生物化學第一章蛋白質(zhì)課件

第二章蛋白質(zhì)第一節(jié)蛋白質(zhì)的元素組成、分類及生物學功能第二節(jié)氨基酸第三節(jié)肽第四節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第七節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與鑒定第八節(jié)蛋白質(zhì)組學簡介

1、掌握基本氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類、性質(zhì)以及肽的概念特點，分離純化的基本方法。

2、重點掌握蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及結(jié)構(gòu)和功能的相互關(guān)系，蛋白質(zhì)的分離純化方法、技術(shù)。本章學習重點第一節(jié)蛋白質(zhì)的元素組成、分類及生物學功能

一、蛋白質(zhì)的元素組成二、蛋白質(zhì)的分類三、蛋白質(zhì)的生物學功能蛋白質(zhì)的含氮量蛋白質(zhì)的平均含氮量為16%，這是蛋白質(zhì)元素組成的一個特點，也是凱氏（Kjedahl）定氮法測定蛋白質(zhì)含量的計算基礎(chǔ)。所以，可以根據(jù)生物樣品中的含氮量來計算蛋白質(zhì)的大概含量：蛋白質(zhì)含量=蛋白氮

6.256.25為蛋白質(zhì)系數(shù)，即1克氮所代表的蛋白質(zhì)量（克數(shù)）三聚氰胺粉末不溶于冷水，溶于熱水，微溶于乙二醇、甘油、乙醇，不溶于乙醚、苯、四氯化碳,遇強酸或強堿水溶液水解。三聚氰胺含氮量高達66.6%

其實凱氏定氮法的缺陷并不難彌補，只要多一道步驟即可：先用三氯乙酸處理樣品。三氯乙酸能讓蛋白質(zhì)形成沉淀，過濾后，分別測定沉淀和濾液中的氮含量，就可以知道蛋白質(zhì)的真正含量和冒充蛋白質(zhì)的氮含量。蛋白質(zhì)的分子組成

經(jīng)酸、堿和酶處理蛋白質(zhì)，使其徹底水解得到產(chǎn)物為氨基酸，組成蛋白質(zhì)的常見20種氨基酸中除脯氨酸外，均為-氨基酸：不變部分可變部分外形接近球形或橢圓形，溶解性較好，細胞中的大多數(shù)可溶性蛋白質(zhì)如胞質(zhì)酶類，屬于此類。

球狀蛋白質(zhì)（globularprotein）：分子類似纖維或細棒。大都是結(jié)構(gòu)蛋白，如膠原蛋白，角蛋白等?？煞譃榭扇苄岳w維狀蛋白質(zhì)（如肌肉中的肌球蛋白）和不溶性纖維狀蛋白質(zhì)（如膠原蛋白，角蛋白等）。*纖維狀蛋白質(zhì)（fibrousprotein）：簡單蛋白(simpleprotein)結(jié)合蛋白(conjugatedprotein)1、據(jù)分子形狀分2、據(jù)分子組成分3、據(jù)溶解度分4、據(jù)生物功能分

結(jié)合蛋白

除氨基酸外，還含有其它化學成分（輔因子），如：*色蛋白：含色素物質(zhì)，如血紅蛋白、細胞色素等。*糖蛋白：含糖類物質(zhì)，如細胞膜中的糖蛋白等。*脂蛋白：含脂類。，如血清-，-脂蛋白等。*核蛋白：含核酸結(jié)合而成，如核糖體。1、據(jù)分子形狀分2、據(jù)分子組成分3、據(jù)溶解度分4、據(jù)生物功能分

清蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白等根據(jù)溶解度：清蛋白：又稱白蛋白。溶于水。如乳清蛋白、血清清蛋白球蛋白：微溶于水，溶于稀中性鹽溶液。如大豆球蛋白谷蛋白：不溶于水、醇及中性鹽溶液。但溶于稀酸、稀堿。如米、麥蛋白醇溶蛋白：不溶于水、溶于70-80%的乙醇。如玉米蛋白另外還有精蛋白、組蛋白、硬蛋白等

三、蛋白質(zhì)的生物學功能1、催化功能—

酶類2、結(jié)構(gòu)功能（膠原蛋白；韌帶中的彈性蛋白；頭發(fā)、指甲和皮膚中的不溶性角蛋白；蠶絲、蛛網(wǎng)）3、營養(yǎng)和儲存功能（卵清蛋白和牛奶中的酪蛋白）4、運輸功能（血紅蛋白、肌紅蛋白）5、收縮或運動功能（骨骼肌收縮——肌動蛋白和肌球蛋白相對滑動的結(jié)果）6、激素功能（胰島素）7、保護和防御功能（蛋白質(zhì)抗體和免疫球蛋白）8、接受和傳遞信息功能（受體蛋白）9、調(diào)節(jié)或控制細胞的生長、分化和遺傳信息的表達功能（組蛋白、阻遏蛋白）蛋白質(zhì)是生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，它參與了幾乎所有的生命活動過程。小結(jié)第一節(jié)蛋白質(zhì)的元素組成、分類及生物學功能

一、蛋白質(zhì)的元素組成二、蛋白質(zhì)的分類三、蛋白質(zhì)的生物學功能第二節(jié)氨基酸（aminoacid）一、氨基酸的分類二、氨基酸的理化性質(zhì)三、氨基酸的分離分析水解方法反應(yīng)條件產(chǎn)物優(yōu)點缺點酸水解6MHCl或4MH2SO4共煮20hrsL-aa不引起消旋Trp被破壞；一部分羥基aa(Ser,Thr)被分解；Asn和Gln的酰胺基被水解下來堿水解5MNaOH共煮20hrsL-aa和D-aa混合物不破壞Trp引起消旋；Arg脫氨基生成鳥氨酸酶水解生理溫度、pH肽段和氨基酸混合物不破壞aa不引起消旋酶解時間長蛋白質(zhì)的氨基酸組成目前已發(fā)現(xiàn)的氨基酸有250多種。但是組成蛋白質(zhì)的常見的氨基酸只有20種，稱為基本氨基酸。各種蛋白質(zhì)所含的20種常見氨基酸的種類和數(shù)目各不相同?；蛘哒f，20種常見氨基酸不同的排列順序組成了特定的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分子中的氨基酸組成與其性質(zhì)相關(guān)。此外蛋白質(zhì)分子中氨基酸組成及比例與其結(jié)構(gòu)也有一定的關(guān)系。

一、氨基酸的分類根據(jù)是否組成蛋白質(zhì)分為：

1.蛋白質(zhì)中常見氨基酸

2.蛋白質(zhì)中稀有氨基酸

3.非蛋白氨基酸根據(jù)R側(cè)鏈極性分類根據(jù)R側(cè)鏈結(jié)構(gòu)分類從營養(yǎng)學角度分類結(jié)構(gòu)通式（脯氨酸除外）

共同特點：L-型，羧基相連的α-碳上連接-NH2，所以都是L-α-氨基酸。

不變部分可變部分

根據(jù)R基團極性20種常見氨基酸又分為(1)非極性R基團氨基酸：8種—AlaValLeuIlePheProTrpMet(2)極性不帶電荷R基團氨基酸：7種—GlySerThrTyrAsnGlnCys(3)帶負電荷R基團氨基酸：2種—AspGlu(4)帶正電荷R基團氨基酸：3種—LysArgHis

