第2章 氨基酸和蛋白質(zhì)

1、(Amino Acid, AA, Aa, aa)第第2 2章章 氨基酸和蛋白質(zhì)氨基酸和蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子蛋白質(zhì)的構(gòu)件分子Protein Architecture一、氨基酸一、氨基酸（一）（一） 蛋白質(zhì)水解蛋白質(zhì)水解蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵可被催化水解蛋白質(zhì)和多肽的肽鍵可被催化水解酸酸/ /堿堿能將蛋白能將蛋白完全水解完全水解 酶酶水解一般是水解一般是部分水解部分水解得到各種得到各種AA的混合物的混合物得到多肽片段和得到多肽片段和AA的混合物的混合物氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)多肽多肽肽肽AAAA 1*104 1000 200 100 -500雖然存在于自然界中的氨基酸有雖然存在于自然

2、界中的氨基酸有300余種，余種，但組成蛋白質(zhì)的氨基酸僅有但組成蛋白質(zhì)的氨基酸僅有20種，且均屬種，且均屬 L- -氨基酸氨基酸（除甘氨酸外）。（除甘氨酸外）。H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H什么是氨基酸？什么是氨基酸？ -C-C-C-C-COOH-C-C-C-C-COOH -C-C-C-C(NH-C-C-C-C(NH2 2)-COOH -)-COOH -氨基酸氨基酸 -C-C-C(NH-C-C-C(NH2 2)-C-COOH -)-C-COOH -氨基酸氨基酸 -C-C(NH-C-C(NH2 2)-C-C-COOH -)-C-C-COOH -氨基酸

3、氨基酸什么是什么是-氨基酸？氨基酸？什么是什么是L-L-氨基酸？氨基酸？二、氨基酸的分類二、氨基酸的分類（一）常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸（一）常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸氨基酸分類氨基酸分類 按按R-基團(tuán)結(jié)構(gòu)分基團(tuán)結(jié)構(gòu)分 按按R-基團(tuán)極性分基團(tuán)極性分中性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸堿性氨基酸脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸按基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：按基的化學(xué)結(jié)構(gòu)分類：、脂肪族、脂肪族aaaa（）中性（）中性aaaa（2 2）含羥基或硫）含羥基或硫aaaa（）酸性（）酸性aaaa及其酰胺及其酰胺（）堿性（）堿性aaaa、芳香族、芳香族aaaa、雜環(huán)、雜環(huán)aaaa蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)中的L-

4、 -氨基酸依據(jù)極性的分類氨基酸依據(jù)極性的分類類別類別主要氨基酸主要氨基酸非非極極性性脂肪族氨基脂肪族氨基酸酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸芳香族氨基芳香族氨基酸酸苯丙氨酸苯丙氨酸亞氨基酸亞氨基酸脯氨酸脯氨酸極極性性中性氨基酸中性氨基酸甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、甘氨酸、絲氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、酪氨酸、色氨酸酪氨酸、色氨酸酸性氨基酸酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸天冬氨酸、谷氨酸堿性氨基酸堿性氨基酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸賴氨酸、精氨酸、組氨酸（二）不常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸（二）不常見(jiàn)的蛋白質(zhì)氨基酸 由常見(jiàn)

5、由常見(jiàn)aa經(jīng)修飾而來(lái)。經(jīng)修飾而來(lái)。（三）非蛋白質(zhì)氨基酸（三）非蛋白質(zhì)氨基酸 150150多種多種多是蛋白質(zhì)中多是蛋白質(zhì)中L L型型-AA-AA衍生物衍生物有一些是有一些是-，-，-AA-AA有些是有些是D-D-型型AAAA鳥(niǎo)氨酸鳥(niǎo)氨酸瓜氨酸瓜氨酸（一）（一） 氨基酸具有兩性離子特征氨基酸具有兩性離子特征由于所有氨基酸都含有可解離的由于所有氨基酸都含有可解離的 -氨基和氨基和 -羧基，因羧基，因此，氨基酸溶解在水中是一種此，氨基酸溶解在水中是一種偶極離子（偶極離子（dipolar ion），），又稱又稱兩性離子（兩性離子（zwitterion）。其解離程度取決于所處溶液。其解離程度取決于所處溶液

