生物化學(xué)第4章蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)輔導(dǎo)版

第4章蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)通論二、肽三、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定四、蛋白質(zhì)的氨基酸序列與生物功能五、肽和蛋白質(zhì)的人工合成(Covalentstructureofprotein)一、蛋白質(zhì)通論蛋白質(zhì)的化學(xué)組成碳50%氫7%氧23%氮16%硫0～3%其它（P、Fe、Cu、I、Zn、Mo、Mn、Ca等）定氮法測定蛋白質(zhì)含量

氮為蛋白質(zhì)的特征元素，將提取并純化的蛋白質(zhì)用凱氏定氮法測定氮的含量，然后通過下列公式可以計算蛋白質(zhì)的含量：蛋白質(zhì)含量（mg/ml）=蛋白氮（mg/ml）×6.25（或=蛋白氮（mg/ml）÷16%）蛋白質(zhì)的形狀纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)膜結(jié)合蛋白質(zhì)CollagenMyoglobinBacteriorhodopsin蛋白質(zhì)的大小Ⅰ蛋白質(zhì)Mr殘基數(shù)目/鏈亞基組織方式細(xì)胞色素c（馬）12500104α1己糖激酶（酵母）96000200α4胰島素573321（A）30（B）αβ血紅蛋白（人）64500141（α）146（β）α2β2糜蛋白酶（牛胰）2260013（α）132（β）97（γ）αβγ蛋白質(zhì)的大?、?/p>

蛋白質(zhì)的分子量很大，并且分布范圍也很大，一般在大約6000～1×10

6道爾頓。蛋白質(zhì)的分子量主要由組成蛋白質(zhì)的氨基酸殘基的數(shù)目決定，對于綴合蛋白質(zhì)來說，有些配體也在蛋白質(zhì)的分子量中占有很大的比重。蛋白質(zhì)的分子量范圍是人為規(guī)定的，更小的氨基酸縮合物叫做肽。

蛋白質(zhì)氨基酸殘基數(shù)的估計

對于簡單蛋白質(zhì)，用110除它的相對分子量即可約略估計出其氨基酸殘基數(shù)目。

20種常見氨基酸的平均分子量為138組成蛋白質(zhì)的氨基酸的平均分子量為128每個氨基酸殘基的平均分子量為110蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的組織層次一級結(jié)構(gòu)指的是多肽鏈的氨基酸序列二級結(jié)構(gòu)指的是多肽鏈借助于氫鍵排列成有規(guī)律的、局部的結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈借助各種非共價鍵彎曲、折疊成具有特定走向的緊密球狀構(gòu)象四級結(jié)構(gòu)指的是寡聚蛋白質(zhì)亞基間的結(jié)合，亞基間不同的排列方式會形成不同的構(gòu)象。Lys-Cys-Phe-Ala-Ile-Glu-Cys-Leu｜｜———————蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)S—SN端C端蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)“Shorthand”α-helix“Shorthand”β-strand蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)Chymotrypsinspace-fillingmodelChymotrypsinribbon蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

決定高級結(jié)構(gòu)

在肽鏈內(nèi)或肽鏈間有時也有兩個半胱氨酸之間形成二硫鍵的連接。

蛋白質(zhì)功能的多樣性1．催化；2．調(diào)節(jié)；3．轉(zhuǎn)運(yùn)；4．貯存；5．運(yùn)動；6．結(jié)構(gòu)成分；7．支架作用；8．防御和進(jìn)攻；9．異常功能。二、肽肽的命名Ⅰ

肽是兩個至數(shù)百個氨基酸之間由肽鍵連接而成的線狀聚合物。根據(jù)形成肽的氨基酸數(shù)目，一般氨基酸數(shù)目在12個以內(nèi)時，稱為二肽、三肽、四肽等；13個至20個時稱為寡肽（oligopeptide）；20個以上稱為多肽（polypeptide）。當(dāng)分子量大到一定程度時，就稱為蛋白質(zhì)。寡肽和多肽的區(qū)分完全是人為規(guī)定的，其間的界限并不嚴(yán)格。