1、蛋白質(zhì)中常見氨基酸的結(jié)構(gòu)(1)非極性R基團氨基酸

-氨基異己酸丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine

-氨基--甲基戊酸丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine(1)非極性R基團氨基酸(1)非極性R基團氨基酸

-氨基--苯基丙酸丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸Ileucine苯丙氨酸Phenylalanine

(1)非極性R基團氨基酸-吡咯烷基--羧酸丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸Ileucine苯丙氨酸

Phenylalanine脯氨酸

Proline(1)非極性R基團氨基酸

-氨基--吲哚基丙酸丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸Ileucine苯丙氨酸

Phenylalanine脯氨酸

Proline色氨酸

Tryptophan

(1)非極性R基團氨基酸-氨基--甲硫基丁酸丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸Ileucine苯丙氨酸

Phenylalanine(F)脯氨酸

Proline色氨酸Tryptophan(W)甲硫氨酸

MethionineR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。

特點：不易溶于水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。

(2)極性不帶電荷R基團氨基酸氨基乙酸甘氨酸

Glycine

(2)極性不帶電荷R基團氨基酸

-氨基--羥基丙酸甘氨酸

Glycine

絲氨酸

Serine

(2)極性不帶電荷R基團氨基酸-氨基--羥基丁酸甘氨酸

Glycine

絲氨酸

Serine蘇氨酸

Threonine

(2)極性不帶電荷R基團氨基酸-氨基--對羥苯基丙酸甘氨酸

Glycine

絲氨酸

Serine蘇氨酸

Threonine酪氨酸Tyrosine(2)極性不帶電荷R基團氨基酸

甘氨酸

Glycine

絲氨酸

Serine蘇氨酸

Threonine酪氨酸

Tyrosine天冬酰胺Asparagine(2)極性不帶電荷R基團氨基酸

甘氨酸

Glycine

絲氨酸

Serine蘇氨酸

Threonine酪氨酸

Tyrosine天冬酰胺

Asparagine谷氨酰胺

Glutamine(2)極性不帶電荷R基團氨基酸甘氨酸

Glycine

絲氨酸

Serine蘇氨酸

Threonine酪氨酸

Tyrosine天冬酰胺

Asparagine谷氨酰胺

Glutamine(Q)半胱氨酸

Cysteine

-氨基--巰基丙酸特點：這類氨基酸側(cè)鏈含極性基團，但在生理條件下不解離，易溶于水，R側(cè)鏈能與水形成氫鍵。Cys中R含巰基（-SH），兩個Cys的巰基氧化生成二硫鍵，生成胱氨酸。二硫鍵在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中具有重要意義。

(3)帶負電荷R基團氨基酸

-氨基丁二酸天冬氨酸

Aspartate(3)帶負電荷R基團氨基酸

-氨基戊二酸天冬氨酸

Aspartate(D)谷氨酸

Glutamate(E)在生理條件下,側(cè)鏈羧基完全解離，帶負電荷。為酸性氨基酸。(4)帶正電荷R基團氨基酸，-二氨基己酸賴氨酸

Lysine(4)帶正電荷R基團氨基酸

-氨基--胍基戊酸賴氨酸

Lysine精氨酸

Arginine(4)帶正電荷R基團氨基酸

-氨基--咪唑基丙酸賴氨酸

Lysine(K)精氨酸

Arginine組氨酸

Histidine在生理條件下，側(cè)鏈解離，帶正電荷。為堿性氨基酸。另外，根據(jù)R側(cè)鏈的化學結(jié)構(gòu)，20種常見氨基酸可以分為：脂肪族氨基酸（15種）芳香族氨基酸（Phe,Tyr）雜環(huán)族氨基酸（Trp,His,Pro）從營養(yǎng)學角度分類：必需氨基酸和非必需氨基酸必需氨基酸：人和哺乳動物不可缺少但又不能自身合成的氨基酸，只能從食物中補充。包括8種（Ile、Met、Val、Leu、Trp、Phe、Thr、Lys）“一家寫兩三本書來”還有2種：Arg、His，人和哺乳動物雖然能夠合成，但數(shù)量遠遠達不到機體的需求，尤其是在胚胎發(fā)育以及嬰幼兒期間，基本上也是由食物中補充，稱為半必需氨基酸。注：植物和微生物能合成自己全部的氨基酸。2.蛋白質(zhì)中幾種重要的稀有氨基酸在少數(shù)蛋白質(zhì)中分離出一些不常見的氨基酸，通常稱為稀有的蛋白質(zhì)氨基酸。這些氨基酸都是由相應(yīng)的基本氨基酸衍生而來的。在遺傳上，不具有遺傳密碼。其中重要的有4-羥基脯氨酸、5-羥基賴氨酸、N-甲基賴氨酸、和3,5-二碘酪氨酸等。這些不常見蛋白質(zhì)氨基酸的結(jié)構(gòu)如下。3.非蛋白氨基酸（200多種）

廣泛存在于各種細胞和組織中，呈游離或結(jié)合態(tài)，但并不存在于蛋白質(zhì)中的一類氨基酸，大部分也是蛋白質(zhì)氨基酸的衍生物。

H2N-CH2-CH2-COOHH2N-CH2-CH2-CH2-COOH-丙氨酸-氨基丁酸

非蛋白氨基酸存在的意義：(1)作為細菌細胞壁中肽聚糖的組分：D-GluD-Ala(2)作為一些重要代謝物的前體或中間體:-丙氨酸、鳥氨酸（Orn）、胍氨酸（Cit）(3)作為神經(jīng)傳導的化學物質(zhì)：-氨基丁酸(4)有些氨基酸只作為一種N素的轉(zhuǎn)運和貯藏載體(5)殺蟲防御作用:如種子中高濃度的刀豆氨酸和5-羥色氨酸能防止毛蟲的危害，高精氨酸能抑制細菌的生長。絕大部分非蛋白氨基酸的功能不清楚。1.高熔點2.一般均溶于水，溶于強酸、強堿；不溶于乙醚。3.氨基酸一般有味：如大米的香味（Cys)、啤酒的苦味（Val、Leu、Ile）氨基酸的兩個重要性質(zhì)：氨基酸晶體的熔點高（200C）；氨基酸使水的介電常數(shù)增高。二、氨基酸的理化性質(zhì)（一）氨基酸的一般物理性質(zhì)二、氨基酸的理化性質(zhì)

除甘氨酸外，其他氨基酸含有一個手性-碳原子，因此都具有旋光性。（二）氨基酸的光學性質(zhì)

1.氨基酸的旋光性旋光性：旋光物質(zhì)使平面偏振光的偏振面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的能力。使偏振面向右旋的，稱右旋光物質(zhì)，記為“+”，使偏振面向左旋的，稱左旋光物質(zhì)，記為“-”。氨基酸的旋光性是由它們的結(jié)構(gòu)決定的。除甘氨酸外，其它氨基酸的-C原子都與四個不同的原子和基團連接，因而是不對稱C原子。手性中心（chiralcenter）：當一個C原子有四個不同的取代基同它連接形成一個不對稱碳原子時，這個碳原子就是一個不對稱中心或稱做手性中心。2.氨基酸的光吸收構(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光吸收的能力。酪氨酸的max＝275nm;苯丙氨酸的max＝257nm;色氨酸的max＝280nm;（三）氨基酸的兩性解離性質(zhì)和等電點

