第02章蛋白質(zhì)2課件

第二章蛋白質(zhì)化學(xué)第二部分蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有多種結(jié)構(gòu)層次，包括一級結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)，空間結(jié)構(gòu)又稱為構(gòu)象?？臻g結(jié)構(gòu)包括二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)。在二級與三級之間還存在超二級結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)域這兩個結(jié)構(gòu)層次。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)定義：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)（Primarystructure）又稱為共價結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)。它是蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序，包括二硫鍵的定位。特點(diǎn)：分子呈鏈狀結(jié)構(gòu)主要的化學(xué)鍵：肽鍵和二硫鍵§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)（一）肽鍵與肽鏈(重點(diǎn))肽鍵：一個氨基酸的α-COOH和相鄰的另一個氨基酸的α-NH2脫水形成共價鍵。氨基酸借肽鍵連成長鏈，稱為肽鏈（peptide），肽鏈兩端有自由-NH2和-COOH，自由-NH2端稱為N-末端（氨基末端），自由-COOH端稱為C-末端（羧基末端）；構(gòu)成肽鏈的氨基酸已殘缺不全，稱為氨基酸殘基；肽鏈中的氨基酸的排列順序，一般-NH2端開始，由N指向C，即多肽鏈有方向性，N端為頭，C端為尾。肽的有關(guān)重要概念N端/氨基末端C端/羧基末端肽鍵和肽的結(jié)構(gòu)4）肽鏈空間構(gòu)象的基本結(jié)構(gòu)單位為肽平面或肽單位。所謂的肽平面是指肽鏈中從一個Cα原子到另一個Cα原子之間的結(jié)構(gòu)，共包含6個原子（Cα、C、O、N、H、Cα），它們在空間共處于同一個平面。(二)生物體內(nèi)幾種常見的多肽1、肌肽（二肽）和腦啡肽（五肽）：緩沖劑和鎮(zhèn)痛。2、谷胱甘肽（GSH）：由Glu，Cys，Gly組成

功能：(1)參與生物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)。

(2)保護(hù)硫基酶的作用

(3)防止過氧化物積累的作用§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)FSanger,EOPThompson.BiochemJ,53(1953)353-366.§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)FrederickSanger獲得過兩次Nobel化學(xué)獎，分別是1960年測定蛋白質(zhì)[胰島素(insulin)的一級結(jié)構(gòu)和1980年測定DNA的一級結(jié)構(gòu)§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)F.SangerFrederickSangerFrederickSanger構(gòu)型：手性碳原子所連接的四個不同的原子或原子團(tuán)在空間的兩種不同的排布方式：即D型和L型。構(gòu)型的改變涉及共價鍵的破壞和形成，與氫鍵無關(guān)。構(gòu)象：由幾個碳原子組成的分子,因一些單鍵的旋轉(zhuǎn)而形成的不同碳原子上各取代基團(tuán)或原子的空間排列。構(gòu)象的改變不涉及共價鍵的破壞，僅是單鍵的旋轉(zhuǎn),但與氫鍵及其它次級鍵的破壞形成有關(guān)。(一)構(gòu)型和構(gòu)象二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)(二)蛋白質(zhì)的構(gòu)象變化的分子基礎(chǔ)

1.維持蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的作用力(重點(diǎn))——次級鍵

氫鍵、疏水作用、離子鍵、范德華力、配位鍵

2.構(gòu)象變化還與肽平面有關(guān)(三)蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)(重點(diǎn))：蛋白質(zhì)主鏈某些肽段，借助氫鍵沿著某個軸盤繞折疊，形成有周期性的構(gòu)象主要有：α-螺旋(α-helix)，β-折疊(β-pleateclsheet)，β-轉(zhuǎn)角(β-turn)，無規(guī)則卷曲(nonregularcoil)。本課主要介紹α-螺旋和β-折疊?！?.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)1、α-螺旋(α-helix)§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)α-螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)(重點(diǎn))：每個AA殘基的-NH和位于其前面第四個aa殘基的C=O形成氫鍵繞中心軸螺旋，每圈周期3.6aa，0.54nm。100o/aa，0.15nm/aa殘基側(cè)鏈向外做輻射狀排列大多位右手，也有左手(極少)遇到Pro時，自然中斷形成的一個結(jié)節(jié)(kink)?！?.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)PaulingandCoreywiththeirmodelofthealphahelix,1951.§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)The1954NobelPrizeinChemistry/The1962NobelPeacePrizeLinusPauling

(1901-1994)2、β-折疊(β-pleatedsheet):若干條肽鏈或一條肽鏈的若干肽段通過氫鍵結(jié)合形成的平行或反平行鋸齒狀片層結(jié)構(gòu)。§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)β-折疊結(jié)構(gòu)要點(diǎn)特征(重點(diǎn))：主鏈平行或反平行的方式排列在一起，依賴-C=O和-NH形成氫鍵

構(gòu)象呈鋸齒狀排列

氫鍵垂直于中心軸

R基團(tuán)交替位于片層的上，下方。側(cè)鏈向外，形成疏水環(huán)境。3、超二級結(jié)構(gòu)(重點(diǎn))