肽鏈中的氨基酸因缺少了一分子水，叫做氨基酸殘基。

肽的兩端

一條肽鏈?zhǔn)怯蟹较蛐缘?，肽鏈的一端具有游離的α－氨基，稱其為N端；另一端具有游離的α－羧基，稱其為C端。有少數(shù)小分子量的肽，其首尾也縮合成肽鍵，成為環(huán)肽。

肽的命名Ⅱ?qū)τ谛》肿恿康碾牡拿?，是從其N端開始，稱為某氨酰某氨酰某氨?！嘲被?，下例寫成Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu，左邊是N端，右邊是C端。肽的命名Ⅲ對于生物體內(nèi)的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的小分子量肽，還有特別名稱，如腦啡肽、內(nèi)啡肽、催產(chǎn)素、加壓素等。肽基的C、O和N原子間的共振相互作用肽鍵共振的結(jié)果Ⅰ①限制肽鍵的自由旋轉(zhuǎn)，給肽主鏈的每一個氨基酸殘基只保留兩個自由度。②組成肽基的4個原子和2個相鄰的Cα原子傾向于共平面，形成所謂的多肽主鏈的酰胺平面（amideplane）或稱肽平面（peptideplane）。肽平面肽鍵共振的結(jié)果Ⅱ③C－N鍵的長度為0.133nm，比正常的C－N單鍵（0.145nm）短，但比典型的C=N鍵（0.125nm）長。估計肽基中的C－N鍵具有約40%的雙鍵性質(zhì)，而C=O鍵具有40%的單鍵性質(zhì)，在室溫下足以防止C－N鍵旋轉(zhuǎn)。④雜化的中間態(tài)酰胺帶有0.28個凈正電荷，羰基帶有0.28個凈負(fù)電荷，肽鍵具有永久偶極。肽基的順、反構(gòu)型肽平面內(nèi)，兩個Cα可以處于順式或反式構(gòu)型。因為順式構(gòu)型兩個R基有空間位阻，所以反式構(gòu)型比順式構(gòu)型穩(wěn)定，因此肽鏈中肽鍵幾乎都是反式構(gòu)型。脯氨酸的亞氨基形成的肽鍵

OfthepeptidebondsbetweenaminoacidresiduesotherthanPro,over99.95%areinthetransconfiguration.Forpeptidebondsinvolvingtheiminonitrogenofproline,however,about6%areinthecisconfiguration;manyoftheseoccurat

turns.transcis肽的物理化學(xué)性質(zhì)Ⅰ由于短肽晶體的熔點(diǎn)都很高，說明短肽的晶體是離子晶格，在水溶液中以偶極離子存在。在pH0～14范圍內(nèi)，肽鍵中的酰胺氫不解離，所以肽的酸堿性主要決定于肽鏈末端的α－羧基、α－氨基以及R基團(tuán)上的可解離基團(tuán)。因為肽鏈末端的α－羧基和α－氨基相距很遠(yuǎn)，它們之間的靜電引力較弱，所以它們的酸堿性比氨基酸的α－羧基和α－氨基弱。R基上可解離基團(tuán)的解離常數(shù)也有所變化。在某一pH下，肽中各可解離基團(tuán)解離得到的凈電荷為0，這個pH就是該肽的等電點(diǎn)。肽的物理化學(xué)性質(zhì)Ⅱ肽的化學(xué)反應(yīng)和氨基酸的一致。N端的氨基酸殘基也可以與茚三酮反應(yīng)，這一反應(yīng)可用于肽的定性和定量測定。雙縮脲反應(yīng)是肽和蛋白質(zhì)特有的，氨基酸沒有此反應(yīng)。一般含有兩個或兩個以上肽鍵的化合物與CuSO4堿性溶液都能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，生成紫紅色或藍(lán)紫色的絡(luò)合物，利用這個反應(yīng)可以用分光光度法（540nm）測定蛋白質(zhì)的含量。

雙縮脲反應(yīng)形成的絡(luò)合物雙縮脲與肽的結(jié)構(gòu)比較雙縮脲三肽四、蛋白質(zhì)的氨基酸序列與生物功能

有些來源于不同生物的蛋白質(zhì)的氨基酸序列具有明顯的相似性，這種序列上的相似性叫做同源性。同源蛋白質(zhì)中有許多氨基酸殘基是相同的，稱為不變殘基，或保守性殘基，而在不同物種的同源蛋白質(zhì)中不同的氨基酸殘基稱為可變殘基。親緣關(guān)系越近的同源蛋白質(zhì)的同源性越強(qiáng)。

