白質空間結構測定二級結構測定通常采用圓二色光譜(circulardichroism，CD)測定溶液狀態(tài)下的蛋白質二級結構含量。-螺旋的CD峰有222nm處的負峰、208nm處的負峰和198nm處的正峰三個成分；而-折疊的CD譜不很固定。七、應用物理學、生物信息學原理可進行蛋白質空間結構測定二級結用于推斷非對稱分子的構型和構象的一種旋光光譜。光學活性物質對組成平面偏振光的左旋和右旋圓偏振光的吸收系數(ε)是不相等的，εL≠εR，即具有圓二色性。如果以不同波長的平面偏振光的波長λ為橫坐標，以吸收系數之差Δε=εL-εR為縱坐標作圖，得到的圖譜即是圓二色光譜，簡稱CD。由于△ε有正值和負值之分，所以圓二色譜也有呈峰的正性圓二色譜和呈谷的負性圓二色譜。在紫外可見光區(qū)域測定圓二色譜與旋光譜，其目的是推斷有機化合物的構型和構象。圓二色光譜(circulardichroism，CD)用于推斷非對稱分子的構型和構象的一種旋光光譜。光學活性物質對三級結構測定X射線衍射法(X-raydiffraction)和核磁共振技術(nuclearmagneticresonance,NMR)是研究蛋白質三維空間結構最準確的方法。三級結構測定X射線衍射法(X-raydiffraction)X射線衍射法(X-raydiffraction)同源模建：將待研究的序列與已知結構的同源蛋白質序列對齊——補償氨基酸替補、插入和缺失——通過模建和能量優(yōu)化計算，產生目標序列三維結構。序列相似性越高，預測的模型也越準確。折疊識別：通過預測二級結構、預測折疊方式和參考其它蛋白的空間結構，從而產生目標序列的三維結構。從無到有：根據單個氨基酸形成二級結構的傾向，加上各種作用力力場信息，直接產生目標序列三維結構。根據蛋白質的氨基酸序列預測其三維空間結構：同源模建：將待研究的序列與已知結構的同源蛋白質序列對齊——補生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件生物分子結構和功能課件第一篇

生物分子結構和功能第一篇生物分子結構和功能細胞的結構細胞的結構生物大分子（Macromolecules）

由一定的基本結構單位，按一定的排列順序和連接方式而形成的多聚體，參與機體構成并發(fā)揮重要身體功能。蛋白質核酸聚糖生物大分子（Macromolecules）

由一定的基本結構細胞的分子組成細胞的分子組成生物分子的功能核酸：遺傳信息的儲存和傳遞蛋白質：生命活動的載體，功能執(zhí)行者，參與幾乎所有的生理活動酶：生物體內催化劑聚糖：參與生命活動維生素：維系人體正常生命活動所必需的小分子化合物，參與代謝途徑生物分子的功能核酸：遺傳信息的儲存和傳遞蛋白質的結構與功能第一章StructureandFunctionofProtein蛋白質的結構與功能第一章StructureandFunc什么是蛋白質?蛋白質(protein)是由許多氨基酸(aminoacids)通過肽鍵(peptidebond)相連形成的高分子含氮化合物。什么是蛋白質?蛋白質(protein)是由許多氨基酸(ami蛋白質研究的歷史1833年，Payen和Persoz分離出淀粉酶。1838年，荷蘭科學家G.J.Mulder引入“protein”（源自希臘字proteios，意為primary）一詞

1864年，Hoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結晶。19世紀末，Fischer證明蛋白質是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽。蛋白質研究的歷史1833年，Payen和Persoz分離出淀1951年,

Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現了蛋白質的二級結構——α-螺旋(α-helix)。1953年，FrederickSanger完成胰島素一級序列測定。1962年，JohnKendrew和MaxPerutz確定了血紅蛋白的四級結構。20世紀90年代以后，隨著人類基因組計劃實施，功能基因組與蛋白質組計劃的展開，使蛋白質結構與功能的研究達到新的高峰。1951年,Pauling采用X（射）線晶體衍射發(fā)現了蛋蛋白質的分子組成

TheMolecularComponentofProtein第一節(jié)蛋白質的分子組成

TheMolecularCompone蛋白質的生物學重要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。含量高：蛋白質是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分的45%，而在細胞中可達細胞干重的70%以上。1.蛋白質是生物體重要組成成分蛋白質的生物學重要性分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞作為生物催化劑（酶）代謝調節(jié)作用免疫保護作用物質的轉運和存儲運動與支持作用參與細胞間信息傳遞2.蛋白質具有重要的生物學功能3.氧化供能作為生物催化劑（酶）2.蛋白質具有重要的生物學功能3.氧組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個別蛋白質還含有碘。組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和S。