1.氨基酸的兼性離子形式（兩性離子）

HH3N-C-COO-

R+

兩性離子：在同一個氨基酸分子上帶有能給出質(zhì)子的-NH3+正離子；可以接受外界質(zhì)子的-COO-負離子。即在同一氨基酸分子上含有等量的正負兩種電荷。二、氨基酸的理化性質(zhì)

在反應(yīng)中它可以提供質(zhì)子，起酸的作用：

N+H3NH2

RCCOO-RCCOO-+H+

HH

也可以接受質(zhì)子，起堿的作用：

N+H3N+H3RCCOO-+H+RCCOOHHH

因此氨基酸是兩性電解質(zhì)2.氨基酸的兩性解離在不同的pH條件下，兩性離子的狀態(tài)也隨之發(fā)生變化。pH1710凈電荷+10-1

正離子兩性離子負離子

等電點pI（三）氨基酸的兩性解離性質(zhì)和等電點3.氨基酸的等電點及其計算

氨基酸的等電點:當溶液pH為某一值時，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，簡稱pI。在等電點時，處于電場中的氨基酸既不向正極也不向負極移動，即沒有電泳行為。丙氨酸的解離方程COOHH3N+CHCH3

K1’

COO-H3N+CHCH3COO-H2N

CHCH3K’2K1’=Ala+Ala+–H+K2’=H+Ala+–Ala–+H+COO-H3N+CHCH3+H+Ala+Ala+Ala+Ala-丙氨酸在酸性溶液中，完全質(zhì)子化：K′1、K′2分別代表α-COOH和α-NH3+的表觀解離常數(shù)，若側(cè)鏈R基有可解離的基團，其表觀解離常數(shù)用K′R表示。當Ala處于pI時，[Ala+]=[Ala-][Ala+][H+][Ala+]*K2’K1’[H+]=--[H+]2=K1’K2’.pI=(pK’1+pK’2)/2所以，丙氨酸pI=(2.34+9.69)/2=6.02側(cè)鏈不含解離基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK′1和pK′2的算術(shù)平均值+H3NCHRCOOHpK2’=9.69+H3NCHRCOOH+H3NCHRCOO–pI=6.02pK1’=2.23H2NCHRCOO–+H3NCHRCOO–H2NCHRCOO–+H3NCHRCOO–01370.501.00.51.0HClNaOH

物質(zhì)的表觀解離常數(shù)可以用測定滴定曲線的實驗方法求得。20種基本氨基酸中只有組氨酸咪唑基的pK最接近生理pH值（游離氨基酸中為6.00，在多肽鏈中為7.35），是在生理pH條件下唯一具有緩沖能力的氨基酸。天冬氨酸的解離方程COOHCHNH3CH2COOHCOO-CHNH3CH2COOHCOO-CHNH3CH2COO-COO-CHNH2CH2COO-+H+-H+-H+-H++H++H+K1’K2’KR’Asp+Asp+Asp-Asp2-pIAsp=(pK1’+pKR’)/2+++帶有可解離R基的氨基酸，相當于三元酸，有3個pK。

賴氨酸：

H+OH-

COOHCOO-COO-COO-K’1K’2K’RH3N+CHH3N+CHH2NCHH2NCH2.188.9510.53(CH2)4(CH2)4(CH2)4(CH2)4N+H3N+H3N+H3NH2

Lys2+Lys+

Lys+-Lys-

pI=(pK2+pKR)/2=(8.95+10.53)=9.74氨基酸等電點的計算:側(cè)鏈不含離解基團的中性氨基酸，其等電點是它的pK’1和pK’2的算術(shù)平均值：pI=(pK’1+pK’2)/2

同樣，對于側(cè)鏈含有可解離基團的氨基酸，其pI值也決定于兩性離子兩邊的pK’值的算術(shù)平均值。酸性氨基酸：pI=(pK’1+pK’

R-COO-

)/2

堿性氨基酸：pI=(pK’2+pK’R-NH2)/2

小結(jié)1.某氨基酸的等電點即為該氨基酸兩性離子兩邊的pK值和的一半。2.在氨基酸等電點以上任何pH，AA帶凈的負電荷，在電場中向正極移動；在氨基酸等電點以下任何pH，AA帶凈的正電荷，在電場中向負極移動。3.在一定pH范圍中，溶液的pH離AA等電點愈遠，AA帶凈電荷愈多。用途：常用于氨基酸的定性或定量分析。（四）氨基酸的化學反應(yīng)茚三酮水合茚三酮1.與茚三酮的反應(yīng)（弱酸加熱條件下-NH2和-COOH

共同參與的反應(yīng)）脯氨酸與茚三酮反應(yīng)的產(chǎn)物：N+黃色化合物（四）氨基酸的化學反應(yīng)2.與2、4-二硝基氟苯的反應(yīng)(-NH2

參與的反應(yīng))弱堿DNP-AA（黃色）DNFB+AA在堿性條件下水解，得到黃色DNP-氨基酸。該產(chǎn)物能夠用乙醚抽提分離。不同的DNP-氨基酸可以用色譜法進行鑒定。+DNFB（dinitrofiuorobenzene）氨基酸弱堿中DNP-AA(黃色)+HF用途：可以用來鑒定多肽或蛋白質(zhì)-NH2末端氨基酸.亦稱Sanger反應(yīng)2.與2、4-二硝基氟苯的反應(yīng)DNFB+弱堿DNP-多肽DNP-蛋白+HF酸解DNP-AA+游離AA蛋白多肽在堿性條件下，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)點是丹磺酰-氨基酸有很強的熒光性質(zhì)，檢測靈敏度可以達到110-9mol。3.與丹磺酰氯的反應(yīng)丹磺酰氨基酸具有強烈的黃色熒光。此法優(yōu)點為靈敏性較高(比DNFB法提高100倍，樣品量小于1毫微克分子)及丹磺酰氨基酸穩(wěn)定性較高(對酸水解穩(wěn)定性較DNP-氨基酸高)，可用紙電泳或聚酰胺薄膜層析鑒定。+PITC弱堿中(400

C)苯硫乙內(nèi)酰脲(PTH-AA)(無水氫氟酸中)H+苯氨基硫甲酰氨基酸（PTC-氨基酸）4.與苯異硫氰酸酯的反應(yīng)(-NH2

參與的反應(yīng))

用途：可以用來鑒定多肽或蛋白質(zhì)-NH2末端氨基酸.亦稱Edman反應(yīng)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4.與苯異硫氰酸酯的反應(yīng)5.成肽反應(yīng)是多肽和蛋白質(zhì)生物合成的基本反應(yīng)6．側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)作用：這些反應(yīng)可用于巰基的保護。ICH2COOH（1）巰基（-SH）的性質(zhì)作用：與金屬離子的螯合性質(zhì)可用于體內(nèi)解毒對羥汞苯甲酸6．側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)(1)巰基（-SH）的性質(zhì)作用：氧化還原反應(yīng)可使蛋白質(zhì)分子中二硫鍵形成或打開。胱氨酸6．側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)（2）羥基的性質(zhì)作用：可用于修飾蛋白質(zhì)。二異丙基氟磷酸酯6．側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)（3）咪唑基的性質(zhì)組氨酸含有咪唑基，它的pK2值為6.0，在生理條件下具有緩沖作用。組氨酸中的咪唑基能夠發(fā)生多種化學反應(yīng)?？梢耘cATP發(fā)生磷酰化反應(yīng)，形成磷酸組氨酸，從而使酶活化。組氨酸的咪唑基也能發(fā)生烷基化反應(yīng)。生成烷基咪唑衍生物，并引起酶活性的降低或喪失作用：判斷酶的活性中心6．側(cè)鏈基團的化學性質(zhì)三、氨基酸的分離和分析鑒定1、分配層析2、離子交換層析3、高效液相色譜1.氨基酸的紙層析2.離子交換層析3.高效液相色譜（HPLC）