6、的酸堿度。的酸堿度。在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和的溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時(shí)溶液的性。此時(shí)溶液的pH值值稱為該氨基酸的稱為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。等電點(diǎn)等電點(diǎn) (isoelectric point, pI)三、氨基酸的酸堿性三、氨基酸的酸堿性pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性離子氨基酸的兼性離子 陽(yáng)離子陽(yáng)離子陰離子陰離子CHNH2COOHR CHNH2COOHRCHNH3+COO-R CHNH3+COO-RCHNH2COO-R CHNH2COO-RC

7、H COOHRNH3+CH COOHRNH3+氨基酸具有特征性的滴定曲線氨基酸具有特征性的滴定曲線甘氨酸滴定曲線甘氨酸滴定曲線+NH3CH2COO-NH2CH2COO-+NH3CH2COOH+ NH3CH2COO-高級(jí)結(jié)構(gòu)高級(jí)結(jié)構(gòu)或或空間構(gòu)象空間構(gòu)象(conformation)一級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structure)四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)(quaternary structure)四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)四、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)肽和蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)肽和蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)Primary Str

8、ucture of Peptides and Proteins 第一節(jié)第一節(jié)（一）氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成肽（一）氨基酸通過(guò)肽鍵相連形成肽/蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)、肽和蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的多聚、肽和蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的多聚體體肽鍵是由一個(gè)氨基酸的肽鍵是由一個(gè)氨基酸的 -羧基與另一個(gè)氨基酸羧基與另一個(gè)氨基酸的的 -氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。氨基酸通過(guò)氨基酸通過(guò)肽鍵肽鍵(peptide bond) 相互連接而形相互連接而形成多肽和蛋白質(zhì)。成多肽和蛋白質(zhì)。肽肽/蛋白質(zhì)分子中的氨基酸通過(guò)脫水生成的共蛋白質(zhì)分子中的氨基酸通過(guò)脫水生成的共價(jià)鍵被稱為價(jià)鍵被稱為肽鍵肽鍵(peptide

9、bond)，肽鍵是一種酰胺，肽鍵是一種酰胺鍵，具有部分雙鍵的性質(zhì)。鍵，具有部分雙鍵的性質(zhì)。 * * 一分子氨基酸與另一分子氨基酸脫去一分子水縮合成二肽。一分子氨基酸與另一分子氨基酸脫去一分子水縮合成二肽。 * * 二肽通過(guò)肽鍵與另一分子氨基酸縮合生成三肽二肽通過(guò)肽鍵與另一分子氨基酸縮合生成三肽 * 一般來(lái)說(shuō)，由數(shù)個(gè)、十?dāng)?shù)個(gè)氨基酸組成的肽習(xí)慣稱為一般來(lái)說(shuō)，由數(shù)個(gè)、十?dāng)?shù)個(gè)氨基酸組成的肽習(xí)慣稱為寡肽寡肽(oligopeptide)，而很多氨基酸組成的肽稱為，而很多氨基酸組成的肽稱為多肽多肽（polypeptide）。）。通常，多肽分子質(zhì)量通常，多肽分子質(zhì)量10 kD；而；而蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)則則是由一條或

10、多條肽鏈組成的更大分子，但兩者經(jīng)常通用。是由一條或多條肽鏈組成的更大分子，但兩者經(jīng)常通用。 肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為肽鏈中的氨基酸分子因脫水縮合而基團(tuán)不全，被稱為氨基酸殘基氨基酸殘基(residue)。 氨基末端（氨基末端（amino terminal）或）或 N 末端末端：多肽鏈中有多肽鏈中有游離氨基的一端稱游離氨基的一端稱氨基末氨基末端端(amino terminal)或或N-端。端。羧基末端（羧基末端（carboxyl terminal）或）或C 末端：末端：多肽鏈中多肽鏈中有游離羧基的一端稱為有游離羧基的一端稱為羧基羧基末端末端(carboxyl terminal

11、)或或C-端。端。 多肽鏈具有方向性：多肽鏈具有方向性：多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。多肽鏈從氨基末端走向羧基末端。N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH2-CH-CHOOH甘甘氨氨酸酸NH-CH-CHOHO OH甘甘氨氨酸酸+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽鍵NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO肽是根據(jù)由肽是根據(jù)由N-端至端至C-端參與其組成的氨基酸殘基命名的端參與其組成的氨基酸殘基命名的 谷胱甘肽是體內(nèi)重要的還原劑谷胱甘肽是體內(nèi)重要的還原劑 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH

12、)GSH過(guò)氧化過(guò)氧化物酶物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH還原酶還原酶NADPH+H+ NADP+ 二、二、氨基酸殘基的排列順序決定蛋白氨基酸殘基的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)肽鍵（主要化學(xué)鍵）肽鍵（主要化學(xué)鍵）二硫鍵二硫鍵 蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)(primary structure)是指蛋白質(zhì)分子中，從N端到C端的氨基酸排列順序。 形成一級(jí)結(jié)構(gòu)的化學(xué)鍵： O-C-N- 0.132nm H-C=N- 0.127nm-C-N- 0.149nmCN鍵長(zhǎng)比較鍵長(zhǎng)比較:肽鍵性質(zhì)：肽鍵性質(zhì)：1，剛性，不可旋轉(zhuǎn)，剛性，不可旋轉(zhuǎn)2，反式排列，反式排列3，處于同一平面上，與前后，處于同一平

13、面上，與前后 -C構(gòu)成構(gòu)成肽單元肽單元 牛胰島素的空間結(jié)構(gòu)牛胰島素的空間結(jié)構(gòu)二硫鍵二硫鍵一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)一級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)空間構(gòu)象和特異生物學(xué)功能功能的基礎(chǔ)，的基礎(chǔ)，但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的但不是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的唯一因素。唯一因素。 第二節(jié)第二節(jié) 肽、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)肽、蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu)Three Dimentional Structure of Peptides and Proteins蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)(secondary structure)是指組成蛋白質(zhì)的肽鏈的主鏈的是指組成蛋白質(zhì)的肽鏈的主鏈的空間結(jié)構(gòu)，也就是肽鏈主鏈骨架原子的相空間結(jié)構(gòu)，也就是肽

14、鏈主鏈骨架原子的相對(duì)空間位置，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)對(duì)空間位置，不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象。象。一、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì)一、多肽鏈中的局部特殊構(gòu)象是蛋白質(zhì) 的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu) 肽鏈主鏈骨架原子肽鏈主鏈骨架原子包括包括N（氨基氮）、（氨基氮）、C（-碳原子）和碳原子）和CO（羰基碳）（羰基碳）3個(gè)原子個(gè)原子依次重復(fù)排列。依次重復(fù)排列。 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折疊折疊 ( -pleated sheet )-環(huán)環(huán) -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn ) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 ( random coil ) 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要形式：維系二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：維系二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要化學(xué)鍵：

15、氫鍵氫鍵（一）（一）肽鍵是一個(gè)剛性的平面肽鍵是一個(gè)剛性的平面參與肽鍵的參與肽鍵的6個(gè)原子個(gè)原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，位于同一平面，C 1和和C 2在在平面上所處的位置為反式平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，構(gòu)型，此同一平面上的此同一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽肽單元單元 (peptide unit) 。（二）（二） - -螺旋螺旋是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)-螺旋螺旋結(jié)構(gòu)要點(diǎn)結(jié)構(gòu)要點(diǎn) 連續(xù)排列的肽單元平面旋轉(zhuǎn)形成連續(xù)排列的肽單元平面旋轉(zhuǎn)形成面螺旋面螺旋 右手螺旋右手螺旋 酰胺平面與螺旋的長(zhǎng)軸平行酰胺平面與螺旋的長(zhǎng)軸平行 一個(gè)一個(gè)

16、AA0.15nm,每每3.6個(gè)為一圈個(gè)為一圈(0.54nm) 螺旋借助相鄰兩圈之螺旋借助相鄰兩圈之-NH-CO-穩(wěn)定穩(wěn)定 AA的側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)的側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè) AA的大小和電荷可以影響螺旋的形成的大小和電荷可以影響螺旋的形成 -螺旋螺旋常位于蛋白質(zhì)分子表面，親水性較好常位于蛋白質(zhì)分子表面，親水性較好 存在兩性螺旋存在兩性螺旋 存在于血漿脂蛋白、多肽激素、蛋白激酶、肌紅存在于血漿脂蛋白、多肽激素、蛋白激酶、肌紅蛋白、血紅蛋白等球狀蛋白中蛋白、血紅蛋白等球狀蛋白中 毛發(fā)中的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、纖維蛋白幾毛發(fā)中的角蛋白、肌肉的肌球蛋白、纖維蛋白幾乎都是乎都是（三）（三） - -折疊折疊使多肽

