第一章 蛋白質(zhì)

第一章蛋白質(zhì)化學(xué)第一節(jié)蛋白質(zhì)通論第二節(jié)氨基酸第三節(jié)肽第四節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)第五節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)與功能第六節(jié)蛋白質(zhì)的性質(zhì)

protein來源于protos，意為“first”or“foremost”

第一節(jié)蛋白質(zhì)通論

一、蛋白質(zhì)的化學(xué)組成

碳50％氫7％氧23％氮16%

硫0—3％其他微量如：磷、鐵、碘、鉬、鋅和銅蛋白系數(shù)：6.25

其中，在不同蛋白質(zhì)樣品中，N元素的含量相對穩(wěn)定，約為16%，故每克氮相當(dāng)于6.25（100/16）克蛋白質(zhì)

因此食物與飼料中蛋白質(zhì)的含量可以通過凱氏定N（Kjeldahl法）進(jìn)行大致估計舉例：三聚氰胺事件皮革奶事件凱氏定氮法的原理共熱有機(jī)物+濃硫酸氨+硫酸

硫酸銨+強(qiáng)堿氨，用硼酸吸收標(biāo)準(zhǔn)鹽酸溶液滴定根據(jù)酸的消耗量計算含氮量計算蛋白質(zhì)的含量二、蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能1、結(jié)構(gòu)蛋白是生物體的組成成分如：人的皮膚、肌肉、內(nèi)臟、毛發(fā)、韌帶、骨骼和血液2、催化作用如：酶、核酶（幾種小分子RNA)3、運(yùn)輸功能如：HB血紅蛋白、MB肌紅蛋白、鐵結(jié)合球蛋白、Cytc細(xì)胞色素C等，膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4、肌肉運(yùn)動肌動蛋白和肌球蛋白，鞭毛5、調(diào)節(jié)作用如：胰島素、促腎上腺皮質(zhì)激素、生長激素等，基因調(diào)控因子6、免疫作用如：免疫球蛋白、抗冰凍蛋白、絲心蛋白7.支架作用-接頭蛋白起傳遞信號的作用8.貯存功能-乳、蛋、谷蛋白此外，蛋白質(zhì)還在遺傳信息的表達(dá)、生物膜的功能以及高等動物的記憶、識別，細(xì)胞的生長和分化等方面起重要的作用三、蛋白質(zhì)的分類1、從外形分纖維蛋白:多為結(jié)構(gòu)蛋白球蛋白:具有廣泛的生物學(xué)功能。如酶、蛋白類

激素等。

2、從組成分簡單蛋白

simpleprotein

單純蛋白，完全由氨基酸組成結(jié)合蛋白

conjugatedprotein多肽鏈+輔助因子由簡單蛋白與其它非蛋白成分結(jié)合而成簡

單

蛋

白清蛋白和球蛋白廣泛存在于動物組織谷蛋白和醇溶谷蛋白植物蛋白，不溶于水，易溶于稀酸/堿精蛋白和組蛋白堿性蛋白存在于細(xì)胞核硬蛋白：執(zhí)行保護(hù)機(jī)體的功能蛋白。主要有角蛋白、膠原蛋白、網(wǎng)硬蛋白和彈性蛋白結(jié)

合

蛋

白核蛋白：簡單蛋白+核酸脂蛋白：簡單蛋白+脂類結(jié)合糖蛋白：簡單蛋白+糖類物質(zhì)色蛋白：簡單蛋白+色素物質(zhì)如：葉綠體中含有葉綠素和類胡蘿卜素的蛋白質(zhì)、

血紅蛋白含有血紅素第二節(jié)蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單位—氨基酸(AminoAcids)

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位。氨基酸是具有氨基（-NH3+）或亞氨基和羧基（-COOH）的有機(jī)分子。氨基酸種類多，但構(gòu)成蛋白質(zhì)具有遺傳密碼的氨基酸只有20種。氨基酸的結(jié)構(gòu)通式為：氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1).與羧基相鄰的α-碳原子上都有一個氨基，因而稱為α-氨基酸；(2).除甘氨酸外,其它所有氨基酸分子中的α-碳原子連接的四個基團(tuán)各不相同稱為不對稱碳原子或手性碳，特點(diǎn)：

A.氨基酸都具有旋光性。實物與鏡像互為旋光異構(gòu)體

B.每一種氨基酸都具有D-型和L-型兩種立體異構(gòu)體。目前已知的天然蛋白質(zhì)中氨基酸都為L-型。-氨基酸的立體異構(gòu)體(一)手性當(dāng)時認(rèn)為規(guī)定右旋的甘油醛（構(gòu)型標(biāo)準(zhǔn)物）（即當(dāng)醛基—CHO排在上面時,OH在右邊）,并且用符號“D“標(biāo)記它的構(gòu)型“dextro”即右旋；OH在左邊的為左旋的甘油醛，用符號L標(biāo)記它的構(gòu)型“l(fā)evo”即左旋。右旋甘油醛就稱為D-(+)-甘油醛，左旋甘油醛稱為L-(-)-甘油醛，在這里+、-表示旋光方向，D,L表示構(gòu)型。注意AA各C原子的編號HCOOHNHC2CH2CH2CH2CH22HNε

αβγδε

氨基二、氨基酸的分類（一）、根據(jù)R基團(tuán)的化學(xué)結(jié)構(gòu)可把氨基酸分為四類：1、脂肪族氨基酸（脂肪族是指結(jié)構(gòu)簡單，飽和度不定的直鏈有機(jī)化合物）一氨基一羧基氨基酸：Gly、Ala、Val、Leu、Ile、Met、Cys、Ser、Thr

一氨基二羧基氨基酸及其酰胺：Glu、Gln、Asp、Asn

二氨基一羧基氨基酸：Lys、Arg2、芳香族氨基酸：Phe、Tyr、

Trp3、雜環(huán)氨基酸：His、Pro

氨基酸的結(jié)構(gòu)（二）從營養(yǎng)學(xué)角度分類必需氨基酸（人類不能自行合成，依賴食物供給）

諧音記憶："笨蛋來宿舍，晾一晾鞋"

笨（苯丙氨酸）蛋（蛋氨酸）來（賴氨酸）宿（蘇氨酸）舍（色氨酸），晾（亮氨酸）一晾（異亮氨酸）鞋（纈氨酸）半必須氨基酸：半斤組［精（斤）氨酸，組氨酸］

非必需氨基酸（人類能自行合成）（三）、根據(jù)R基團(tuán)極性分類：

非極性氨基酸：Ala、Val、Leu、Ile、Pro、Phe、Trp、Met極性不帶電荷：Gly、Ser、Thr、Cys、Tyr、Gln、Asn

極性帶正電荷：Lys、Arg、His極性帶負(fù)電荷：Glu、Asp

側(cè)鏈為脂肪烴：丙氨酸（Ala）纈氨酸（Val）

亮氨酸（Leu）異亮氨酸（Ile）

側(cè)鏈為含硫氨基酸：甲硫氨酸（Met）側(cè)鏈含芳香環(huán)：色氨酸（Trp）苯丙氨酸（Phe）側(cè)鏈為雜環(huán)：脯氨酸（Pro）

非極性氨基酸8種

Ala（丙氨酸）Leu（亮氨酸)Ile（異亮氨酸）Met(蛋氨酸）Phe（苯丙氨酸）Trp（色氨酸）Pro（脯氨酸）Val（纈氨酸）特點(diǎn)：不易溶于水（疏水性氨基酸）R基疏水性大小

Ala＜Met＜Pro＜Val＜Leu＝Ile＜Phe

＜Trp這類氨基酸R基的疏水性，在維持蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)中起著重要作用。Pro是唯一的一種α-亞氨基酸，它在蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)中具有極重要的作用，一般出現(xiàn)在兩段α-螺旋之間的拐角處.側(cè)鏈為羥基：絲氨酸（Ser）、蘇氨酸（Thr）、

