蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能8

一、蛋白質(zhì)是構(gòu)成生物體的基本成分分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)最豐富的有機(jī)分子，約占人體干重的45％，某些組織含量更高。當(dāng)前1頁(yè)，總共103頁(yè)。1）生物催化作用（酶）2）代謝調(diào)節(jié)作用（激素）3）免疫保護(hù)作用（抗體）4）物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)（血紅蛋白）5）運(yùn)動(dòng)與支持作用（肌動(dòng)蛋白）6）控制生長(zhǎng)和分化作用（核蛋白）7）參與細(xì)胞間信息傳遞（受體蛋白）二、蛋白質(zhì)具有多樣性的生物學(xué)功能當(dāng)前2頁(yè)，總共103頁(yè)。

第一節(jié)

蛋白質(zhì)的分子組成當(dāng)前3頁(yè)，總共103頁(yè)。一、蛋白質(zhì)的元素組成主要有C、H、O、N和S。

有些蛋白質(zhì)含有少量磷、硒或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘。當(dāng)前4頁(yè)，總共103頁(yè)。

各種蛋白質(zhì)的含氮量很接近，平均為16％。

由于體內(nèi)的含氮物質(zhì)以蛋白質(zhì)為主，因此，只要測(cè)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：100克樣品中蛋白質(zhì)含量（g%）

=每克樣品含氮克數(shù)×

6.25×100蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)當(dāng)前5頁(yè)，總共103頁(yè)。案例分析1：乳品企業(yè)中為什么要加“三聚氰胺”？當(dāng)前6頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前7頁(yè)，總共103頁(yè)。二、蛋白質(zhì)的基本組成單位

—氨基酸天然存在的氨基酸約300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的編碼氨基酸僅有20種，稱為基本氨基酸。且均屬L-α-氨基酸（甘氨酸除外）。當(dāng)前8頁(yè)，總共103頁(yè)。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R當(dāng)前9頁(yè)，總共103頁(yè)。（一）氨基酸結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)：均為-氨基酸，脯氨酸為-亞氨基酸。R側(cè)鏈不同。除甘氨酸外，均具有旋光性。皆為L(zhǎng)-－氨基酸。當(dāng)前10頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前11頁(yè)，總共103頁(yè)。非極性側(cè)鏈氨基酸極性中性側(cè)鏈氨基酸酸性側(cè)鏈氨基酸（2種）4.堿性側(cè)鏈氨基酸（3種）（二）氨基酸的結(jié)構(gòu)與分類（R側(cè)鏈）*20種氨基酸的英文名稱、縮寫符號(hào)及分類如下:當(dāng)前12頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前13頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前14頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前15頁(yè)，總共103頁(yè)。+胱氨酸二硫鍵-HH當(dāng)前16頁(yè)，總共103頁(yè)。稀有氨基酸

多肽合成后由基本氨基酸經(jīng)酶促修飾而來，無翻譯密碼。如羥脯氨酸、羥賴氨酸。當(dāng)前17頁(yè)，總共103頁(yè)。

第二節(jié)

蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前18頁(yè)，總共103頁(yè)。一級(jí)結(jié)構(gòu)（AA序列）二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域三級(jí)結(jié)構(gòu)（球蛋白）四級(jí)結(jié)構(gòu)（聚合體）

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的層次性當(dāng)前19頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前20頁(yè)，總共103頁(yè)。一、蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)*肽鍵：由一個(gè)氨基酸的-羧基與另一個(gè)氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）肽鍵和肽當(dāng)前21頁(yè)，總共103頁(yè)。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵當(dāng)前22頁(yè)，總共103頁(yè)。肽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?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基。由十個(gè)以內(nèi)氨基酸相連而成的肽稱為寡肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱多肽。當(dāng)前23頁(yè)，總共103頁(yè)。N末端：多肽鏈中有自由氨基的一端；C末端：多肽鏈中有自由羧基的一端。多肽鏈有兩個(gè)末端：多肽鏈：是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。當(dāng)前24頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前25頁(yè)，總共103頁(yè)。N末端C末端牛核糖核酸酶當(dāng)前26頁(yè)，總共103頁(yè)。1、定義蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指多肽鏈中氨基酸的排列順序。（二）蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。

當(dāng)前27頁(yè)，總共103頁(yè)?！耙患?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)?！碑?dāng)前28頁(yè)，總共103頁(yè)。（三）生物活性肽生物體內(nèi)存在許多具有生物活性的小分子肽，它們?cè)诖x調(diào)節(jié)和神經(jīng)傳導(dǎo)等方面起著重要作用，故稱為生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、多肽類激素、神經(jīng)肽及多肽類抗生素等。