小結(jié)AA的分類

AA的理化性質(zhì)

一般物理性質(zhì)

AA的光吸收

AA的兩性解離

AA的化學反應(yīng)

AA的分離分析第二章蛋白質(zhì)第一節(jié)蛋白質(zhì)的化學組成第二節(jié)氨基酸第三節(jié)肽第四節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第七節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與鑒定第八節(jié)蛋白質(zhì)組學簡介一、肽與肽鍵二、肽鏈中AA的排列順序和命名三、肽的重要理化性質(zhì)四、天然存在的重要寡肽第三節(jié)肽（peptide）第三節(jié)肽（peptide）一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基之間失水縮合形成的酰胺鍵稱為肽鍵，所形成的化合物稱為肽。一、肽與肽鍵由兩個氨基酸組成的肽稱為二肽，由少于10個氨基酸組成的肽稱為寡肽，由多于10個氨基酸組成的肽稱為多肽。肽鏈中的氨基酸單元稱為氨基酸殘基。NNCCαCαCαCOOHH肽平面肽平面肽平面：肽鏈中的酰胺鍵及相鄰的兩個Cα原子處于同一平面，構(gòu)成折疊單位，稱為肽平面。肽鏈中肽平面涉及的原子形成主鏈骨架，稱主肽鏈。四肽的結(jié)構(gòu)在多肽鏈中，氨基酸殘基按一定的順序排列，這種排列順序稱為氨基酸順序通常在多肽鏈的一端含有一個游離的-氨基，稱為氨基端或N-端；在另一端含有一個游離的-羧基，稱為羧基端或C-端。習慣上將氨基末端寫在左側(cè)。氨基酸的順序是從N-端的氨基酸殘基開始，以C-端氨基酸殘基為終點的排列順序。肽鏈中的氨基酸稱為氨基酰，如上述五肽可表示為：

Ser-Val-Tyr-Asp-Gln二、肽鏈中AA的排列順序和命名三、肽的重要理化性質(zhì)1.每種肽也有其晶體，晶體的熔點都很高。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。3.每一種肽都有其相應(yīng)的等電點，計算方法與AA一致且復雜。4.肽的化學反應(yīng)：也能發(fā)生茚三酮反應(yīng)、Sanger反應(yīng)和Edman反應(yīng)；還可發(fā)生雙縮脲反應(yīng)（是肽和蛋白質(zhì)所特有而氨基酸所沒有的顏色反應(yīng)）。三、肽的重要理化性質(zhì)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。

雙縮脲能夠與堿性硫酸銅作用，產(chǎn)生藍色的銅-雙縮脲絡(luò)合物，稱為雙縮脲反應(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，也能發(fā)生雙縮脲反應(yīng)，生成紫紅色或藍紫色絡(luò)合物。這是多肽定量測定的重要反應(yīng)。四、天然存在的重要寡肽在生物體中有許多分子量比較小的肽以游離狀態(tài)存在。它們具有各種特殊的生理功能，常稱為活性肽（activepeptide）。如：谷胱甘肽;腦啡肽；激素類多肽；抗生素類多肽；蛇毒多肽等。谷胱甘肽——存在于動、植物及微生物中CO-NH-CH-CO-NH-CH2-COOHCH2CH2CHNH2COOHCH2SH1.參與體內(nèi)氧化還原反應(yīng)

2.作為輔酶參與氧化還原反應(yīng)保護巰基酶或含Cys的蛋白質(zhì)中SH的還原性

3.防止過氧化物積累

4.作為一種電子傳遞體參與植物體內(nèi)的電子傳遞

GS-SG2GSH

L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-Val

L-OrnL-Orn

L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu

由細菌分泌的多肽，有時也含有D-氨基酸和一些非蛋白氨基酸。如鳥氨酸（Ornithine,縮寫為Orn）。能抗革蘭氏陽性菌，對陰性細菌如綠膿桿菌、變性菌也有效。臨床上用于治療和預防化膿性病癥。

短桿菌肽S(環(huán)十肽)

能夠與真核生物的RNA聚合酶和牢固結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)錄進行。

腦啡肽

Met腦啡肽：Tyr—Gly—Gly—Phe—MetLeu腦啡肽：Tyr—Gly—Gly—Phe—Leu

具有鎮(zhèn)痛作用，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中形成，是體內(nèi)產(chǎn)生的一類鴉片劑。重要的寡肽TyrCys

IleS

GlnS

AsnCys

Pro

LeuGly-NH2

TyrCys

PheS

GlnS

AsnCys

Pro

ArgGly-NH2

促進子宮肌收縮，具有催產(chǎn)作用。增加血壓牛催產(chǎn)素牛加壓素

牛催產(chǎn)素和牛加壓素只有2個氨基酸之差，生理作用居然不同，對于分子更大的蛋白質(zhì)來說，氨基酸的排列、組合不同，其功能也是千差萬別?？梢?，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)和功能。小結(jié)一、肽與肽鍵二、肽鏈中AA的排列順序和命名三、肽的重要理化性質(zhì)四、天然存在的重要寡肽第三節(jié)肽第二章蛋白質(zhì)第一節(jié)蛋白質(zhì)的化學組成第二節(jié)氨基酸第三節(jié)肽第四節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第五節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第六節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第七節(jié)蛋白質(zhì)的分離純化與鑒定第八節(jié)蛋白質(zhì)組學簡介第四節(jié)：蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)二、蛋白質(zhì)的構(gòu)象三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)四、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域五、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)六、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)是由一條或多條多肽(polypeptide)鏈以特殊方式結(jié)合而成的生物大分子。蛋白質(zhì)與多肽并無嚴格的界線，通常是將分子量在6000道爾頓以上的多肽稱為蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)分子量變化范圍很大,從大約6000到1,000,000道爾頓甚至更大。

一級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)(構(gòu)象單元）超二級結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)域三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)有不同的層次：共價鍵次級鍵化學鍵

肽鍵一級結(jié)構(gòu)氫鍵二硫鍵二、三、四級結(jié)構(gòu)疏水鍵鹽鍵范德華力三、四級結(jié)構(gòu)a鹽鍵（離子鍵）b氫鍵c疏水相互作用力d范德華力e二硫鍵f酯鍵氫鍵雖是弱鍵，但數(shù)量極大，在維系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)中起主要作用，對維持三、四級結(jié)構(gòu)也起一定作用范德華引力是弱鍵，但數(shù)量大且具有加合性，對維持蛋白質(zhì)的三、四級結(jié)構(gòu)起一定作用。蛋白質(zhì)分子中離子鍵的數(shù)量較少，主要在側(cè)鏈起作用，參與維持蛋白質(zhì)三、四級結(jié)構(gòu)。另外，蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵（共價鍵）在穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象中也起重要作用。穩(wěn)定蛋白質(zhì)高級結(jié)構(gòu)的作用力