同源蛋白質(zhì)往往在不同生物體中行使相同或相似的功能，例如各種脊椎動物體內(nèi)的血紅蛋白就屬于同源蛋白質(zhì)。細(xì)胞色素C細(xì)胞色素C是一種含血紅素的蛋白質(zhì)，在線粒體中起電子傳遞的作用。大多數(shù)細(xì)胞色素

C

含一百零幾個氨基酸殘基，40多個物種的細(xì)胞色素C氨基酸序列分析表明，有28個殘基是不變的，所有細(xì)胞色素C在第17位上都是一個Cys殘基，這個殘基是血紅素結(jié)合的部位。細(xì)胞色素C的不變殘基此區(qū)域可能是與酶結(jié)合的區(qū)域不同物種細(xì)胞色素C的差異殘基數(shù)黑猩猩綿羊響尾蛇鯉魚蝸牛天蛾酵母花椰菜歐防風(fēng)人01014182931444443黑猩猩1014182931444443綿羊20112427444646響尾蛇262833474543鯉魚2626444746蝸牛28485150天蛾444441酵母4747花椰菜13根據(jù)細(xì)胞色素C建立的系統(tǒng)樹哺乳類鳥和爬蟲類硬骨魚類軟骨魚類真菌昆蟲兩棲類植物氧合血紅素蛋白質(zhì)肌肉中的氧合血紅素蛋白質(zhì)——肌紅蛋白（Myoglobin）由一條肽鏈組成，含153個氨基酸殘基，紅細(xì)胞中的血紅蛋白（Hemoglobin）是一個由兩條α鏈（每條鏈141個氨基酸殘基）和兩條β鏈（每條鏈146個氨基酸殘基）組成的四聚體蛋白。肌紅蛋白、血紅蛋白的α鏈和β鏈都是珠蛋白（globin），它們有很高的序列同源性，通過血紅素結(jié)合氧的能力都被這3種多肽鏈保留下來了。

氧合血紅素蛋白的進(jìn)化樹絲氨酸蛋白酶類胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、彈性蛋白酶、凝血酶以及纖溶酶都是絲氨酸蛋白酶，它們有足夠的序列同源性，在它們的活性中心都有絲氨酸，說明它們可能是由祖先絲氨酸蛋白酶進(jìn)化而來。

生物活性和來源差異很大的蛋白質(zhì)卵清中的溶菌酶（含129個殘基，水解細(xì)菌細(xì)胞壁的多糖成分）和人乳汁中的α-乳清蛋白（含123個殘基，調(diào)節(jié)乳糖合成）功能和來源都很不相同，但它們有48個殘基是相同的，三級結(jié)構(gòu)也很相似，說明它們具有共同的蛋白質(zhì)祖先。

五、肽和蛋白質(zhì)的人工合成肽的人工合成

最廣泛應(yīng)用的氨基保護(hù)基是芐氧甲?；?，它可以用催化加氫或用金屬鈉在液氨中處理去除。其它可以用作氨基保護(hù)基的還有三苯甲基、叔丁氧甲?；妆交酋；?，這些基團(tuán)可以用HBr/CH3COOH在室溫下除去。（氨基的保護(hù)）肽的人工合成

（羧基的保護(hù)）羧基一般用鹽或酯的形式保護(hù)。鹽是對羧基臨時性的保護(hù)。酯有甲酯、乙酯、芐酯和叔丁酯等。甲酯和乙酯可用皂化法除去，但易引起消旋。芐酯可用H2/Pd法或金屬鈉－液氨法除去。叔丁酯可在溫和條件下用酸除去。

肽的人工合成

（側(cè)鏈上活潑基團(tuán)的保護(hù)）側(cè)鏈上需要保護(hù)的活潑基團(tuán)有：Asp和Glu的β和γ羧基，Ser、Thr和Tyr的羥基，Cys的巰基，Lys的ε氨基，Arg的胍基等。這些保護(hù)基團(tuán)有芐基、對甲苯磺?；?、甲基等。各種