當(dāng)前29頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前30頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前31頁(yè)，總共103頁(yè)。

體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽2.多肽類激素及神經(jīng)肽當(dāng)前32頁(yè)，總共103頁(yè)。3.多肽類抗生素

一類能抑制或殺死細(xì)菌的多肽，如短肽桿菌S、短桿菌肽A、纈氨霉素等。當(dāng)前33頁(yè)，總共103頁(yè)。

二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

當(dāng)前34頁(yè)，總共103頁(yè)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)primarystructuresecondary

structureTertiarystructurequariernarystructure超二級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域

supersecondarystructureStructuredomain當(dāng)前35頁(yè)，總共103頁(yè)。維持蛋白質(zhì)構(gòu)象的化學(xué)鍵---次級(jí)鍵（副鍵）1、氫鍵：發(fā)生于負(fù)電性很強(qiáng)的原子(O,N)與一個(gè)已和氧或氮形成共價(jià)結(jié)合的氫原子之間。

2、疏水鍵：由非極性基團(tuán)受到水分子排斥相互聚集在一起的作用力。3、離子鍵：由異性電荷間的靜電吸引形成的鍵。4、二硫鍵：5、范德華引力：原子、基團(tuán)、分子間相互作用力。

當(dāng)前36頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前37頁(yè)，總共103頁(yè)。（一）蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子中某一段肽鏈的局部空間結(jié)構(gòu)，即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

。定義

主要的化學(xué)鍵：

氫鍵

當(dāng)前38頁(yè)，總共103頁(yè)。1、肽單元參與肽鍵的6個(gè)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構(gòu)型，此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元

。當(dāng)前39頁(yè)，總共103頁(yè)。雖是單鍵卻有雙鍵性質(zhì)；周邊六個(gè)原子在同一平面上；前后兩個(gè)a-carbon在對(duì)角。CNCHaNCOCa0.123nm0.132nm0.153nm0.149nmC-N0.149nmC=N0.127nm當(dāng)前40頁(yè)，總共103頁(yè)。

肽平面和二面角示意圖當(dāng)前41頁(yè)，總共103頁(yè)。多肽鏈可以看成由Cα串聯(lián)起來的無數(shù)個(gè)肽單位組成，肽單位是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的最小單位。當(dāng)前42頁(yè)，總共103頁(yè)。2、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式

-螺旋(-helix)

-折疊(-pleatedsheet)

-轉(zhuǎn)角(-turn)

無規(guī)卷曲(randomcoil)

當(dāng)前43頁(yè)，總共103頁(yè)。

-螺旋當(dāng)前44頁(yè)，總共103頁(yè)。橫截面觀當(dāng)前45頁(yè)，總共103頁(yè)。α-螺旋要點(diǎn)：

①右手螺旋，每隔3.6個(gè)氨基酸殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm，殘基高度0.15nm；②氫鍵是α螺旋穩(wěn)定的主要次級(jí)鍵，相鄰螺圈之間形成鏈內(nèi)氫鍵。③R側(cè)鏈分布于螺旋的外側(cè)，并影響螺旋的形成和穩(wěn)定。當(dāng)前46頁(yè)，總共103頁(yè)。影響α-螺旋穩(wěn)定的因素：

⑴極大的側(cè)鏈基團(tuán)（存在空間位阻）；

⑵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)）；

⑶有Pro等亞氨基酸存在（不能形成氫鍵）。

當(dāng)前47頁(yè)，總共103頁(yè)。-折疊當(dāng)前48頁(yè)，總共103頁(yè)。

β-折疊要點(diǎn)：a、肽鍵平面之間折疊成鋸齒狀；b、相鄰肽鏈之間的氫鍵是維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要次級(jí)鍵；c、肽鏈平行的走向有順式和反式兩種；d、R側(cè)鏈分布在片層的上下。

當(dāng)前49頁(yè)，總共103頁(yè)。β－折疊當(dāng)前50頁(yè)，總共103頁(yè)。

β-折疊的平行式和反平行式當(dāng)前51頁(yè)，總共103頁(yè)。-折角當(dāng)前52頁(yè)，總共103頁(yè)。β-折角要點(diǎn):

主鏈骨架本身以大約180°回折；回折部分通常由四個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成；構(gòu)象依靠第一個(gè)殘基的-CO基與第四殘基的-NH基之間形成氫鍵來維系。