酪氨酸（Tyr）

酰胺基：天冬酰胺（Asn）、谷氨酰胺（Gln）

巰基：半胱氨酸（Cys）氫：甘氨酸（Gly）②極性不帶電荷R基團(tuán)氨基酸（7種）：Gly（甘氨酸）Ser（絲氨酸）Thr（蘇氨酸）Cys（半胱氨酸）Asn天冬酰胺Gln谷氨酰胺Tyr（酪氨酸）特點(diǎn)：側(cè)鏈含極性基團(tuán)，在生理條件下不解離，易溶于水。天冬氨酸（Asp）谷氨酸（Glu）AspGlu在生理條件下,側(cè)鏈羧基完全解離，帶負(fù)電荷。

③

R基團(tuán)帶負(fù)電荷氨基酸：*為酸性氨基酸

味精即為谷氨酸的鈉鹽④

R基團(tuán)帶正電荷氨基酸：

賴氨酸（Lys）精氨酸（Arg）組氨酸（His）*為堿性氨基酸，在生理條件（PH=7)下，帶正電荷

胍基H+咪唑基δγβε胍基

咪唑基在pH為6時，組氨酸分子50%以上質(zhì)子化，既可以接受質(zhì)子又可以放出質(zhì)子，具有很強(qiáng)的緩沖能力芳香族氨基酸

苯丙氨酸（Phe,F）酪氨酸（Tyr,Y）色氨酸（Trg,W）酚羥基吲哚基苯甲基

常見20種蛋白質(zhì)氨基酸都有對應(yīng)的遺傳密碼。近年發(fā)現(xiàn)谷胱甘肽過氧化物酶中存在硒代半胱氨酸，有證據(jù)表明此氨基酸由終止密碼UGA編碼，可能是第21種蛋白質(zhì)氨基酸。HSe-CH2-CH-COOH│NH2硒代半胱氨酸

記憶技巧（按字母順序記憶）AlaArgAspAsn

丙

精

天

天酰

Cys

Glu

Gln

Gly

半

谷

谷酰甘

HisIleLeuLys

組

異亮亮

賴

MetPhePro

甲硫

苯丙

脯

SerThr

TrpTyrVal

絲

蘇

色

酪

纈

（三）、不常見的蛋白質(zhì)氨基酸

(四）、非蛋白質(zhì)氨基酸約180種不參與蛋白質(zhì)的合成1.作為細(xì)菌細(xì)胞壁中肽聚糖的組分：D-GluD-Ala2.作為一些重要代謝物的前體或中間體:-丙氨酸（VB3）、鳥氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(尿素)絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。請注意：AA的相同部分是骨架CCOOHNH3+1要求記住AA的縮寫符號2注意堿性，酸性和芳香族AA3三、氨基酸的理化性質(zhì)(一)氨基酸的一般物理性質(zhì)常見氨基酸均為無色結(jié)晶,其形狀因構(gòu)型而異溶解性：各種氨基酸在水中的溶解度差別很大，并能溶解于稀酸或稀堿中，但不能溶解于有機(jī)溶劑。通常酒精能把氨基酸從其溶液中沉淀析出。(2)熔點(diǎn)：氨基酸的熔點(diǎn)極高，一般在200℃以上。(3)味感：其味隨不同氨基酸有所不同，有的無味、有的為甜、有的味苦，谷氨酸的單鈉鹽有鮮味，是味精的主要成分。旋光性：除甘氨酸外，氨基酸都具有旋光性，能使偏振光平面向左或向右旋轉(zhuǎn)，左旋者通常用（-）表示，右旋者用（+）表示。(5)光吸收：構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸在可見光區(qū)都沒有光吸收，但在遠(yuǎn)紫外區(qū)(<220nm)均有光吸收。在近紫外區(qū)(220-300nm)只有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸有吸收光的能力。Tyr、Trp、Phe在近紫外光區(qū)的最大吸收峰（λmax）和摩爾消光系數(shù)ε酪氨酸的max＝275nm，275=1.4x103;苯丙氨酸的max＝257nm，257=2.0x102;色氨酸的max＝280nm，280=5.6x103;（二）、氨基酸的兩性解離和等電點(diǎn)

不帶電形式

H2N—Cα—HCOOHR+H3N—Cα—HCOO-R兩性離子形式

氨基酸的解離性質(zhì)

氨基酸在結(jié)晶形態(tài)或在水溶液中，并不是以不解離的中性分子存在，而是離解成兩性離子。在兩性離子中，氨基是以質(zhì)子化(-NH3+)形式存在，羧基是以離解狀態(tài)(-COO-)存在。兼性離子在酸性溶液中可接受質(zhì)子形成陽離子，在堿性溶液中則釋放質(zhì)子形成陰離子。也就是說究竟是酸解離還是堿解離與溶液的PH有關(guān)。

在反應(yīng)中它可以釋放質(zhì)子，起酸的作用：

N+H3NH2

RCCOO-RCCOO-+H2O

HH

也可以接受質(zhì)子，起堿的作用：

N+H3N+H3

RCCOO-+H+

RCCOOHHH

因此氨基酸是兩性電解質(zhì)。+OH-+H+

+H+

陽離子（A+）兼性離子（A0）兼性離子（A0）陰離子（A-）K1=[A0][H+][A+]K2=[A-][H+][A0]以甘氨酸的解離為例：Gly的滴定曲線二元酸一元酸亨德森-哈塞爾巴爾赫方程得出：pH=pK+Log[質(zhì)子受體]／[質(zhì)子供體][A0]=[A+][A0]=[A-]氨基酸的等電點(diǎn)如果在某一pH值下，氨基酸所帶正電荷的數(shù)目與負(fù)電荷的數(shù)目正好相等，即凈電荷為零，則稱該pH值為該氨基酸的等電點(diǎn)(pI)。

各種氨基酸都有其特定的等電點(diǎn)。中性氨基酸的pI在微酸性；堿性氨基酸的pI在堿性pH范圍；酸性氨基酸的pI在酸性pH范圍。氨基酸在等電點(diǎn)時溶解度最小，易發(fā)生沉淀。工業(yè)上利用這一性質(zhì)提取氨基酸。

pH<pI,樣品帶正電荷，樣品點(diǎn)向陰極移動

pH>pI,樣品帶負(fù)電荷，樣品點(diǎn)向陽極移動

pH=pI,樣品不帶電荷，樣品點(diǎn)不移動解離常數(shù)：指電解質(zhì)達(dá)到解離平衡時，已解離的分子數(shù)與原有的分子數(shù)之比當(dāng)甘氨酸在酸性溶液中，它是以帶凈的正電荷的形式存在的，可以看作是一個二元弱酸，具有兩個可解離的H＋，即－COOH和-NH3+上的H＋。根據(jù)上述甘氨酸的解離方程可得到：K1、K2為解離常數(shù)，當(dāng)達(dá)到等電點(diǎn)時，[Gly+]＝[Gly－

]，即：則：K1K2=[H+]2方程兩邊取負(fù)對數(shù)：pH=1/2*(PK1+PK2)1.舉例介紹氨基酸的PI值計算中性氨基酸

側(cè)鏈不含離解基團(tuán)的中性氨基酸，其等電點(diǎn)是它的pK’1和pK’2的算術(shù)平均值：

pI=(pK’1+pK’2)/2

對多氨基和多羧基氨基酸的解離解離原則：

先解離a-COOH,隨后其他-COOH,然后解離a-NH3+，隨后其他NH3+。一般氨基酸的等電點(diǎn)pI等于氨基酸兩性離子狀態(tài)兩側(cè)的基團(tuán)pK之和的一半酸、堿性氨基酸在溶液中氨基酸隨pH升高而逐級解離時，總是pK＇值小的基團(tuán)先解離，pK＇值大者后解離。因此，對于具有三個解離基團(tuán)的氨基酸，只有靠近等電離子的兩個pK＇值影響等電離子的濃度。所以，只要正確寫出解離反應(yīng)式，皆可根據(jù)等電離子兩邊的pK＇計算其pI值。酸性氨基酸：pI=(pK’1+pK’R-COO-)/2鹼性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2