各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。由于體內的含氮物質以蛋白質為主，因此，只要測定生物樣品中的含氮量，就可以根據以下公式推算出蛋白質的大致含量：100克樣品中蛋白質的含量(g%)=每克樣品含氮克數×6.25×1001/16%蛋白質元素組成的特點各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16％。由于體內的含氮物一、組成人體蛋白質的20種L--氨基酸

存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。一、組成人體蛋白質的20種L--氨基酸存在自然界中的氨基生物分子結構和功能課件H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-HH甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH3COO-H

除了20種基本的氨基酸外，近年發(fā)現硒代半胱氨酸在某些情況下也可用于合成蛋白質。硒代半胱氨酸從結構上來看，硒原子替代了半胱氨酸分子中的硫原子。硒代半胱氨酸存在于少數天然蛋白質中，包括過氧化物酶和電子傳遞鏈中的還原酶等。硒代半胱氨酸參與蛋白質合成時，并不是由目前已知的密碼子編碼，具體機制尚不完全清楚。除了20種基本的氨基酸外，近年發(fā)現硒代半胱氨酸在某些體內也存在若干不參與蛋白質合成但具有重要生理作用的L-α-氨基酸，如參與合成尿素的鳥氨酸（ornithine）、瓜氨酸（citrulline）和精氨酸代琥珀酸（argininosuccinate）。體內也存在若干不參與蛋白質合成但具有重要生理作用的L-α-氨非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸二、氨基酸可根據側鏈結構和理化性質進行分類非極性脂肪族氨基酸二、氨基酸可根據側鏈結構和理化性質進行分類(一)側鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸(一)側鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸(二)側鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸甲硫氨酸(二)側鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸甲硫氨酸(三)側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸(三)側鏈含芳香基團的氨基酸是芳香族氨基酸(四)側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸(四)側鏈含負性解離基團的氨基酸是酸性氨基酸(五)側鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸(五)側鏈含正性解離基團的氨基酸屬于堿性氨基酸1.必需氨基酸（essentialaminoacid）：指人體（或其它脊椎動物）不能合成或合成速度遠不適應機體的需要，必需由食物蛋白供給，這些氨基酸稱為必需氨基酸。成人必需氨基酸的需要量約為蛋白質需要量的20%～37%。共有8種其作用分別是：賴氨酸：促進大腦發(fā)育，是肝及膽的組成成分，能促進脂肪代謝，調節(jié)松果腺、乳腺、黃體及卵巢，防止細胞退化；色氨酸：促進胃液及胰液的產生；苯丙氨酸：參與消除腎及膀胱功能的損耗；蛋氨酸（甲硫氨酸）：參與組成血紅蛋白、組織與血清，有促進脾臟、胰臟及淋巴的功能；蘇氨酸：有轉變某些氨基酸達到平衡的功能；異亮氨酸：參與胸腺、脾臟及腦下腺的調節(jié)以及代謝；腦下腺、甲狀腺、性腺；亮氨酸：作用平衡異亮氨酸；纈氨酸：作用于黃體、乳腺及卵巢。2、半必需氨基酸和條件必需氨基酸：精氨酸：精氨酸與脫氧膽酸制成的復合制劑（明諾芬）是主治梅毒、病毒性黃疸等病的有效藥物。組氨酸：可作為生化試劑和藥劑，還可用于治療心臟病，貧血，風濕性關節(jié)炎等的藥物。3、非必需氨基酸（nonessentialaminoacid）：指人（或其它脊椎動物）自己能由簡單的前體合成，不需要從食物中獲得的氨基酸。例如甘氨酸、丙氨酸等氨基酸。1.必需氨基酸（essentialaminoacid）幾種特殊氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）羥脯氨酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CHCHCOO-NH2+CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2OH幾種特殊氨基酸脯氨酸CH2CHCOO-NH2+CH2CH半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-在蛋白質翻譯后的修飾過程中，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴氨酸。蛋白質分子中20種氨基酸殘基的某些基團還可被甲基化、甲酰化、乙?；?、異戊二烯化和磷酸化等。這些翻譯后修飾，可改變蛋白質的溶解度、穩(wěn)定性、亞細胞定位和與其他細胞蛋白質相互作用的性質等，體現了蛋白質生物多樣性的一個方面。在蛋白質翻譯后的修飾過程中，脯氨酸和賴氨酸可分別被羥化為羥脯三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH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，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。（一）氨基酸具有兩性解離的性質三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質兩性解離及等電點氨基pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨生物分子結構和功能課件PI＝7.59PI＝7.59生物分子結構和功能課件（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數蛋白質含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的最大（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關系，因此可作為氨基酸定量分析方法。（三）氨基酸與茚三酮反應生成藍紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物四、氨基酸通過肽鍵連接而形成蛋白質或活性肽肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學鍵。（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽四、氨基酸通過肽鍵連接而形成蛋白質或活性肽肽鍵(peptid+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵肽(peptide)是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨基酸縮合則形成三肽……肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團不全，被稱為氨基酸殘基(residue)。由十個以內氨基酸相連而成的肽稱為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽(polypeptide)。肽(peptide)是由氨基酸通過肽鍵縮合而形成的化合物。兩N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端C末端：多肽鏈中有游離α-羧基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結構。N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(生物分子結構和功能課件N末端C末端牛核糖核酸酶N末端C末端牛核糖核酸酶