當(dāng)前53頁(yè)，總共103頁(yè)。-折角：當(dāng)前54頁(yè)，總共103頁(yè)。

無規(guī)卷曲

用來闡述沒有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。當(dāng)前55頁(yè)，總共103頁(yè)。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式當(dāng)前56頁(yè)，總共103頁(yè)。（二）蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、氫鍵和鹽鍵等。主要的化學(xué)鍵整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。

定義當(dāng)前57頁(yè)，總共103頁(yè)。

肌紅蛋白（Mb）

N端C端當(dāng)前58頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前59頁(yè)，總共103頁(yè)。胰島素分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前60頁(yè)，總共103頁(yè)。溶菌酶分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)當(dāng)前61頁(yè)，總共103頁(yè)。

（三）結(jié)構(gòu)域多肽鏈中某些局部的二級(jí)結(jié)構(gòu)常常匯集在一起，形成能發(fā)揮生物學(xué)功能的特定區(qū)域，稱為結(jié)構(gòu)域（domain）。每個(gè)結(jié)構(gòu)域具有特定的功能。當(dāng)前62頁(yè)，總共103頁(yè)。

免疫球蛋白的12個(gè)結(jié)構(gòu)域當(dāng)前63頁(yè)，總共103頁(yè)。

對(duì)于較小的蛋白質(zhì)分子來說，結(jié)構(gòu)域和三級(jí)結(jié)構(gòu)往往是一個(gè)意思，即單結(jié)構(gòu)域的。大的蛋白質(zhì)分子可以由2個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。

當(dāng)前64頁(yè)，總共103頁(yè)。亞基之間的結(jié)合力主要是疏水作用，其次是氫鍵和離子鍵。（三）蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)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(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。有些蛋白質(zhì)分子含有二條或兩條以上多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的亞基。當(dāng)前65頁(yè)，總共103頁(yè)。血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前66頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前67頁(yè)，總共103頁(yè)。蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)小結(jié)當(dāng)前68頁(yè)，總共103頁(yè)。

第三節(jié)

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系當(dāng)前69頁(yè)，總共103頁(yè)。蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)；蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能是蛋白質(zhì)分子特定的天然構(gòu)象所表現(xiàn)的性質(zhì)或具有的屬性。當(dāng)前70頁(yè)，總共103頁(yè)。（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)

一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系牛核糖核酸酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)二硫鍵當(dāng)前71頁(yè)，總共103頁(yè)。

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)，無活性說明：只要一級(jí)結(jié)構(gòu)未破壞，就可能恢復(fù)到原來的三級(jí)結(jié)構(gòu)和功能，當(dāng)前72頁(yè)，總共103頁(yè)。

（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)改變，功能也隨之改變當(dāng)前73頁(yè)，總共103頁(yè)。（三）血紅蛋白一級(jí)結(jié)構(gòu)變化與疾病例：鐮刀形紅細(xì)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(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱為“分子病”。當(dāng)前74頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前75頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前76頁(yè)，總共103頁(yè)。二、蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系（一）血紅蛋白空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系血紅蛋白的功能是運(yùn)輸O2。由于血紅蛋白亞基之間存在大量鹽鍵，使其構(gòu)象呈緊張態(tài)，對(duì)氧的親和力很低，第一個(gè)亞基與O2結(jié)合時(shí)，鹽鍵的破壞較難，所需要的能量較多。

當(dāng)前77頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)前78頁(yè)，總共103頁(yè)。當(dāng)血紅蛋白的一個(gè)亞基結(jié)合氧之后引起它的構(gòu)象從緊張態(tài)變成松弛態(tài)，其它的鹽鍵也依次破壞，此時(shí)破壞鹽鍵所需要的能量也少，構(gòu)象的變化導(dǎo)致血紅蛋白對(duì)氧的親和力大大增強(qiáng)，因此第四個(gè)亞基結(jié)合氧的能力比第一個(gè)大幾百倍。當(dāng)前79頁(yè)，總共103頁(yè)。（二）蛋白質(zhì)構(gòu)象改變與疾病蛋白質(zhì)構(gòu)象疾?。喝舻鞍踪|(zhì)的折疊發(fā)生錯(cuò)誤，盡管其一級(jí)結(jié)構(gòu)不變，但蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，仍可影響其功能，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致疾病發(fā)生。當(dāng)前80頁(yè)，總共103頁(yè)。蛋白質(zhì)構(gòu)象改變導(dǎo)致疾病的機(jī)理：有些蛋白質(zhì)錯(cuò)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(chǎn)生毒性而致病，表現(xiàn)為蛋白質(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、老年癡呆癥、亨停頓舞蹈病、瘋牛病等。當(dāng)前81頁(yè)，總共103頁(yè)。瘋牛病中的蛋白質(zhì)構(gòu)象改變瘋牛病是由朊病毒蛋白（PrP）引起的一組人和動(dòng)物神經(jīng)退行性病變。正常的PrP富含α-螺旋，稱為PrPc。PrPc在某種未知蛋白質(zhì)的作用下可轉(zhuǎn)變成全為β-折疊的PrPsc，從而致病。PrPcα-螺旋PrPscβ-折疊正常瘋牛病當(dāng)前82頁(yè)，總共103頁(yè)。