疏水作用

疏水作用是指在水介質(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。疏水作用是疏水基團或疏水側(cè)鏈出于避開水的需要而被迫接近。往往位于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，對維系蛋白質(zhì)的三、四級結(jié)構(gòu)起主要作用。龍蝦素（含鋅的內(nèi)肽酶）半胱氨酸蛋白酶抑制劑

一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)

1.定義——1969年，國際純化學與應(yīng)用化學委員會（IUPAC）規(guī)定：多肽鏈中氨基酸的排列順序稱為蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。包含下述內(nèi)容：①蛋白質(zhì)分子的多肽鏈數(shù)目；②每條肽鏈中氨基酸殘基的種類、數(shù)目、排列次序；③鏈內(nèi)和鏈間二硫鍵的位置和數(shù)目。以胰島素(insulin)為例1）由A、B兩條鏈組成，（A鏈：21AA,B鏈：30AA）共計51個氨基酸殘基,Mr=57342）兩條鏈由兩個鏈間二硫鍵（A7-B7,A20-B19)連接，A鏈本身第6位和第11位的2個Cys殘基之間形成一個鏈內(nèi)二硫鍵。胰島素是動物胰臟β細胞分泌的一種分子量較小的激素蛋白，主要功能是降低體內(nèi)血糖含量。英國Sanger等人于1953年首先完成了胰島素一級結(jié)構(gòu)的測定工作。1958年獲得諾貝爾化學獎

牛胰核糖核酸酶（RNase）

一條多肽鏈，124AA殘基組成，四個鏈內(nèi)二硫鍵，分子量12600。它是測出一級結(jié)構(gòu)的第一個酶分子。

2.蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的測定蛋白質(zhì)氨基酸順序的測定是蛋白質(zhì)化學研究的基礎(chǔ)。自從1953年F.Sanger測定了胰島素的一級結(jié)構(gòu)以來，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。

蛋白質(zhì)測序的基本策略(1)直接法（測蛋白質(zhì)的序列）

理想方法是從N端直接測至C端，但目前一次只能測幾十個氨基酸的長度。所以必須將多肽鏈降解成較小的肽段,然后分離,測每一個肽段的的氨基酸序列.

(2)間接法（測核酸序列推斷氨基酸序列）a、樣品必需純（>97%以上）；b、測定蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量。（用于估算氨基酸殘基數(shù)從而估計序列測定工作量的大?。y定蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)前的要求

分子質(zhì)量測定的要求并不高，目前用物理化學方法測出的分子質(zhì)量，誤差在10%左右就足夠了。常用測定方法有：①凝膠過濾法；②SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳法；③沉降分析法等1、凝膠過濾法原理：根據(jù)蛋白質(zhì)的分子量的大小分離，在一定范圍內(nèi)蛋白質(zhì)的分子量的對數(shù)和洗脫體積之間成線性關(guān)系。Ve/Vo分子量對數(shù)SDS法測定分子量1)支持介質(zhì)聚丙烯酰胺(PAGE)－丙烯酰胺為單體，N，N－亞甲基雙丙烯酰胺作為交聯(lián)劑聚合而成的具網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠；在聚丙烯酰胺凝膠系統(tǒng)中，加入一定量的十二烷基硫酸鈉（SDS），使蛋白樣品與SDS結(jié)合形成帶負電荷的復合物，由于復合物分子量的不同，在電泳中反應(yīng)出不同的遷移率。根據(jù)標準樣品在該系統(tǒng)電泳中所作出的標準曲線，推算出被測蛋白樣品分子量的近似值。相對遷移率mR=樣品遷移距離（cm）/染料遷移距離（cm）點樣孔染料遷移距離樣品遷移距離㏒Mr=－b·mR+KMr為蛋白質(zhì)分子量mR為相對遷移率b為斜率K為截距。沉降速度法一級結(jié)構(gòu)測定步驟（1）

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目

（2）拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈（3）斷裂多肽鏈內(nèi)的二硫鍵

（4）

測定多肽鏈的氨基酸組成

（5）

分析多肽鏈的N末端和C末端（6）多肽鏈部分裂解成肽段

（7）測定各個肽段的氨基酸順序

（8）確定肽段在多肽鏈中的順序

（9）確定多肽鏈中二硫鍵的位置一級結(jié)構(gòu)測定步驟根據(jù)N末端或C末端殘基摩爾數(shù)和蛋白質(zhì)摩爾數(shù)（根據(jù)分子質(zhì)量計算）確定（1）

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目

（2）拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈（3）斷裂多肽鏈內(nèi)的二硫鍵

（4）

測定多肽鏈的氨基酸組成

（5）

分析多肽鏈的N末端和C末端（6）多肽鏈部分裂解成肽段

（7）測定各個肽段的氨基酸順序

（8）確定肽段在多肽鏈中的順序

（9）確定多肽鏈中二硫鍵的位置（2）拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈測定步驟ssHCOOOHSO3HSO3H多肽鏈之間有兩種結(jié)合方式：

⑴非共價鍵結(jié)合：8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍⑵二硫鍵結(jié)合:

a.過甲酸氧化

b.β巰基乙醇還原：可在8mol/L尿素或6mol/L鹽酸胍存在下，用過量的-巰基乙醇處理,使二硫鍵還原為巰基，然后用烷基化試劑（ICH2COOH）保護生成的巰基，以防止它重新被氧化。（3）斷裂多肽鏈內(nèi)的二硫鍵胰島素

-巰基乙醇碘乙酸（4）

測定多肽鏈的氨基酸組成測定步驟完全水解，測定每種氨基酸的含量，根據(jù)蛋白質(zhì)分子質(zhì)量，可以算出蛋白質(zhì)的氨基酸組成（每摩爾蛋白質(zhì)中含氨基酸殘基的摩爾數(shù)）,以便選擇用何種方法裂解蛋白質(zhì)。酸水解：6mol/L的鹽酸或4mol/L的硫酸在105-110℃條件下進行水解，反應(yīng)時間約10－24小時。缺點是Trp被沸酸完全破壞；含有羥基的氨基酸如Ser、Thr、Tyr有一小部分被分解；Asn、Gln側(cè)鏈的酰胺基被水解成了羧基。堿水解：用5mol/L氫氧化鈉煮沸20小時。該法的優(yōu)點是色氨酸(Trp)在水解中不受破壞。酶解：胰蛋白酶、糜蛋白酶、胃蛋白酶、嗜熱菌蛋白酶。（5）