(supersecondarystructure)：

蛋白質(zhì)中幾個相鄰的（不一定是一級結(jié)構(gòu)上鄰近的）二級結(jié)構(gòu)單位組合在一起，形成有規(guī)則的在空間上能辨認(rèn)的二級結(jié)構(gòu)組合體αα：

兩個α-helix彼此纏繞形成的，主要存在α-角蛋白中。βXβ：

X可以是α-helix或無規(guī)則卷曲(nonregularcoil），主要存在與一些酶當(dāng)中。βββ：三條或更多反平行式β-轉(zhuǎn)角或其他肽段連接而成主要存在一些酶和抗體中。§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)aa§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)bCDβ發(fā)夾、β曲折β折疊桶

4、結(jié)構(gòu)域(重點(diǎn))（structuraldomain）：在二級結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，多肽鏈進(jìn)一步卷曲折疊形成點(diǎn)一個相對獨(dú)立，近似球形的組裝體。結(jié)構(gòu)域特點(diǎn)：對某些較小分子來說，結(jié)構(gòu)域就是三級結(jié)構(gòu)（只有一個結(jié)構(gòu)域）往往是活性中心，如酶與抗體?！?.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)§2.3蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)(重點(diǎn))特征：三級結(jié)構(gòu)是針對整條肽鏈而言。對某些較小的分子來說。三級結(jié)構(gòu)就只包含一個結(jié)構(gòu)域。概念：一條多肽鏈在二級.超二級.結(jié)構(gòu)域基礎(chǔ)上，整條肽鏈進(jìn)一步盤繞，折疊形成的特定構(gòu)象。概念：由兩條或兩條以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽聚合而成有特定三維的蛋白質(zhì)構(gòu)象，如血紅蛋白。每一條多肽鏈稱為一個亞基（subunit）四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)

(重點(diǎn))一級結(jié)構(gòu)描述的是一條肽鏈的氨基酸的排列情況。二級結(jié)構(gòu)和超二級結(jié)構(gòu)都是一個局部的概念，描述的是肽鏈上某個局部區(qū)域肽鏈的折疊情況。結(jié)構(gòu)域介于局部與整體之間，對于某些短小的只有一個結(jié)構(gòu)域的肽鏈而言是整體的；而對于大多數(shù)較大的有多個結(jié)構(gòu)域的肽鏈來說，每一個結(jié)構(gòu)域只是一個局部。多個局部構(gòu)成一個整體的肽鏈。五、蛋白質(zhì)各結(jié)構(gòu)層次之間的關(guān)系三級結(jié)構(gòu)是就一條肽鏈的整體而言的。四級結(jié)構(gòu)是多條肽鏈結(jié)合形成的構(gòu)象，并不是每一個蛋白質(zhì)都有四級結(jié)構(gòu)，只有一條肽鏈的蛋白質(zhì)沒有四級結(jié)構(gòu)(如肌紅蛋白就是一個沒有四級結(jié)構(gòu)的單肽鏈蛋白質(zhì))。六、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

(一)一級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.同種功能的蛋白質(zhì)具有相似的一級結(jié)構(gòu)同源蛋白：不同種屬行使同一功能的蛋白質(zhì)。如細(xì)胞色素C，胰島素分子進(jìn)化：不同種屬具有同一功能的同源蛋白質(zhì)，在進(jìn)化上來自相同的祖先，在一級結(jié)構(gòu)上相應(yīng)的氨基酸組成不同，差別越大，其親緣關(guān)系愈遠(yuǎn)，反之，其親緣關(guān)系愈近。這種以特定分子的之間差異表示物種的進(jìn)化過程中親緣遠(yuǎn)近，叫做分子進(jìn)化。Glu

Val2.對于特定的蛋白質(zhì)，一級結(jié)構(gòu)的改變可能會引起功能的巨大變化(二)空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系相同功能、組成相似的蛋白質(zhì)，空間結(jié)構(gòu)很相似。空間結(jié)構(gòu)決定生物功能，只有特定空間結(jié)構(gòu)的蛋白才能行使其生物功能,功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。(三)一級結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系一級結(jié)構(gòu)決定空間結(jié)構(gòu)，并通過空間結(jié)構(gòu)行使生物學(xué)功能(重點(diǎn))ChristianBoehmerAnfinsen(1916-1995),thewinnerofthe1972NobelPrizewithStanfordMooreandWilliamH.Stein124aa變性:在蛋白質(zhì)變性劑（如8mol/L的尿素）和一些還原劑（如巰基乙醇）存在下，酶分子中的二硫鍵全部被還原，酶的空間結(jié)構(gòu)破壞，肽鏈完全伸展，酶的催化活性完全喪失。復(fù)性:當(dāng)用透析的方法除去變性劑和巰基乙醇后，發(fā)現(xiàn)酶大部分活性恢復(fù)，所有的二硫鍵準(zhǔn)確無誤地恢復(fù)原來狀態(tài)。若用其他的方法改變分子中二硫鍵的配對方式，酶完全喪失活性。這個實(shí)驗(yàn)表明，蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定它的空間結(jié)構(gòu)，而特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)具有生物活性的保證。蛋白質(zhì)經(jīng)激活之后才