小結(jié)1.當(dāng)外液pH為某一pH值時，氨基酸分子中所含的-NH3+和-COO-數(shù)目正好相等，凈電荷為0。這一pH值即為氨基酸的等電點(diǎn)，簡稱pI。2.某氨基酸的等電點(diǎn)即為該氨基酸兩性離子兩邊的pK值和的一半。3.在氨基酸等電點(diǎn)以上任何pH，AA帶凈的負(fù)電荷，在電場中向陽極移動；在氨基酸等電點(diǎn)以下任何pH，AA帶凈的正電荷，在電場中向陰極移動。4.在一定pH范圍中，溶液的pH離AA等電點(diǎn)愈遠(yuǎn)，AA帶凈電荷愈多。四、氨基酸的化學(xué)反應(yīng)

1、與甲醛的反應(yīng)（能測定氨基酸的含量）R—CH—COO-NH3+R—CH—COO-NH2+H+HCHOR—CH—COO-NHCH2OHHCHOR—CH—COO-N(CH2OH)2OH-中和滴定羥甲基氨基酸二羥甲基氨基酸PK=9.69.67反應(yīng)特點(diǎn)A.為α-NH2的反應(yīng)B.在常溫，中性條件，甲醛與α-NH2很快反應(yīng)，生成羥甲基衍生物，釋放氫離子。應(yīng)用：氨基酸定量分析—甲醛滴定法（間接滴定）A.直接滴定，終點(diǎn)pH過高（12），沒有適當(dāng)指示劑。B.與甲醛反應(yīng)，滴定終點(diǎn)在9左右，可用酚酞作指示劑。C.釋放一個氫離子，相當(dāng)于一個氨基（摩爾比1：1）2.與亞硝酸反應(yīng)反應(yīng)特點(diǎn)：（1）脯氨酸不發(fā)生該反應(yīng)；（2）只有α–氨基氮可發(fā)生此反應(yīng)，R上的氮幾乎不參與反應(yīng)。（3）通過測定N2

的體積（摩爾數(shù)），可測定游離氨基氮。測定N2的體積測aa的含量3、氨基酸與茚三酮反應(yīng)（α-氨基和α-羧基共同參與的反應(yīng)）水合茚三酮(無色)NH3CO2RCHO+還原性茚三酮+(弱酸)加熱水合茚三酮3H20紫色化合物570nm+2NH3+還原性茚三酮用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。4.成肽反應(yīng)一個氨基酸的α–氨基和另一個氨基酸α–羧基脫水縮合，生成的酰胺叫做肽，這種酰胺鍵叫做肽鍵。5、氨基酸與2,4一二硝基氟苯(DNFB)的反應(yīng)（sanger反應(yīng)）DNFB（dinitrofiuorobenzene）DNP-AA(黃色)++HF弱堿中氨基酸用途：可以用來測定多肽或蛋白質(zhì)NH2末端氨基酸.DNFB+多肽蛋白弱堿DNP-多肽DNP-蛋白+HF酸解DNP-AA（有機(jī)相）

+游離AA（水相）6MHCL,105,16h反應(yīng)特點(diǎn)A.為α-NH2的反應(yīng)B.氨基酸α-NH2的一個H原子可被烴基取代(鹵代烴)C.在弱堿性條件下，與DNFB發(fā)生芳環(huán)取代，生成二硝基苯氨基酸應(yīng)用：鑒定多肽或蛋白質(zhì)的N-末端氨基酸6、與5－二甲基氨基萘磺酰氯（Dansyl-cl）的反應(yīng)

在堿性條件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以與N-端氨基酸的游離氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸。此法的優(yōu)點(diǎn)是丹磺酰-氨基酸有很強(qiáng)的熒光性質(zhì)，檢測靈敏度可以達(dá)到110-9mol。用途：可以用來鑒定多肽或蛋白質(zhì)NH2末端氨基酸.DNS+

AA多肽

蛋白弱堿DNS-AA多肽

蛋白6mol/L的HCLDNS-AA+游離AA直接用紙層析和薄層層析加以鑒定苯異硫氰酸酯（PITC）在弱堿性條件下，與氨基酸反應(yīng)生成苯乙內(nèi)酰硫脲（PTH）衍生物，即PTH-氨基酸（圖1.8c），此反應(yīng)又稱為Edman反應(yīng)，該反應(yīng)是蛋白質(zhì)或多肽氨基酸序列測定常用的反應(yīng)。7、苯異硫氰酸酯（PITC)法PITC

弱堿PITC+多肽

蛋白

PTC—多肽

蛋白無水甲酸或HFPTH-AA+少一個AA的多肽或蛋白（乙酸乙酯）Edman反應(yīng)鑒定多肽或蛋白質(zhì)NH2末端氨基酸.苯異硫氰酸酯（PITC)法

此法經(jīng)反應(yīng)后的多肽少一個氨基酸的多肽鏈，多肽鏈未斷裂，所以可用此反應(yīng)連續(xù)降解氨基酸，重復(fù)測定多肽鏈N端氨基酸排列順序，設(shè)計出“多肽順序自動分析儀”?？蓽y末端的氨基酸可測短肽的氨基酸應(yīng)用：多肽順序自動分析儀基本要求熟悉蛋白質(zhì)的組成、分類和生理功能熟練掌握20種氨基酸的分類、符號；熟悉氨基酸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。了解氨基酸的物理性質(zhì)，重點(diǎn)掌握氨基酸的兩性解離性質(zhì)掌握氨基酸的等電點(diǎn)定義，特點(diǎn)，及應(yīng)用；熟悉氨基酸等電點(diǎn)的計算方法。熟悉氨基酸的化學(xué)反應(yīng)，重點(diǎn)掌握其應(yīng)用。

第三節(jié)肽(Peptides)(一）肽的命名由兩個AA組成的肽稱為二肽?！?0寡肽由》10個AA組成的肽則稱為多肽。組成多肽的AA單元稱為氨基酸殘基。共價主鏈：肽鏈的骨干是由--N--Cα--C--序列重復(fù)排列而成，稱為共價主鏈。

Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu讀為：絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸

從肽鏈的N-末端開始，殘基用酰稱呼。書寫時，通常把NH2末端AA殘基放在左邊，COOH末端AA殘基放在右邊。多肽鏈中AA殘基按一定順序排列：氨基酸順序肽鏈短的叫肽，長肽鏈叫蛋白質(zhì)含游離-氨基的一端：氨基端或N-端含游離-羧基的一端：羧基端或C-端

AA順序是從N-端開始以C-端氨基酸殘基為終點(diǎn)（一）、肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)肽鍵的C、O和N原子間的共振相互作用sp2sp2sp2sp3共振雜化體結(jié)構(gòu)1結(jié)構(gòu)2不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)3

共振產(chǎn)生的重要結(jié)果：限制繞肽鍵的自由旋轉(zhuǎn)

形成酰胺平面，6個原子處于同一平面

產(chǎn)生鍵的平均化

肽鍵呈反式構(gòu)型-+Ｃ－Ｎ鍵雖是單鍵卻有雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)周邊六個原子被約束在同一平面上前后兩個Cα在對角(trans)CNCHaNCOCa0.125nm0.133nm0.153nm0.145nm

1、肽平面C-N0.149nmC=N0.127nm肽平面肽鍵(-CONH-)中的４個原子和２個α碳原子(Cα)構(gòu)成一個剛性平面，即肽平面，或肽單元。肽平面IICa-C和Ca-N之間是s鍵，可以自由旋轉(zhuǎn)：兩個相鄰肽平面繞Ca的旋轉(zhuǎn)1、肽平面肽平面ICaCaCaCCHOONNRHHfy肽鍵中的Ｃ＝Ｏ和Ｃ－Ｎ均不能自由旋轉(zhuǎn)肽平面與α-碳原子的二面角（φ和ψ）

二面角

兩相鄰肽平面之間，能以共同的Cα為定點(diǎn)而旋轉(zhuǎn)，繞Cα-N鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱φ角，繞C-Cα鍵旋轉(zhuǎn)的角度稱ψ角。φ和ψ稱作二面角，亦稱構(gòu)象角。①肽鍵中C-N鍵介于單鍵和雙鍵之間，有部分雙鍵性質(zhì)