分析多肽鏈的N末端和C末端測定步驟N-末端殘基:2,4-二硝基氟苯法丹磺酰氯法苯異硫氰酸酯法氨肽酶法C-末端殘基：肼解法羧肽酶法1、N端分析（氨基末端分析）①二硝基氟苯（FDNB）法FDNB②Edman降解法（苯異硫氰酸酯法）③丹磺酰氯（DNS-Cl）法乙酸乙酯抽提色譜鑒定④氨肽酶法氨肽酶是一種肽鏈外切酶，它能從多肽鏈的N-端逐個向里水解。根據(jù)不同的反應(yīng)時間測出酶水解所釋放出的AA種類和數(shù)量，按反應(yīng)時間和氨基酸殘基釋放量作動力學曲線，從而知道PrN-末端殘基順序。最常用為亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸殘基為N-末端的肽鍵速度最大。NH2－Phe－Glu－Leu…………..氨肽酶法測定N端的氨基酸2、C-末端分析（羧基末端分析）①肼解法苯甲醛不溶于水DNFBDNFB-AA色譜分析鑒定水相②羧肽酶法NH2－Phe－Glu－Leu…………..COOH－Phe－Glu－Leu…………..~Leu－Glu－Phe－COOH羧肽酶的種類：羧肽酶A羧肽酶B~Leu－Pro－Lys(ArgorPro)－COOH不能切割不能切割~Leu－Pro－Lys(Arg)－COOH能切割小結(jié):蛋白質(zhì)的末端分析（N、C端）N末端分析二硝基氟苯（FDNB）法Edman降解法丹磺酰氯（DNS-Cl）法氨肽酶法C末端分析肼解法羧肽酶測定步驟（6）多肽鏈斷裂成多個肽段

可采用兩種或多種不同的斷裂方法將多肽樣品斷裂成兩套或多套肽段或肽碎片，并將其分離開來。A1A2A3A4B1B2B3

酶解法:胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜熱菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶多肽鏈的選擇性降解

化學法：溴化氰，羥胺Trypsinase

：R1=Lys和Arg側(cè)鏈（專一性較強，水解速度快）。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點胰蛋白酶或胰凝乳蛋白酶（Chymotrypsin）：R1=Phe,Trp,Tyr;Leu，Met和His水解稍慢。R2=Pro水解受抑。肽鏈水解位點糜蛋白酶Pepsin：R1和R2＝Phe,Trp,Tyr;Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度較快。R1=Pro水解受抑。肽鏈水解位點胃蛋白酶thermolysin：R2=Phe,Trp,Tyr;Leu，Ile,Met以及其它疏水性強的氨基酸水解速度較快。R2=Pro或Gly水解受抑。肽鏈水解位點嗜熱菌蛋白酶分別從肽鏈羧基端和氨基端水解肽鏈水解位點羧肽酶和氨肽酶谷氨酸蛋白酶：R1=Glu、Asp(磷酸緩沖液)R1=Glu(磷酸緩沖液或醋酸緩沖液)精氨酸蛋白酶：R1=Arg肽鏈水解位點谷氨酸蛋白酶和精氨酸蛋白酶

化學法：可獲得較大的肽段溴化氰(Cyanogenbromide)水解法，它能選擇性地切割由甲硫氨酸的羧基所形成的肽鍵。

羥胺（NH2OH）：專一性斷裂-Asn-Gly-之間的肽鍵。也能部分裂解-Asn-Leu-之間的肽鍵以及-Asn-Ala-之間的肽鍵。一級結(jié)構(gòu)測定步驟Edman法（1）

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目

（2）拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈（3）斷裂多肽鏈內(nèi)的二硫鍵

（4）

測定多肽鏈的氨基酸組成

（5）

分析多肽鏈的N末端和C末端（6）多肽鏈部分裂解成肽段

（7）測定各個肽段的氨基酸順序

（8）確定肽段在多肽鏈中的順序

（9）確定多肽鏈中二硫鍵的位置蛋白質(zhì)測序方法氨基酸序列分析儀-化學測序（Edman反應(yīng)原理）酶降解法（氨肽酶、羧肽酶）質(zhì)譜法（MS）—

首先修飾肽鏈中的極性基團，如氨基的乙?；ù姿狒?、OH、COOH等的甲基化（CH3I）。經(jīng)質(zhì)譜儀獲得蛋白質(zhì)的氣相離子

MS/MS測序一般在25AA左右

適于微量多肽<10-12mol根據(jù)核苷酸序列推定法

用待測蛋白作抗原免疫動物獲得抗體，用抗體沉淀合成此蛋白的核糖體，從中分離mRNAcDNA推測蛋白質(zhì)序列電噴射電離

利用兩套或多套肽段的氨基酸順序彼此間的交錯重疊（跨切口重疊），拼湊出整條多肽鏈的氨基酸順序。一級結(jié)構(gòu)測定步驟（1）

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目

（2）拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈（3）斷裂多肽鏈內(nèi)的二硫鍵

（4）

測定多肽鏈的氨基酸組成

（5）

分析多肽鏈的N末端和C末端（6）多肽鏈部分裂解成肽段

（7）測定各個肽段的氨基酸順序

（8）確定肽段在多肽鏈中的順序

（9）確定多肽鏈中二硫鍵的位置A法水解得到四個小肽：

A1Ala-PheA2Gly-Lys-Asn-TyrA3Arg-TyrA4His-Val重疊結(jié)構(gòu)拼湊情況：A1Ala-PheB1Ala-Phe-Gly-LysA2Gly-Lys-Asn-TyrB2Asn-Tyr-ArgA3Arg-TyrB3Tyr-His-ValA4His-ValB法水解得到3個小肽：

B1Ala-Phe-Gly-LysB2Asn-Tyr-ArgB3Tyr-His-Val一級結(jié)構(gòu)測定步驟（1）

測定蛋白質(zhì)分子中多肽鏈的數(shù)目

（2）拆分蛋白質(zhì)分子中的多肽鏈（3）斷裂多肽鏈內(nèi)的二硫鍵

（4）

測定多肽鏈的氨基酸組成

（5）

分析多肽鏈的N末端和C末端（6）多肽鏈部分裂解成肽段

（7）測定各個肽段的氨基酸順序

（8）確定肽段在多肽鏈中的順序

（9）確定多肽鏈中二硫鍵的位置一般采用胃蛋白酶處理含有二硫鍵的多肽鏈(切點多；酸性環(huán)境下防止二硫鍵發(fā)生交換)。將所得的肽段利用Brown及Hartlay的對角線電泳技術(shù)進行分離。然后同其它方法分析的肽段進行比較，確定二硫鍵的位置。+-+-第二向第一向abBrown和Hartlay對角線電泳圖解pH6.5圖中a、b兩個斑點是由一個二硫鍵斷裂產(chǎn)生的肽段3、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)測序的意義判斷蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)洞悉蛋白質(zhì)功能有助于疾病診斷與治療蛋白質(zhì)具有一條或數(shù)條多肽鏈,但并不是松散的。而是在三維空間上有特定的走向和排布，即有特定的空間結(jié)構(gòu)（三維結(jié)構(gòu)），這種空間結(jié)構(gòu)就是蛋白質(zhì)的構(gòu)象。

二、蛋白質(zhì)的構(gòu)象二、蛋白質(zhì)的構(gòu)象（一）構(gòu)型與構(gòu)象1.構(gòu)型：是指不對稱碳原子上相連的各原子或取代基團的空間排布。構(gòu)型的轉(zhuǎn)變必定伴隨著共價鍵的斷裂和重組。2.構(gòu)象：指相同構(gòu)型的化合物中，與碳原子相連的各原子或取代基團在單鍵旋轉(zhuǎn)時形成的相對空間排布。構(gòu)象的改變不需要共價鍵的斷裂。二、蛋白質(zhì)的構(gòu)象（二）蛋白質(zhì)的構(gòu)象

蛋白質(zhì)的構(gòu)象即蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)，是指在一級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，蛋白質(zhì)分子的多肽鏈按一定方式折疊、盤繞或組裝成特有的空間結(jié)構(gòu)。