正常朊病毒蛋白結(jié)構(gòu)（顯示-螺旋）

朊病毒結(jié)構(gòu)（顯示-片層結(jié)構(gòu)）當(dāng)前83頁(yè)，總共103頁(yè)。

第四節(jié)

蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)當(dāng)前84頁(yè)，總共103頁(yè)。一、蛋白質(zhì)的兩性解離性質(zhì)蛋白質(zhì)分子除兩端的氨基和羧基可解離外，氨基酸殘基側(cè)鏈中某些基團(tuán)，在一定的溶液pH條件下都可解離成帶負(fù)電荷或正電荷的基團(tuán)。

蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液處于某一pH時(shí)，蛋白質(zhì)分子解離成正、負(fù)離子的趨勢(shì)相等，即成為兼性離子，凈電荷為零，此時(shí)溶液的pH稱為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。當(dāng)前85頁(yè)，總共103頁(yè)。蛋白質(zhì)陽(yáng)離子蛋白質(zhì)兼性離子蛋白質(zhì)陰離子當(dāng)前86頁(yè)，總共103頁(yè)。在下列各種pH溶液中使清蛋白（pI=4.7）帶正電荷的是（）A.pH4.0

B.pH5.0

C.pH6.0

D.pH7.0蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)其帶負(fù)電荷時(shí)，溶液的pH為（）

A．酸B．pH>pI

C．pH=pI

D．pH<pI當(dāng)前87頁(yè)，總共103頁(yè)。二、蛋白質(zhì)的高分子性質(zhì)

蛋白質(zhì)屬于生物大分子之一，分子量可自1萬(wàn)至100萬(wàn)之巨，其分子的直徑可達(dá)1～100nm，為膠粒范圍之內(nèi)。*蛋白質(zhì)膠體穩(wěn)定的因素同種電荷水化膜當(dāng)前88頁(yè)，總共103頁(yè)。+++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)水化膜++++++++帶正電荷的蛋白質(zhì)－－－－－－－－帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定的蛋白質(zhì)顆粒酸堿酸堿酸堿脫水作用脫水作用脫水作用蛋白質(zhì)膠體顆粒的沉淀當(dāng)前89頁(yè)，總共103頁(yè)。透析當(dāng)前90頁(yè)，總共103頁(yè)。三、蛋白質(zhì)的變性、復(fù)性與凝固*蛋白質(zhì)的變性：在某些物理和化學(xué)因素作用下，其特定的空間構(gòu)象被破壞，也即有序的空間結(jié)構(gòu)變成無序的空間結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其理化性質(zhì)改變和生物活性的喪失。當(dāng)前91頁(yè)，總共103頁(yè)。

造成變性的因素如高溫、高壓、紫外線等；強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、重金屬離子及生物堿試劑等。

變性的本質(zhì)——破壞非共價(jià)鍵和二硫鍵，不改變蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前92頁(yè)，總共103頁(yè)。

應(yīng)用舉例：臨床醫(yī)學(xué)上，變性因素常被應(yīng)用來消毒及滅菌。此外,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。

當(dāng)前93頁(yè)，總共103頁(yè)。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)象和功能，稱為復(fù)性（renaturation）。當(dāng)前94頁(yè)，總共103頁(yè)。

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)，無活性當(dāng)前95頁(yè)，總共103頁(yè)。蛋白質(zhì)沉淀在一定條件下，蛋白疏水側(cè)鏈暴露在外，肽鏈融會(huì)相互纏繞繼而聚集，因而從溶液中析出。變性的蛋白質(zhì)易于沉淀，有時(shí)蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，但并不變性。蛋白質(zhì)的凝固：蛋白質(zhì)變性后的絮狀物加熱可變成比較堅(jiān)固的凝塊，此凝塊不易再溶于強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中。

當(dāng)前9