——不能自由旋轉(zhuǎn)②組成肽鍵原子處于同一平面（肽平面）③鍵長及鍵角一定④大多數(shù)情況以反式結(jié)構(gòu)存在三、肽的重要理化性質(zhì)1.每種肽也有其晶體，晶體的熔點(diǎn)都很高。2.在pH0-14范圍內(nèi)，肽的酸堿性質(zhì)主要來自游離末端-NH2和游離末端-COOH以及側(cè)鏈上可解離的基團(tuán)。3.每一種肽都有其相應(yīng)的等電點(diǎn)，計算方法與AA一致且復(fù)雜。

4.肽的化學(xué)反應(yīng)：也能發(fā)生茚三酮反應(yīng)、Sanger反應(yīng)、DNS反應(yīng)和Edman反應(yīng)；

5.具有雙縮脲反應(yīng)——肽和Pr特有的反應(yīng)。雙縮脲反應(yīng)含有兩個以上肽鍵的多肽，具有與雙縮脲相似的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，生成紫紅色或藍(lán)紫色絡(luò)合物。這是多肽定量測定的重要反應(yīng)。紅紫色絡(luò)合物(鹼性溶液)Cu2+雙縮脲是兩分子的尿素經(jīng)加熱失去一分子NH3而得到的產(chǎn)物肽和蛋白質(zhì)所特有而氨基酸所沒有的顏色反應(yīng)雙縮脲四、天然存在的重要多肽在生物體中，多肽最重要的存在形式是作為蛋白質(zhì)的亞單位。但是，也有許多分子量比較小的多肽以游離狀態(tài)存在。這類多肽通常都具有特殊的生理功能，常稱為活性肽（activepeptide）。如：腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；谷胱甘肽；蛇毒多肽等。

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO-

+H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-Met-腦啡肽Leu-腦啡肽

均為九肽，分子中含有二硫鍵，有兩個氨基酸不同，兩者結(jié)構(gòu)類似。前者第七位為Ile，后者為Phe。前者可刺激子宮的收縮，促進(jìn)分娩有可能減退記憶。后者可促進(jìn)小動脈收縮，使血壓升高，促進(jìn)記憶；也有抗尿作用，參與水、鹽代謝的調(diào)節(jié)。

谷胱甘肽（glutathione,GSH）：谷胱甘肽是一種稱為-谷氨酰半胱氨酰甘氨酸的三肽化合物。

谷胱甘肽分子中半胱氨酸的巰基可氧化或還原，故有還原型（GSH)與氧化型（GSSG)兩種存在形式。H2O2+2H2O解毒作用：與毒物或藥物結(jié)合，消除其毒性作用；GSH對丙烯腈、氟化物、一氧化碳、重金屬及有機(jī)溶劑等的中毒均有解毒作用。能夠清除掉人體內(nèi)的自由基，做為體內(nèi)一種重要的抗氧化劑，保護(hù)許多蛋白質(zhì)和酶等分子中的巰基參與氧化還原反應(yīng)：作為重要的還原劑，參與體內(nèi)多種氧化還原反應(yīng)；保護(hù)巰基酶的活性：使巰基酶的活性基團(tuán)-SH維持還原狀態(tài)；維持紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,保護(hù)紅細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)的巰基處于還原狀態(tài)：消除氧化劑對紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞作用。GSH的生理作用

高級神經(jīng)系統(tǒng)活動的物質(zhì)基礎(chǔ)可能

與形成RNA和短肽有關(guān)

如：人的記憶肽和RNA的合成和分解人的情緒

第四節(jié)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)

1、化學(xué)結(jié)構(gòu)：主要強(qiáng)調(diào)的是蛋白質(zhì)的化學(xué)組成，它包括蛋白質(zhì)中多肽鏈的數(shù)目，多肽鏈中氨基酸的種類、數(shù)目和排列順序，每條多肽鏈的末端氨基酸組成以及鏈內(nèi)及鏈間二硫鍵的數(shù)目和位置。2、空間結(jié)構(gòu)：是指分子中每一個原子在三維空間中特有的排布和走向?？臻g結(jié)構(gòu)也叫蛋白質(zhì)的構(gòu)象、三維結(jié)構(gòu)、立體結(jié)構(gòu)、高級結(jié)構(gòu)。任何一種蛋白質(zhì)在其自然狀態(tài)或活性形式時，都有其獨(dú)特而穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，而且這種空間結(jié)構(gòu)的輕微變化都能影響蛋白質(zhì)的正常的生理功能。蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)→二級結(jié)構(gòu)→超二級結(jié)構(gòu)→結(jié)構(gòu)域→三級結(jié)構(gòu)→四級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)僅指蛋白質(zhì)多肽鏈中各種氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)指的是其多肽鏈主鏈本身折疊形成的有規(guī)則的空間結(jié)構(gòu)，不包括側(cè)鏈基團(tuán)的構(gòu)象。二級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定靠氫鍵維系。蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上借助次級鍵進(jìn)一步盤旋、折疊，從而生成相對獨(dú)立的完整空間結(jié)構(gòu)。包括主鏈和側(cè)鏈的所有原子的空間排布．蛋白質(zhì)由兩個或兩個以上獨(dú)立的三級結(jié)構(gòu)通過非共價鍵結(jié)合成的多聚體，稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白中的每個獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)單元稱為亞基。亞基之間的組合方式。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)(primarystructure)

定義——1969年，國際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)委員會（IUPAC）規(guī)定：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)指蛋白質(zhì)多肽連中AA的排列順序，包括二硫鍵的位置。其中最重要的是多肽鏈的氨基酸順序，它是蛋白質(zhì)生物功能的基礎(chǔ)。

1953年F.Sanger第一個測定了牛胰島素的一級結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在已經(jīng)有上千種不同蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)被測定。

胰島素：腎上腺髓質(zhì)分泌的激素胰島素由51個氨基酸組成，A鏈含有21個氨基酸，B鏈含有30個氨基酸，兩條鏈由兩個二硫鍵連接。另外在A鏈還存在一個鏈內(nèi)二硫健。2、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定

片段重疊法和氨基酸組分分析法1.樣品必需純（>97%以上）2.知道蛋白質(zhì)的分子量3.知道蛋白質(zhì)由幾個亞基組成4.測定蛋白質(zhì)的AA組成并根據(jù)分子量計算每種AA的個數(shù)5.測定水解液中的氨量計算酰胺的含量前提蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測定基本步驟1.測定多肽鏈的數(shù)目。2.拆分多肽鏈。3.分析每一條多肽鏈的氨基酸組成。4.鑒定多肽鏈的N—末端和C—末端氨基酸殘基。5.用兩種以上方法裂解多肽鏈成較小的肽段。6.測定各肽段的氨基酸序列。7.用偏心軸拼接各肽段成完整的多肽鏈。8.確定二硫鍵的位置。1、測定多肽鏈的數(shù)目。

(1)測定Pr分子量

(化學(xué)成分分析法，SDS,凝膠過濾法,沉降系數(shù)法等)

算出蛋白質(zhì)的摩爾數(shù)。

(2)測N端氨基酸的摩爾數(shù)。（3）根據(jù)分子量和N末端數(shù)的關(guān)系確定多肽鏈數(shù)目。。。如果蛋白質(zhì)分子只含一條多肽鏈,蛋白質(zhì)的摩爾數(shù)與末端基的摩爾數(shù)相等。

。如果后者是前者的倍數(shù),蛋白質(zhì)分子則含一條以上的多肽鏈;

鹽酸胍/尿素解離多肽鏈間的非共價力。應(yīng)用過甲酸氧化法或巰基還原法拆分多肽鏈間和鏈內(nèi)的二硫鍵。2、拆分多肽鏈，并分別分離純化二硫鍵的斷裂：斷裂二硫鍵的方法有很多，但主要是過甲酸氧化法和巰基化合物還原法。

過甲酸二硫蘇糖醇碘乙酸二硫蘇糖醇

CH2O3兩類多肽鏈末端氨基酸殘基：

N-端氨基酸

C-端氨基酸在肽鏈氨基酸順序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法。3、末端氨基酸殘基測定(1).N端分析★DNS-cl法：最常用，黃色熒光，靈敏度極高，DNS-多肽水解后的DNS-氨基酸不需要提取。