肽鍵（peptidebond）肽鍵的特點是氮原子上的孤對電子與羰基具有明顯的共軛作用。肽鍵中的C-N鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)。在大多數(shù)情況下，以反式結(jié)構(gòu)存在。組成肽鍵的原子處于同一平面。C=N

0.127nm鍵長=0.132nmC-N

0.148nm肽平面：構(gòu)成肽鍵的四個原子（C、O、N、H）和與之相連的兩個α碳原子都處在同一個平面內(nèi)，此剛性結(jié)構(gòu)的平面稱肽平面或酰氨平面。相鄰的肽平面構(gòu)成二面角酰胺平面與α-碳原子的二面角（φ和ψ

）

二面角

兩相鄰酰胺平面之間，能以共同的Cα為定點而旋轉(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。完全伸展的多肽主鏈構(gòu)象α-碳原子酰胺平面Φ=1800，ψ=1800Φ=00，ψ=00的多肽主鏈構(gòu)象酰胺平面Φ=00，ψ=00側(cè)鏈非鍵合原子接觸半徑

從理論上講，蛋白質(zhì)中的所有Cα-C和Cα-N單鍵都能自由旋轉(zhuǎn)而形成無數(shù)構(gòu)象，但天然蛋白質(zhì)分子中只存在少數(shù)構(gòu)象，其原因是：

1、肽平面只能以Cα為頂點旋轉(zhuǎn)；

2、分子中的原子以反式排列最為穩(wěn)定；

3、R側(cè)鏈基團的空間位阻效應(yīng)。三、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級(Secondary)結(jié)構(gòu)是指肽鏈的主鏈在空間的排列,或規(guī)則的幾何走向、旋轉(zhuǎn)及折疊。它只涉及肽鏈主鏈的構(gòu)象及鏈內(nèi)或鏈間形成的氫鍵。主要有-螺旋、-折疊、-轉(zhuǎn)角、無規(guī)則卷曲。維系蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的力：氫鍵α-螺旋結(jié)構(gòu)是Pauling等人1951年提出的。二面角：Φ=-57°Ψ=-47°是蛋白質(zhì)中最常見、含量最豐富的二級結(jié)構(gòu)，在球狀及纖維狀蛋白質(zhì)中廣泛存在。1、α-螺旋（α－h(huán)elix）特征：1、每隔3.6個AA殘基螺旋上升一圈，螺距0.54nm;兩個氨基酸之間的距離為0.15nm;2、螺旋體中所有氨基酸殘基R側(cè)鏈都伸向外側(cè)，鏈中的全部>C=O和>N-H幾乎都平行于螺旋軸;3、每個氨基酸殘基的>N-H與前面第四個氨基酸殘基的>C=O形成氫鍵，肽鏈上所有的肽鍵都參與氫鍵的形成。

4、多肽鏈中存在脯氨酸時，α-螺旋中斷，并產(chǎn)生一個“結(jié)節(jié)”

（1）

α－螺旋（α－h(huán)elix）CHCH2CH2CH2=-57、=-48形成因素：與ＡＡ組成和排列順序直接相關(guān)。多態(tài)性：多數(shù)為右手（較穩(wěn)定），亦有少數(shù)左手螺旋存在（不穩(wěn)定）；存在尺寸不同的螺旋。

常用3.613-螺旋代表α-螺旋，3.6指每圈螺旋包括3.6個氨基酸殘基，13表示氫鍵封閉的環(huán)內(nèi)含有13個原子。其它螺旋形式：310-螺旋和π-螺旋（4.416—螺旋）right-handedhelixleft-handedhelixR側(cè)鏈對α-螺旋的影響:

R側(cè)鏈的大小和帶電性決定了能否形成α-螺旋以及形成的α-螺旋的穩(wěn)定性。

①

多肽鏈上連續(xù)出現(xiàn)帶同種電荷基團的氨基酸

殘基，則由于靜電排斥，不能形成鏈內(nèi)氫鍵，從而不能形成穩(wěn)定的α-螺旋。②

Gly的Φ角和Ψ角可取較大范圍，在肽中連續(xù)存在時，使形成α-螺旋所需的二面角的機率很小，不易形成α-螺旋。③

R基大（如Ile）不易形成α-螺旋

④

Pro中止α-螺旋。

⑤

R基較小，且不帶電荷的氨基酸利于α-螺旋的形成。

（2）-折疊

-pleatedsheet也是1951年P(guān)auling等人提出的。β-折疊片的特點：多肽鏈主鏈處于較伸展的曲折形式（鋸齒狀），相鄰肽鏈之間或同一肽鏈的不同肽段借助氫鍵彼此連成片狀結(jié)構(gòu)（主鏈的N－H和C=0之間形成氫鍵）。氫鍵與肽鏈的長軸接近垂直。側(cè)鏈R基交替地分布在片層平面的兩側(cè)。-折疊有兩種類型。一種為平行式，即所有肽鏈的N-端都在同一邊。另一種為反平行式，即相鄰兩條肽鏈的方向相反。反平行的重復周期（肽鏈同側(cè)兩個相鄰的同一基團之間的距離）為0.7nm，平行的為0.65nm。（2）-折疊-折疊存在于球狀及纖維狀蛋白質(zhì)（-角蛋白）中。NNN平行式反平行式CNN（3）-轉(zhuǎn)角

-turn在-轉(zhuǎn)角部分，由四個氨基酸殘基組成;彎曲處的第一個氨基酸殘基的-C=O和第四個殘基的–N-H之間形成氫鍵，形成一個穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)主要存在于球狀蛋白分子表面。（4）無規(guī)則卷曲

沒有一定規(guī)律的自由盤曲，往往是酶的結(jié)合部位。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)卷曲示例：纖維狀蛋白角蛋白膠原蛋白-角蛋白（頭發(fā)）-角蛋白（絲心）彈性蛋白

一根毛發(fā)周圍是一層鱗狀細胞(scaIecell)，中間為皮層細胞(corticalcelI)。皮層細胞橫截面直徑約為20m。在這些細胞中，大纖維沿軸向排列。所以一根毛發(fā)具有高度有序的結(jié)構(gòu)。毛發(fā)性能就決定于—螺旋結(jié)構(gòu)以及這樣的組織方式?！堑鞍资敲l(fā)的主要蛋白三股右手螺旋向左纏繞原纖維9+2電纜式排列成微原纖維（8nm）聚合成大纖維毛發(fā)的結(jié)構(gòu)單元卷發(fā)(燙發(fā))的生物化學基礎(chǔ)永久性卷發(fā)(燙發(fā))是一項生物化學工程(biochemicalengineering),—角蛋白在濕熱條件下可以伸展轉(zhuǎn)變?yōu)椤獦?gòu)象，但在冷卻干燥時又可自發(fā)地恢復原狀。這是因為—角蛋白的側(cè)鏈R基一般都比較大，不適于處在—構(gòu)象狀態(tài)，此外—角蛋白中的螺旋多肽鏈間有著很多的二硫鍵交聯(lián)，這些交聯(lián)鍵也是當外力解除后使肽鏈恢復原狀(—螺旋構(gòu)象)的重要力量。這就是卷發(fā)行業(yè)的生化基礎(chǔ)。絲心蛋白(fibroin)：這是蠶絲和蜘蛛絲的一種蛋白質(zhì)。絲心蛋白具有抗張強度高，質(zhì)地柔軟的特性，但不能拉伸。絲心蛋白是典型的反平行式-折疊片，多肽鏈取鋸齒狀折疊構(gòu)象。天然的-角蛋白除了絲心蛋白外，還在大多數(shù)鳥類、爬行動物的羽毛、皮膚、爪及鱗片中存在。有大側(cè)鏈的AA存在，處于無規(guī)則區(qū)域，增加了伸展度。四、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域1、超二級結(jié)構(gòu)：是指蛋白質(zhì)中相鄰的二級結(jié)構(gòu)單元組合在一起，形成有規(guī)則的、在空間上能辨認的二級結(jié)構(gòu)組合體。已知的超二級結(jié)構(gòu)有三種基本組合形式：αα、βXβ