蛋白質是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結構、并具有特定生物學功能的多肽。一般而論，蛋白質的氨基酸殘基數通常在50個以上，50個氨基酸殘基以下則仍稱為多肽。蛋白質是由許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空（二）體內存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)（二）體內存在多種重要的生物活性肽1.谷胱甘肽(glutGSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSSG

GSH還原酶NADPH+H+NADP+GSH與GSSG間的轉換氧化型GSHGSH過氧化物酶H2O22GSH2H2OGSS

體內許多激素屬寡肽或多肽

神經肽(neuropeptide)2.多肽類激素及神經肽體內許多激素屬寡肽或多肽神經肽(neuropeptide蛋白質的分子結構

TheMolecularStructureofProtein

第二節(jié)蛋白質的分子結構

TheMolecularStructu蛋白質的分子結構包括:

高級結構一級結構(primarystructure)二級結構(secondarystructure)三級結構(tertiarystructure)四級結構(quaternarystructure)蛋白質的分子結構包括:高級結構一級結定義:蛋白質的一級結構指在蛋白質分子從N-端至C-端的氨基酸排列順序。一、氨基酸的排列順序決定蛋白質的一級結構主要的化學鍵:肽鍵，有些蛋白質還包括二硫鍵。定義:一、氨基酸的排列順序決定蛋白質主要的化學鍵:一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋白質空間構象的唯一因素。一級結構是蛋白質空間構象和特異生物學功能的基礎，但不是決定蛋生物分子結構和功能課件目前已知一級結構的蛋白質數量已相當可觀，并且還以更快的速度增加。國際互聯網有若干重要的蛋白質數據庫，例如EMBL（EuropeanMolecularBiologyLaboratoryDataLibrary）Genbank（GeneticSequenceDatabank）PIR（ProteinIdentificationResourceSequenceDatabase）收集了大量最新的蛋白質一級結構及其他資料，為蛋白質結構與功能的深入研究提供了便利。目前已知一級結構的蛋白質數量已相當可觀，并且還以更快的速度增NIH(NationalInstitutesofHealth)美國國立衛(wèi)生研究院NCBI(NationalCenterforBiotechnologyInformation)PubMed,GenBank,Protein,BLAST……

NIH(NationalInstitutesofHe2.歐洲分子生物學實驗室EMBL（TheEuropeanMolecularBiologyLaboratory）

3.DDBJ(DNADataBankofJapan)http://www.ddbj.nig.ac.jp/2.歐洲分子生物學實驗室EMBL（TheEuropean二、多肽鏈的局部主鏈構象為蛋白質二級結構蛋白質分子中某一段肽鏈的局部空間結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空間位置，并不涉及氨基酸殘基側鏈的構象

。定義:

主要的化學鍵：氫鍵

二、多肽鏈的局部主鏈構象為蛋白質蛋白質分子中某一段肽鏈的局部

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

蛋白質二級結構所謂肽鏈主鏈骨架原子即N（氨基氮）、Cα（α-碳原子）和Co（羰基碳）3個原子依次重復排列。

-螺旋(-helix)蛋白質二級結構所謂肽鏈主鏈（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上參與肽鍵的6個原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所處的位置為反式(trans)構型，此同一平面上的6個原子構成了所謂的肽單元

(peptideunit)

。（一）參與肽鍵形成的6個原子在同一平面上參與肽鍵的6個原子C生物分子結構和功能課件

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

（二）α-螺旋結構是常見的蛋白質二級結構蛋白質二級結構-螺旋(-helix)（二）α-螺旋結構是常見的（二）α-螺旋結構是常見的蛋白質二級結構（二）α-螺旋結構是常見的蛋白質二級結構（三）-折疊使多肽鏈形成片層結構（三）-折疊使多肽鏈形成片層結構（四）-轉角和無規(guī)卷曲在蛋白質分子中普遍存在-轉角無規(guī)卷曲是用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結構。（四）-轉角和無規(guī)卷曲在蛋白質分子中普遍存在-轉角無規(guī)卷（五）二級結構可組成蛋白質分子中的模體在許多蛋白質分子中，可發(fā)現二個或三個具有二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個有