★DNFB法：Sanger試劑，DNP-多肽，酸水解，黃色DNP-氨基酸，有機(jī)溶劑（乙酸乙酯）抽提分離，紙層析、薄層層析、液相等

★PITC法：Edman法，逐步切下。無色PTH-氨基酸，有機(jī)溶劑抽提，層析。此法還可用來測肽段的氨基酸序列?！锇彪拿阜ǎ阂活愲逆溚馇忻?。(2).C-端氨基酸的測定方法羧肽酶法肼解法肼解法：它是目前測定C－末端aa殘基最重要的化學(xué)法。多肽鏈與無水肼加熱發(fā)生肼解，反應(yīng)中除C－末端aa以游離形式存在外，其他的aa都轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的氨基酸酰肼化合物。反應(yīng)中生成的氨基酸酰肼可與苯甲醛作用形成水不溶性的化合物而沉淀。上清液中的游離的C－末端aa可用DNFB法或DNS法進(jìn)行鑒定。無水肼羧肽酶法：目前測定C－末端殘基的各種方法中以羧肽酶法最為有效，也最常用。

目前最常用的羧肽酶有四種，分別是羧肽酶A、B、C、Y。羧肽酶是肽鏈外切酶，專一地從肽鏈的C端開時逐個降解，釋放出游離氨基酸。如圖：C末端的順序：

Val-Ser-Gly酸水解輔以堿水解常用6mol/L的鹽酸在105-110℃條件下進(jìn)行水解，反應(yīng)時間約20小時。缺點(diǎn)是色氨酸被沸酸完全破壞；含有羥基的氨基酸絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸有一小部分被分解；天冬酰胺和谷氨酰胺側(cè)鏈的酰胺基被水解成了羧基。酰氨基總量可由水解液中的氨量算出。需要輔以堿水解（5mol/LNaOH)，雖然很多種氨基酸遭到破壞，但Trp能定量回收。近年來用甲基磺酸代替鹽酸水解蛋白質(zhì)，它最大的特點(diǎn)是Trp不被破壞，已被廣泛使用。4、氨基酸組成的分析：5.

肽鏈的部分裂解和肽段的分離純化1、

化學(xué)裂解法溴化氰是常用的一種化學(xué)試劑（1）只裂解蛋氨酸Met殘基參與的肽鍵—Met—X—產(chǎn)率85%

（2）Met在蛋白質(zhì)中含量適中，一般為1-2%，所以裂解后產(chǎn)生的片段不多，且為大片段。

BrCN的特異裂解作用高絲氨酸內(nèi)酯2、

酶法裂解

胰蛋白酶糜蛋白酶胃蛋白酶嗜熱菌蛋白酶R1=Lys（K）和Arg（R）專一性較強(qiáng)，水解速度快，羧基端R2=Pro（抑制）肽鏈水解位點(diǎn)胰蛋白酶trypsinR1=Lys或ArgR1=Phe（F）、Trp（W）Tyr（Y）等疏水性AA羧基端R2=Pro（抑制）pH8-9肽鏈水解位點(diǎn)糜蛋白酶/胰凝乳蛋白酶（chymotrypsin）R2=Phe（F）、Trp（W）、Tyr（Y）、Leu（L）、Ile（I）、Met（M）、Val（V）及其它疏水性強(qiáng)的AA水解速度較快氨基端的肽鍵R2=Pro或Gly，不水解R1或R3=Pro，抑制水解肽鏈水解位點(diǎn)嗜熱菌蛋白酶（thermolysin)R1和/或R2＝Phe（F）、Trp（W）、Tyr（Y）、Leu（L）及其它疏水性AA水解速度較快氨基端或羧基端R1=Pro（抑制）最適pH為2二硫鍵在酸性條件下穩(wěn)定，因此，胃蛋白酶常用于確定二硫鍵的位置肽鏈水解位點(diǎn)胃蛋白酶Pepsin6．肽段氨基酸序列的測定

Edman化學(xué)降解法：

Edman化學(xué)降解法是Edman于1950年提出的，實際上就是利用苯異硫氰酸酯法（PITC法）重復(fù)測定多肽鏈的N－末端氨基酸殘基。實際分析時，常把肽鏈的羧基端與不溶性樹脂相偶連，這樣每輪反應(yīng)后，只要通過過濾即可回收剩余的肽鏈，以利反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行Edman降解法測定氨基酸序列異硫氰酸苯酯7、重建完整多肽鏈的順序肽

氨基酸順序A1Ala-Phe

B1Ala-Phe-Gly-LysA2

Gly-Lys-Asn-TyrB2

Asn-Tyr-ArgA3

Arg-TyrB3Tyr-His-ValA4His-Val十肽

Ala-Phe-Gly-Lys-Asn-Tyr-Arg-Tyr-His-Val8、二硫鍵位置的確定

1.胃蛋白酶處理水解未斷開二硫鍵的多肽鏈2.經(jīng)對角線電泳分離各肽段，找出遷移率發(fā)生變化的肽段，分析其肽段的組成及順序。用過甲酸斷開二硫鍵，含有-S-S-的肽段變成一對含磺基丙氨酸的肽，帶電性質(zhì)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)向90℃二次電泳，曾含二硫鍵的肽段遷移率發(fā)生變化3.然后與完整多肽鏈進(jìn)行比較分析，確定二硫鍵的位置將肽段順序進(jìn)行疊聯(lián)以確定完整的順序

將肽段分離并測出順序?qū)Ｒ恍粤呀饽┒税被釡y定二硫鍵拆開純蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)順序測定基本戰(zhàn)略

氨基酸組分分析測定多肽鏈數(shù)目確定二硫鍵的位置練習(xí)題

今有一個七肽，經(jīng)分析它的氨基酸組成是：Lys、pro、Arg、Phe、Ala、Tyr和Ser。此肽未經(jīng)糜蛋白酶時，與DNFB反應(yīng)不產(chǎn)生α-DNP-氨基酸。經(jīng)糜蛋白酶作用后，此肽斷裂成兩個肽段，其氨基酸組成分別為：Ala、Tyr、Ser和Pro、Phe、Lys、Arg。這兩個肽段分別與DNFB反應(yīng)，可分別產(chǎn)生DNP-Ser和DNP-Lys。此肽與胰蛋白酶反應(yīng)，同樣能生成兩個肽段，它們的氨基酸組成分別是Arg、Pro和Phe、Tyr、Lys、Ser、Ala。試問此七肽的一級結(jié)構(gòu)是怎樣的？答案1.與DNFB反應(yīng)不產(chǎn)生α-DNP-氨基酸不產(chǎn)生,推出此肽無游離的N端，是一環(huán)肽。2.糜蛋白酶專一性作用于Phe、Tyr、Trp的羧基端，推出：Ala、Tyr、Ser中Tyr是羧基端的氨基酸；Pro、Phe、Lys、Arg中Phe是羧基端的氨基酸。3.這兩個肽段分別與DNFB反應(yīng)，可分別產(chǎn)生DNP-Ser和DNP-Lys，推出：Ala、Tyr、Ser中Ser是氨基端的氨基酸，所以此肽順序為-Ser-Ala-Tyr；Pro、Phe、Lys、Arg中Lys是氨基端的氨基酸。Pro、Phe、Lys、Arg的順序為：-Lys-Pro-Arg-Phe-4.胰蛋白酶專一性作用于Lys、Arg的羧基端，推出：Arg、Pro的順序為：-Pro-Arg-;Phe、Tyr、Lys、Ser、Ala的順序為：-Phe--Ser-Ala-Tyr-Lys-5.所以：此環(huán)肽為：-Phe--Ser-Ala-Tyr-Lys--Pro-Arg-二、蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的作用力肽鍵、二硫鍵——一級結(jié)構(gòu)氫鍵、疏水作用、范德華力、離子鍵、二硫鍵——三維結(jié)構(gòu)1.氫鍵：是弱鍵，生物大分子中存在數(shù)量較多氫鍵（hydrogenbond）的形成常見于連接在一電負(fù)性很強(qiáng)的原子X（如O、N、S）上的氫原子，與另一電負(fù)性很強(qiáng)的原子Y之間形成的非共價的作用力，如>N-H┅┅O=C<。氫鍵的特點(diǎn)