17、鏈形成片層結(jié)構(gòu)使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)-折疊折疊 較為伸展,酰胺平面以鋸齒狀排列 兩個(gè)片段可以是平行或反平行 AA間距 平行 0.65nm 反平行 0.70nm 只有片段間氫鍵,無(wú)片段內(nèi)氫鍵 AA的側(cè)鏈伸向鋸齒狀結(jié)構(gòu)的外側(cè) 小側(cè)鏈的AA有利于-折疊的生成 蠶絲蛋白都是-折疊（四）（四） -轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在在蛋白質(zhì)分子中普遍存在 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分無(wú)規(guī)卷曲是用來(lái)闡述沒(méi)有確定規(guī)律性的那部分肽鏈結(jié)構(gòu)。肽鏈結(jié)構(gòu)。 （五）模體（五）模體是蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)的超二級(jí)結(jié)構(gòu)在許多蛋白質(zhì)分子中，在許多蛋白質(zhì)分子中，由幾個(gè)具有二級(jí)結(jié)由幾個(gè)具

18、有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近、相互作用，所構(gòu)的肽段，在空間上相互接近、相互作用，所形成的折疊模樣，稱為形成的折疊模樣，稱為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu)（supersecondary structure），），又稱又稱折疊（折疊（fold）或或模體（模體（motif）。）。 模體模體(motif)： 數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)數(shù)個(gè)至數(shù)十個(gè)AA組成的具有自身相對(duì)組成的具有自身相對(duì)獨(dú)立獨(dú)立構(gòu)象和功能構(gòu)象和功能的小區(qū)域，模體可構(gòu)成的小區(qū)域，模體可構(gòu)成結(jié)構(gòu)域，也可獨(dú)立存在。結(jié)構(gòu)域，也可獨(dú)立存在。細(xì)胞色素細(xì)胞色素C的的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)細(xì)胞核抗原的細(xì)胞核抗原的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 纖溶酶原的纖溶酶原的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 超二級(jí)結(jié)構(gòu)形式有超二級(jí)結(jié)構(gòu)形式有

19、3 3種：種：， 鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體離子的模體 鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)(zinc finger) - -螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角（轉(zhuǎn)角（或環(huán)）或環(huán)）-螺旋模螺旋模體體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體鏈鏈-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角-螺旋螺旋- - 轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -鏈模體鏈模體n模體常見(jiàn)的形式模體常見(jiàn)的形式鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)zinc finger DNA結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白 折疊折疊- - 折疊折疊-螺旋模體螺旋模體（六）（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈可影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成氨基酸殘基的側(cè)鏈可影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是以一級(jí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。一段肽鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成一段肽

20、鏈其氨基酸殘基的側(cè)鏈適合形成 - -螺旋螺旋或或-折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。折疊，它就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。這是氨基酸殘基的側(cè)鏈的相互作用可這是氨基酸殘基的側(cè)鏈的相互作用可穩(wěn)定穩(wěn)定或或去穩(wěn)定去穩(wěn)定相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的原因。相應(yīng)的二級(jí)結(jié)構(gòu)的原因。 一段肽鏈有多個(gè)一段肽鏈有多個(gè)谷氨酸或天冬氨酸殘基谷氨酸或天冬氨酸殘基相鄰，則在相鄰，則在pH7.0時(shí)，這些殘基的游離羧基都帶負(fù)電荷，彼此相斥，妨?xí)r，這些殘基的游離羧基都帶負(fù)電荷，彼此相斥，妨礙礙-螺旋的形成。同樣，多個(gè)堿性氨基酸殘基在一肽段內(nèi)，螺旋的形成。同樣，多個(gè)堿性氨基酸殘基在一肽段內(nèi)，由于正電荷相斥，也妨礙由于正電荷相斥，也妨礙-螺旋的形成。螺