和βββ。超二級結(jié)構(gòu)（作為纖維狀蛋白的主要結(jié)構(gòu)元件）

Rossman折疊

（

-螺旋束）-meanderGreekkeytopologyrare(回形拓撲結(jié)構(gòu))(–曲折)-hairpin(-發(fā)夾)四、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域2、結(jié)構(gòu)域：多肽鏈在二級結(jié)構(gòu)或超二級結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進一步卷曲折疊形成幾個相對獨立、近似球形的三維實體。超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域是組成蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)域這一折疊層次的出現(xiàn)不是偶然的具有結(jié)構(gòu)上的意義具有功能上的意義結(jié)構(gòu)域是在大的蛋白質(zhì)分子內(nèi)部所形成的兩個或多個在空間上可以明顯區(qū)分的局部區(qū)域。

結(jié)構(gòu)域具有獨特的空間構(gòu)象；與分子整體以共價鍵相連；并承擔特定的生物學功能；一個蛋白質(zhì)分子中結(jié)構(gòu)域之間可以相同或不同。丙酮酸激酶結(jié)構(gòu)域4α/β結(jié)構(gòu)域

3-P-甘油醛脫氫酶結(jié)構(gòu)域2α+β結(jié)構(gòu)域木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域1無規(guī)則卷曲+α-螺旋結(jié)構(gòu)域木瓜蛋白酶結(jié)構(gòu)域2無規(guī)則卷曲+β-回折結(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2五．蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(TertiaryStructure)是指在二級結(jié)構(gòu)、超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域基礎(chǔ)上，肽鏈的不同區(qū)段側(cè)鏈基團相互作用在空間進一步盤繞、折疊形成的包括主鏈和側(cè)鏈構(gòu)象在內(nèi)的特征三維結(jié)構(gòu)。維系這種特定結(jié)構(gòu)的力主要有二硫鍵、氫鍵、疏水鍵（疏水作用）、離子鍵和范德華力等。尤其是疏水鍵，在蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)中起著重要作用。肌紅蛋白的三級結(jié)構(gòu)哺乳動物肌肉中儲存氧和運輸氧的結(jié)構(gòu)蛋白由一條多肽鏈組成，含153個氨基酸殘基，球狀分子，有一個血紅素輔基。全鏈折疊成八段α-螺旋，整個分子呈一種外圓中空結(jié)構(gòu)，血紅素輔基埋在中間。具有極性的氨基酸側(cè)鏈分布在分子外部，疏水基團藏在分子內(nèi)部，因此肌紅蛋白是水溶性的。1963年，Kendrew；肌紅蛋白X晶體分析分三個階段完成：

X-射線結(jié)晶學分析的三個階段(揭示原子空間位置)：在3mol/L的硫酸銨沉淀得到結(jié)晶體。

1957，分辨率0.6nm多肽主鏈的折疊和走向

1959，分辨率0.2nm可以辨認分子的側(cè)鏈基團

1962，分辨率0.14nm識別所有的氨基酸固定血紅素輔基；保護血紅素鐵Fe(Ⅱ)免遭氧化（分子內(nèi)部的疏水環(huán)境）；通常情況下,氧使二價鐵氧化;血紅素單獨也使其氧化；在肌紅蛋白分子內(nèi)部,不易被氧化,由于當結(jié)合氧時發(fā)生暫時性電子重排,氧被釋放后鐵仍處于亞鐵態(tài),能與另一氧分子結(jié)合.為O2提供一個合適的結(jié)合部位肌紅蛋白和血紅蛋白在進化中形成的多肽微環(huán)境的作用：

蛋白質(zhì)不能直接與氧發(fā)生可逆結(jié)合過渡金屬的低氧態(tài)（特別是Fe2+和Cu+）具有很強的結(jié)合氧的傾向肌紅蛋白和血紅蛋白選擇了Fe2+作為氧結(jié)合部位鐵原子可以是亞鐵或高鐵氧化態(tài)。只有亞鐵態(tài)的蛋白質(zhì)才能結(jié)合O2。某些節(jié)肢動物的血藍蛋白中結(jié)合氧的是Cu+血紅素輔基血紅素輔基位于一個疏水洞穴中，這樣可避免其亞鐵離子被氧化。亞鐵離子與卟啉形成4個配位鍵，第五個配位鍵與93位His結(jié)合，空余的一個配位鍵可與氧可逆結(jié)合。六、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)(QuaternaryStructure)是指由多條各自具有一、二、三級結(jié)構(gòu)的肽鏈通過非共價鍵連接起來的結(jié)構(gòu)形式；各個亞基在這些蛋白質(zhì)中的空間排列方式及亞基之間的相互作用關(guān)系。這種蛋白質(zhì)分子中，最小的單位通常稱為亞基或亞單位Subunit，它一般由一條肽鏈構(gòu)成，但有的亞基由兩條或多條多肽鏈組成，這些多肽鏈間多以二硫鍵相連。亞基單獨存在時無生物學活性。維持亞基之間的化學鍵主要是疏水作用。由2個或多個亞基聚集而成的蛋白質(zhì)常常稱為寡聚蛋白。由1條肽鏈組成僅具有三級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)稱為單體蛋白。維持蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)的作用力同三級結(jié)構(gòu)。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)：血液中運輸O2和CO2的功能，血紅蛋白還能和H+結(jié)合，從而可以維持體內(nèi)pH。由四個亞基組成的多聚體（α2β2），分子量65000α鏈由141個AA殘基組成，β鏈由146個AA殘基組成。每一亞基三級結(jié)構(gòu)與肌紅蛋白相似。人在不同的發(fā)育階段血紅蛋白的種類不同，

成人：HbA：α2β298%，

HbA2：α2δ22%

胎兒：HbFα2γ2當一個亞基與氧結(jié)合后，會引起四級結(jié)構(gòu)的變化，使其它亞基對氧的親和力增加，結(jié)合加快。反之，一個亞基與氧分離后，其它亞基也易于解離。這有利于運輸氧。

別構(gòu)蛋白：蛋白質(zhì)分子中不止有一個配基的結(jié)合部位（活性部位），還有別的配基的結(jié)合部位（別構(gòu)部位）。別構(gòu)蛋白都有別構(gòu)效應(yīng)。別構(gòu)效應(yīng)：蛋白質(zhì)與配基結(jié)合后改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，進而改變蛋白質(zhì)的生物活性的現(xiàn)象。別構(gòu)蛋白的結(jié)構(gòu)特點都是寡聚蛋白質(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