X-H‥Y1.X、Y原子的電負(fù)性很強(qiáng)，X是質(zhì)子供體，Y是質(zhì)子受體，2.X-H是共價鍵,H‥Y是氫鍵如：O－H···O3.具方向性:受體Y與供體X角度接近180度4.具飽和性，X-H只能和一個原子結(jié)合蛋白質(zhì)分子中氫鍵的形成H2.疏水作用：維持蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)關(guān)鍵核心非極性物質(zhì)在含水的極性環(huán)境中存在時，會產(chǎn)生一種相互聚集的力，這種作用稱為疏水作用（hydrophobicinteraction）。蛋白質(zhì)分子中的許多氨基酸殘基側(cè)鏈也是非極性的，這些非極性的基團(tuán)在水中也可相互聚集，形成疏水作用，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的側(cè)鏈基團(tuán)。3.離子鍵：較普遍，單個來講作用力較強(qiáng)離子鍵，又稱為鹽鍵（saltbond）是由帶正電荷基團(tuán)與帶負(fù)電荷基團(tuán)之間相互吸引而形成的化學(xué)鍵。在近中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)分子中的酸性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶負(fù)電荷，而堿性氨基酸殘基側(cè)鏈電離后帶正電荷，二者之間可形成離子鍵。蛋白質(zhì)分子中離子鍵的形成4．范德華氏引力（vanderWaalsforce)：普遍

原子之間存在的相互作用力。廣義包括：定向力：極性基團(tuán)之間的吸引力和排斥力為定向力誘導(dǎo)力：極性基團(tuán)與非極性基團(tuán)之間的誘導(dǎo)力分散效應(yīng)：非極性基團(tuán)之間出現(xiàn)瞬時偶極矩的分散效應(yīng)（由于組成分子的正、負(fù)微粒不斷運(yùn)動，電子云瞬時偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生瞬間正、負(fù)電荷重心不重合）。狹義只指：分散效應(yīng)條件：相互作用的原子之間達(dá)到合適的距離注：蛋白質(zhì)相互折疊后某些基團(tuán)靠近達(dá)到原子之間合適的距離就會產(chǎn)生范德華引力，原子之間距離太近會產(chǎn)生排斥力。5.二硫鍵最強(qiáng)

2個-SH基在氧化脫氫后形成的-S-S鍵，是共價鍵，在生物體內(nèi)有特定的酶來催化，對蛋白質(zhì)的形成和穩(wěn)定其重要作用。

a.鹽鍵b.氫鍵c.疏水鍵d.范徳華力e.二硫鍵

SS維系蛋白質(zhì)分子的一級結(jié)構(gòu)：肽鍵、二硫鍵維系蛋白質(zhì)分子的二級結(jié)構(gòu)：氫鍵維系蛋白質(zhì)分子的三級結(jié)構(gòu)：疏水作用、氫鍵、范德華力、鹽鍵維系蛋白質(zhì)分子的四級結(jié)構(gòu)：疏水作用、范德華力、鹽鍵1.構(gòu)型和構(gòu)象：構(gòu)型(configuration)：（如幾何異構(gòu)體和光學(xué)異構(gòu)體）分子中取代原子或基團(tuán)在空間的取向。兩種構(gòu)型之間互變需斷裂共價鍵。構(gòu)象(conformation)：取代基團(tuán)當(dāng)單鍵旋轉(zhuǎn)時會形成不同的立體結(jié)構(gòu)。這種空間位置的改變不涉及共價鍵的斷裂。

那么是不是可以設(shè)想一種蛋白質(zhì)可能有無限種構(gòu)象呢？

三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(secondarysturcture)2、多肽鏈折疊的空間限制

（1）肽鍵的部分雙鍵性質(zhì)（2）非鍵合原子之間的最小接觸距離（3）側(cè)鏈R基團(tuán)之間的空間位阻蛋白質(zhì)中非鍵合原子之間的最小接觸距離(nm)

CNOHCNOH

0.320a(0.300)

0.290(0.280)

0.280(0.270)

0.240(0.220)

0.270(0.260)0.270(0.260)

0.240(0.220)

0.270(0.260)

0.240(0.220)

0.200(0.190)

一個蛋白質(zhì)的多肽鏈在生物體正常的溫度和pH條件下，只有一種或很少幾種構(gòu)象。這種天然構(gòu)象保證了它的生物學(xué)活性，并且相當(dāng)穩(wěn)定。3、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的概念

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)指的是其多肽鏈主鏈本身折疊形成局部的有規(guī)則的空間結(jié)構(gòu)，不包括側(cè)鏈基團(tuán)的構(gòu)象。二級結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定靠氫鍵維系。3、蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的基本類型：（1）、α－螺旋(theαhelix)（2）、β－折疊(-pleatedsheet)（3）、β－轉(zhuǎn)角(βturns)（4）無規(guī)卷曲（randomcoil）（1）、α－螺旋(theαhelix)α－螺旋是蛋白質(zhì)中最常見、最典型、含量最豐富的二級結(jié)構(gòu)，是由Pauling和Cory通過研究羊毛、馬鬃的α－角蛋白于1950年提出的。α－螺旋是多肽鏈主鏈圍繞一個中心軸形成的規(guī)則的重復(fù)螺旋結(jié)構(gòu)。其內(nèi)容主要有三點(diǎn)：—C—(NH—C—CO)3N—OHHR3.613(ns)1.α－螺旋是多肽鏈珠簾圍繞一個中心軸形成的規(guī)則的重復(fù)螺旋結(jié)構(gòu)，α－螺旋的每一圈（一個螺旋）由3.6個aa殘基組成，每隔3.6個aa殘基沿螺旋軸方向上升一圈0.54nm（螺距），即每個aa殘基沿螺旋軸上升0.15nm，繞軸旋轉(zhuǎn)1000。2.殘基的側(cè)鏈伸向外側(cè)。二面角是φ=-57o

，ψ=-47o3.相鄰的螺圈之間形成氫鍵。氫鍵的取向幾乎與中心軸平行。從N端出發(fā)，氫鍵由每一個aa殘基羰基C上的O與其前面第四個aa殘基酰胺N上的H之間形成。是13元環(huán)。4.α－螺旋有左手螺旋和右手螺旋。天然蛋白質(zhì)中的α－螺旋絕大多數(shù)是右手螺旋。0.15nm0.54nm原子模型圖球棒模型俯視圖影響-螺旋形成的因素有：⑴AA的側(cè)鏈大小，極大的側(cè)鏈基團(tuán)（存在空間位阻），AA的β-碳原子上有分支如：Thr，Ile,Val(2)特別小的側(cè)鏈不易形成α－螺旋如：Gly的側(cè)鏈?zhǔn)荋，無約束，形不成-57的二面角。(3)R集團(tuán)帶電性。連續(xù)存在的側(cè)鏈帶有相同電荷的氨基酸殘基（同種電荷的互斥效應(yīng)不能形成鍵內(nèi)氫鍵）如：Lys(4)AA的組成。有Pro等亞氨基酸存在（不能形成氫鍵）

Pro上的N原子位于吡咯環(huán)的形成，無游離的H,無法形成鏈內(nèi)氫鍵。（2）、β－折疊(-pleatedsheet)

β－折疊是蛋白質(zhì)中第二種最常見的二級結(jié)構(gòu)，也是由Pauling和Cory在1950年首先提出來的。

由兩/多條幾乎完全伸展的肽鏈平行排列，通過鏈間的氫鍵交聯(lián)而形成。

β－折疊有兩種類型：一種是平行式，即所有肽鏈的N端都處于同一端；另一種是反平行式，即所有肽鏈的N端一順一倒地排列。從能量角度看，反平行結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。-折疊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.肽鏈主鏈呈鋸齒狀折疊構(gòu)象。