21、旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸天冬酰胺、亮氨酸的側(cè)鏈很大，也會(huì)影響的側(cè)鏈很大，也會(huì)影響-螺旋形成。螺旋形成。脯氨酸脯氨酸的結(jié)構(gòu)不利于形成的結(jié)構(gòu)不利于形成- -螺旋。螺旋。形成形成-折疊的肽段要求氨基酸殘基的側(cè)鏈較小，才能容折疊的肽段要求氨基酸殘基的側(cè)鏈較小，才能容許兩條肽段彼此靠近。許兩條肽段彼此靠近。電性：同性相斥電性：同性相斥R R性質(zhì)：立體障礙性質(zhì)：立體障礙ProPro：亞氨基無(wú)氫，環(huán)改變走向：亞氨基無(wú)氫，環(huán)改變走向二、二、多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)形成蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu) 蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)(tertiary structur

22、e)是指整條是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。即肽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，鏈中所有原子在三維空間的排布位置，包括一包括一級(jí)結(jié)構(gòu)中相距甚遠(yuǎn)的肽段的空間位置關(guān)系。級(jí)結(jié)構(gòu)中相距甚遠(yuǎn)的肽段的空間位置關(guān)系。（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈的空間分布（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條多肽鏈的空間分布 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) myoglobin153 AA1 HemeAH八段八段-螺旋螺旋無(wú)無(wú)-S-S-鍵鍵功能：儲(chǔ)存功能：儲(chǔ)存O2( (二二) ) 維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價(jià)鍵維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價(jià)鍵 蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互蛋白質(zhì)三

23、級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互作用力或稱非共價(jià)鍵、次級(jí)鍵，主要有氫鍵、作用力或稱非共價(jià)鍵、次級(jí)鍵，主要有氫鍵、范德華力（范德華力（Van der Waals force）、）、疏水作用疏水作用（hydrophobic interactin）和）和鹽鍵（鹽鍵（salting bond）（又稱離子鍵）等。）（又稱離子鍵）等。 a纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域纖連蛋白分子的結(jié)構(gòu)域 （三）（三）三級(jí)結(jié)構(gòu)可含有功能各異的三級(jí)結(jié)構(gòu)可含有功能各異的結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)或超二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多肽鏈可形成在三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)，稱為可形成在三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的局部折疊區(qū)，稱為結(jié)

24、結(jié)構(gòu)域構(gòu)域(domain)。 （四）根據(jù)結(jié)構(gòu)域可對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類：（四）根據(jù)結(jié)構(gòu)域可對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行分類：根據(jù)結(jié)構(gòu)域可將球狀蛋白質(zhì)分為4類： 反平行螺旋結(jié)構(gòu)域（全-結(jié)構(gòu)） 平行或混合型折疊片結(jié)構(gòu)域（，-結(jié)構(gòu)） 反平行折疊片結(jié)構(gòu)域(全-結(jié)構(gòu)) 富含金屬或二硫鍵結(jié)構(gòu)域（不規(guī)則小蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)）A. A. 全全- -結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 B. B. 平行或混合型平行或混合型 折疊片結(jié)構(gòu)域折疊片結(jié)構(gòu)域C. C. 全全-結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 D. D. 富含二硫鍵結(jié)構(gòu)域富含二硫鍵結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域結(jié)構(gòu)域 ( (domain) )3-磷酸甘油醛脫氫酶磷酸甘油醛脫氫酶NAD+3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛（五）分子伴侶（五）分子伴侶參與蛋白質(zhì)

25、的折疊參與蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶分子伴侶(chaperon)通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從通過(guò)提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境從而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)。而加速蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象或形成四級(jí)結(jié)構(gòu)。* * 分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨分子伴侶可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合隨后松開(kāi)，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，后松開(kāi)，如此重復(fù)進(jìn)行可防止錯(cuò)誤的聚集發(fā)生，使肽鏈正確折疊。使肽鏈正確折疊。 * * 分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，分子伴侶也可與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，使之解聚后，再誘導(dǎo)其正確折疊。再誘導(dǎo)其正確折疊。 * * 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形分子伴侶在蛋白