C總是處于折疊的角上2.AA的R基團(tuán)處于折疊的棱角上，R基團(tuán)與C間的鍵幾乎垂直于片層。3.氫鍵主要在多肽鏈間或同一肽鏈的不同部分形成，相鄰主鏈間靠C=O與N-H形成氫鍵。4.幾乎所有肽鍵都參與鏈內(nèi)氫鍵的交聯(lián)5.氫鍵的取向與肽鏈的長軸接近垂直氫鍵NHO幾乎在一條直線上，此時氫鍵最強(qiáng)。

-轉(zhuǎn)角（-turn）是多肽鏈180°回折部分所形成的一種二級結(jié)構(gòu)，大部分是球狀蛋白。（3）、-轉(zhuǎn)角（3）、β－轉(zhuǎn)角(βturns)比較穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子中多數(shù)處在蛋白質(zhì)分子的表面特征：⑴主鏈骨架本身以大約180°回折;⑵回折部分通常由四個氨基酸殘基構(gòu)成;⑶構(gòu)象依靠第一殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。

（4）某些氨基酸常見于β－轉(zhuǎn)角中，如：Pro、Gly

——泛指不能歸入明確的二級結(jié)構(gòu)如折疊片和螺旋的多肽片斷。（4）無規(guī)卷曲（randomcoil）特征：

1.無規(guī)卷曲是指多肽鏈主鏈部分形成的無規(guī)律的卷曲構(gòu)象。無規(guī)是相對的，不是絕對的。

2.對于特定的蛋白質(zhì)分子而言，其無規(guī)卷曲部分的構(gòu)象則是特異的。使得蛋白質(zhì)賦予柔性，和方向改變，比如;酶的活性中心核糖核酸酶分子中的二級結(jié)構(gòu)α-螺旋β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲四、超二級結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)域（一）超二級結(jié)構(gòu)

若干相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元按照一定規(guī)律有規(guī)則組合在一起、相互作用，形成在空間構(gòu)象上可彼此區(qū)別的二級結(jié)構(gòu)組合單位。超二級結(jié)構(gòu)類型βββααβ×β12345

52341

Β-鏈βαβ希臘鑰匙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)β–曲折五、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域(structuraldomain)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域是指在超二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上組裝而成的，多肽鏈折疊成近乎球狀的組裝體，這種相對獨(dú)立的三維實體叫結(jié)構(gòu)域。

對于較大的蛋白質(zhì)分子或亞基，多肽鏈往往由兩個或兩個以上相對獨(dú)立的三維實體締合而成三級結(jié)構(gòu)組成的。這種相對獨(dú)立的三維實體就稱結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域是球狀蛋白的折疊單位。

蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位是結(jié)構(gòu)域。一個蛋白質(zhì)可以只包含一個結(jié)構(gòu)域也可以由幾個結(jié)構(gòu)域組成，故結(jié)構(gòu)域是能夠獨(dú)立折疊為穩(wěn)定的三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈的一部分或全部。結(jié)構(gòu)域也是功能單位，通常多結(jié)構(gòu)域蛋白質(zhì)中不同的結(jié)構(gòu)域是與不同的功能相關(guān)聯(lián)的。纖連蛋白(fibronectin)分子的結(jié)構(gòu)域(部分序列)己糖激酶的結(jié)構(gòu)域卵溶菌酶的三級結(jié)構(gòu)中的兩個結(jié)構(gòu)域-螺旋-轉(zhuǎn)角-折疊二硫鍵結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域2

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域的特點(diǎn)結(jié)構(gòu)域通常是幾個超二級結(jié)構(gòu)的組合，對于較小的蛋白質(zhì)分子，結(jié)構(gòu)域與三級結(jié)構(gòu)等同，即這些蛋白為單結(jié)構(gòu)域。結(jié)構(gòu)域一般由100-200個氨基酸殘基組成，但大小范圍可達(dá)40-400個殘基。氨基酸可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的．結(jié)構(gòu)域之間常形成裂隙，比較松散，往往是蛋白質(zhì)優(yōu)先被水解的部位。結(jié)構(gòu)域之間由“鉸鏈區(qū)”相連，使分子構(gòu)象有一定的柔性，通過結(jié)構(gòu)域之間的相對運(yùn)動，使蛋白質(zhì)分子實現(xiàn)一定的生物功能。如：酶的活性中心。在蛋白質(zhì)分子內(nèi)，結(jié)構(gòu)域可作為結(jié)構(gòu)單位進(jìn)行相對獨(dú)立的運(yùn)動，水解出來后仍能維持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，甚至保留某些生物活性．免疫球蛋白G的結(jié)構(gòu)域movie木瓜蛋白酶的裂解位點(diǎn)抗原結(jié)合位點(diǎn)鉸鏈區(qū)六、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(tertiarystructure)1、三級結(jié)構(gòu)的概念

蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步盤旋、折疊，從而生成特定的空間結(jié)構(gòu)。包括主鏈和側(cè)鏈的所有原子的空間排布．特征：一般非極性側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，形成疏水核，極性側(cè)鏈在分子表面．2.維持三級結(jié)構(gòu)的作用力

氫鍵（主鏈內(nèi)部、側(cè)鏈之間、側(cè)鏈與主鏈、側(cè)鏈與介質(zhì)水、主鏈與介質(zhì)水）范德華力疏水相互作用-疏水效應(yīng)（疏水鍵）——在水介質(zhì)中球狀蛋白質(zhì)的折疊總是傾向于把疏水殘基埋藏在分子的內(nèi)部。這一現(xiàn)象稱為疏水相互作用。離子鍵（鹽鍵）二硫鍵疏水相互作用，在蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中起著重要作用，它是使蛋白質(zhì)多肽鏈進(jìn)行折疊的主要驅(qū)動力。2、球狀蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的特征（1）、球狀蛋白分子含多種二級結(jié)構(gòu)元件。如肌紅蛋白：78％α－螺旋、16％β－折疊、6％無規(guī)卷曲溶菌酶：40％α－螺旋、12％β－折疊、19％β－轉(zhuǎn)角和29％無規(guī)卷曲（2）、球蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)具有明顯的折疊層次從二級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域（3）、球蛋白分子是緊密的球狀體或橢球狀體（4）、球蛋白疏水側(cè)鏈埋在分子內(nèi)部，親水側(cè)鏈暴露在分子表面。因此球蛋白是水溶性的。（5）、球蛋白分子的表面有一個空穴（裂溝、凹槽），它是結(jié)合底物、效應(yīng)物等配體并行使生物功能的活性部位?？昭ㄖ車植贾S多疏水側(cè)鏈，為底物等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)營造了一個低介電區(qū)域。肌紅蛋白

a.一條多肽鏈，153個氨基酸殘基，一個血紅素輔基，分子量17600。

b.肌紅蛋白的整個分子具有外圓中空的不對稱結(jié)構(gòu)，肽鏈共折疊成8段較直的-螺旋體（75%，A-H），最長的有23個氨基酸殘基，最短的有7個氨基酸殘基。拐彎處多由Pro、Ser、Ile、Thr等組成。c.Mb整體分子十分結(jié)實，分子內(nèi)部有一個能容納4個H2O的空間。這個空間形成了疏水微環(huán)境，使得血紅素伏擊伸入其中。血紅素（鐵卟啉）輔基的結(jié)構(gòu)及其氧合部位93（Ｆ８）肌紅蛋白的亞基鐵卟啉肌紅蛋白的氧合曲線

肌紅蛋白為單體蛋白,在氧分壓較低時即易于與氧結(jié)合;并隨氧分壓的增加逐漸達(dá)飽和;其氧合曲線為雙曲線;

煤氣中毒的機(jī)制一氧化碳（CO）也能與血紅素Fe原子結(jié)合。由于CO與血紅素的結(jié)合能力是O2的250倍(單獨(dú)時是25000倍)，因此，人體吸入少量的CO即可完全抑制肌紅蛋白或血紅蛋白與O2的結(jié)合，從而造成缺氧死亡。急救方法是盡快將病人轉(zhuǎn)移到富含O2的環(huán)境中（如新鮮空氣、純氧氣或高壓氧氣），使與血紅素結(jié)合的CO被O2置換出來。

七、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)(quaternarystructure)

四級結(jié)構(gòu)是指由兩條或兩條以上的多肽鏈（亞基）按一定方式聚合而成的具有特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。四級結(jié)構(gòu)中的每個獨(dú)立三級結(jié)構(gòu)單元稱為亞基。實質(zhì)：蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)實際上研究亞基之間的相互作用、空間排布及亞基接觸部位的空間布局。亞基單獨(dú)存在時無生物學(xué)活性。由兩個以上，12個以下的亞基組成的蛋白稱為寡聚蛋白（oligomeric

protern）。（寡聚蛋白中亞基可以是相同的或不相同的，亞基相同時，分子具有對稱性）各亞基之間靠次級鍵連接。

如血紅蛋白（Hb）的四級結(jié)構(gòu),含四個亞基。兩條α鏈，兩條β鏈α鏈：141個殘基；β鏈：146個殘基每個亞基含一個血紅素輔基親水性側(cè)鏈基團(tuán)在分子表面，疏水性基團(tuán)在分子內(nèi)部

別構(gòu)蛋白：具有別構(gòu)效應(yīng)的蛋白質(zhì)稱為別構(gòu)蛋白，若此蛋白質(zhì)是酶，則為別構(gòu)酶。A.幾個概念別構(gòu)效應(yīng)：蛋白質(zhì)與配體結(jié)合后能改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)分子其他部位結(jié)合配體的能力。別構(gòu)蛋白的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)都是寡聚蛋白質(zhì)，有四級結(jié)構(gòu).分子中每個亞基上都有活性部位，或者還有別構(gòu)部位；某些蛋白質(zhì)的活性部位和別構(gòu)部位分屬不同的亞基。不同亞基各部位之間存在相互作用，部位之間的影響是通過構(gòu)象變化傳遞的.

同促效應(yīng)（homotropiceffect）：不同亞基之間發(fā)生作用的部位是相同的，如都是活性部位，則產(chǎn)生同位效應(yīng).★同促效應(yīng)（同位效應(yīng)）：蛋白質(zhì)與一種配體的結(jié)合影響其它部位結(jié)合同種配體的能力包括（正）協(xié)同效應(yīng)和負(fù)協(xié)同效應(yīng)。同位效應(yīng)一般是指活性部位之間的效應(yīng)。正協(xié)同效性：一種配基的結(jié)合促進(jìn)后續(xù)配基的結(jié)合，S型配體結(jié)合曲線。★負(fù)協(xié)同效性：一種配基的結(jié)合抑制后續(xù)配基的結(jié)合。

同促效應(yīng)（homotropiceffect）正協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)S形配體結(jié)合曲線類似雙曲線（血紅蛋白）★異促效應(yīng)（異位效應(yīng)）：就是別構(gòu)效應(yīng)，活性部位的結(jié)合行為將受到別構(gòu)部位與效應(yīng)物結(jié)合的影響?！镎?yīng)物：促進(jìn)活性部位與配基結(jié)合的別構(gòu)效應(yīng)物?！镓?fù)效應(yīng)物：抑制活性部位與配基結(jié)合的別構(gòu)效應(yīng)物。同位效應(yīng)是別構(gòu)效應(yīng)的基礎(chǔ)，別構(gòu)效應(yīng)可以看成`是對同位效應(yīng)的一種修飾2.維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的主要作用力在蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)中，亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力、疏水相互作用。即亞基之間主要通過次級鍵彼此締合在一起疏水相互作用是最主要的作用力。蛋白質(zhì)的一、二、三、四級結(jié)構(gòu)第五節(jié)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定了空間構(gòu)象，空間構(gòu)象決定了蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能。

White和Anfinsen核糖核酸酶復(fù)性經(jīng)典實驗核糖核酸酶：

1.含124個氨基酸殘基，含4對二硫鍵

2.在體內(nèi)含量高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

已有大量的實驗結(jié)果證明，如果多肽或蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)相似，其折疊后的空間構(gòu)象以及功能也相似1.一級結(jié)構(gòu)的種屬差異與分子進(jìn)化

同源蛋白質(zhì)：1.定義：不同物種中氨基酸序列明顯相似且行使相同或相似功能的蛋白質(zhì)。2.特點(diǎn)：

a.來源于同一祖先，在一級結(jié)構(gòu)上存在種屬差異性。

b.它們的基因編碼序列及蛋白質(zhì)氨基酸組成有較大的保守性，把這些具高度保守性的氨基酸殘基稱為不變殘基。

c.同源蛋白質(zhì)序列的相似性大小反映蛋白質(zhì)之間的進(jìn)化關(guān)系的近遠(yuǎn)。如細(xì)胞色素C的一級結(jié)構(gòu)，通過分析不同物種的細(xì)胞色素C一級結(jié)構(gòu)間相似程度，可反映出該物種在進(jìn)化中的位置。細(xì)胞色素C是廣泛存在于需氧生物細(xì)胞線粒體中的蛋白質(zhì)，由一條多肽鏈和血紅素輔基組成，在生物氧化過程中起傳遞電子的作用。陸上脊椎動物的Cytc有104個氨基酸殘基，魚類為107個，綠色植物為111或112個，酵母及霉菌中為107－109個。生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13響尾蛇14海龜15金槍魚21角餃23小蠅25蛾31小麥35粗早鏈孢霉43酵母44

不同生物與人的Cytc的AA差異數(shù)目從100余種不同種屬的Cytc的一級結(jié)構(gòu)研究中發(fā)現(xiàn)，（1）親緣關(guān)系越近，AA順序的同源性（相似性）越大。（2）盡管不同生物間親緣關(guān)系差別很大，但與細(xì)胞色素C功能密切相關(guān)的AA順序，即保守順序不變，稱為不變殘基。

14106100134323029271817675952514845413887848280706891GlyGlyPheCysGlyGlyGlyArgLysGlyCysLysPheHisProLeuGlyArgTyrAlaAsnTrpTyr707580LysLysLysProProTyrIleGlyThrMetAsnLeu血紅素不同生物來源的細(xì)胞色素c中不變的AA殘基

不變的AA殘基35個不變的AA殘基，是CytC的生物功能所不可缺少的。其中有的可能參加維持分子構(gòu)象；有的可能參與電子傳遞；有的可能參與“識別”并結(jié)合細(xì)胞色素還原酶和氧化酶。教材是28個根據(jù)細(xì)胞色素C的順序種屬差異建立起來的進(jìn)化樹1.親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，進(jìn)化上分道揚(yáng)鑣的時間就越早2.分叉離得越近的親緣關(guān)系就越近3.進(jìn)化樹和傳統(tǒng)分類學(xué)得到的進(jìn)化系統(tǒng)圖非常相近，因此可研究進(jìn)化方面系統(tǒng)演化的關(guān)系。4.人和黑猩猩最近5.現(xiàn)在研究非常熱門，用分子的手段來研究物種進(jìn)化通過比較蛋白質(zhì)和核苷酸的排列順序研究，形成分子系統(tǒng)學(xué)。

胰島素●有24個氨基酸殘基位置始終不變：A．B鏈上6個Cys

不變，其余18個氨基酸多數(shù)為非極性側(cè)鏈，對穩(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)起重要作用。不同動物來源的胰島素，其空間結(jié)構(gòu)可能大致相同?！衿渌勺儼被釋Ψ€(wěn)定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)作用不大，但對免疫反應(yīng)起作用?！褙i與人接近，而狗則與人不同，因此可用豬的胰島素治療人的糖尿病。2、分子病

由于基因突變導(dǎo)致蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，使蛋白質(zhì)的生物功能減退或喪失而引起的遺傳病叫分子病。最典型的例子是鐮刀形紅細(xì)胞貧血病，這是一種引起人類惡性貧血的疾病。病人的紅細(xì)胞在缺氧時變成鐮刀形，易破脹發(fā)生溶血，嚴(yán)重影響了與氧的結(jié)合。β鏈N－端aa排列順序

12345678

Hb-AVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys

Hb-SVal-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys

HbAH2NVal-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys-COOH

HbSH2N