26、質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。成起了重要的作用。 目前已知參與蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶可分為目前已知參與蛋白質(zhì)折疊的分子伴侶可分為3類：類：熱激蛋白熱激蛋白70(Hsp70)：Hsp70在真核和原核生物中高度保守，它可部分逆轉(zhuǎn)變?cè)谡婧撕驮松镏懈叨缺Ｊ?，它可部分逆轉(zhuǎn)變性或聚集的蛋白質(zhì)性或聚集的蛋白質(zhì) 。伴侶蛋白伴侶蛋白(chaperonin)：伴侶蛋白普遍存在于細(xì)菌、線粒體、葉綠體和真核生伴侶蛋白普遍存在于細(xì)菌、線粒體、葉綠體和真核生物，主要有物，主要有2個(gè)家族：個(gè)家族：Hsp60（在大腸桿菌中又稱為（在大腸桿菌中又稱為GroEL）和）和Hsp10。 核質(zhì)蛋白核質(zhì)蛋白(nucl

27、eoplasmin) ：是一種主要的細(xì)胞核可溶性蛋白質(zhì)是一種主要的細(xì)胞核可溶性蛋白質(zhì),在真核生物的在真核生物的生殖細(xì)胞及體細(xì)胞中廣泛存在生殖細(xì)胞及體細(xì)胞中廣泛存在,體外研究表明體外研究表明,它與核小體裝配及受精后精子染它與核小體裝配及受精后精子染色質(zhì)的解聚及魚精蛋白的替代有關(guān)。色質(zhì)的解聚及魚精蛋白的替代有關(guān)。伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用伴侶蛋白在蛋白質(zhì)折疊中的作用 各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵各亞基間的結(jié)合力主要是氫鍵和離子鍵。 三、三、多亞基的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)形式多亞基的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)形式蛋白質(zhì)分子中各亞基的空間排布及亞基蛋白質(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

28、，稱為接觸部位的布局和相互作用，稱為蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)。體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多體內(nèi)有許多蛋白質(zhì)分子含有二條或多條多肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱肽鏈，每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱為蛋白質(zhì)的為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)(subunit)。（一）具有四級(jí)結(jié)構(gòu)形式的蛋白質(zhì)由多亞基組成（一）具有四級(jí)結(jié)構(gòu)形式的蛋白質(zhì)由多亞基組成血紅蛋白血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)的四級(jí)結(jié)構(gòu)（二）（二）亞基通過(guò)亞基間的相互作用聯(lián)系在一起亞基通過(guò)亞基間的相互作用聯(lián)系在一起由由2個(gè)亞基組成的蛋個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱之為子結(jié)構(gòu)相同

29、，稱之為同二聚同二聚體體(homodimer)，若亞基分，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為子結(jié)構(gòu)不同，則稱之為異二異二聚體聚體(heterodimer)。 （三）生物體內(nèi)有很多由多亞基組成的蛋白質(zhì)（三）生物體內(nèi)有很多由多亞基組成的蛋白質(zhì)生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)往往由多個(gè)生物體內(nèi)許多蛋白質(zhì)往往由多個(gè)亞基組成，亞基之間憑借次級(jí)鍵形成蛋亞基組成，亞基之間憑借次級(jí)鍵形成蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)。白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)。 胰島素受體：胰島素受體：由由4個(gè)亞基組成個(gè)亞基組成(22) ，亞基與亞基與亞基形成單體亞基形成單體(monomer)，2個(gè)個(gè)單體形成二聚體單體形成二聚體(dimer)。 血紅蛋白的一、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)血紅蛋白的一、

30、二、三、四級(jí)結(jié)構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)：相鄰一級(jí)結(jié)構(gòu)：相鄰AA間的共價(jià)結(jié)合間的共價(jià)結(jié)合二級(jí)結(jié)構(gòu)：短距離二級(jí)結(jié)構(gòu)：短距離AA之間的非共價(jià)連接之間的非共價(jià)連接三級(jí)結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)距離三級(jí)結(jié)構(gòu)：遠(yuǎn)距離AA之間的非共價(jià)連接之間的非共價(jià)連接四級(jí)結(jié)構(gòu)：多亞基之間的非共價(jià)連接四級(jí)結(jié)構(gòu)：多亞基之間的非共價(jià)連接含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)一定具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)一定具有四級(jí)結(jié)構(gòu)。只有一條多肽鏈的蛋白質(zhì)肯定沒(méi)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。只有一條多肽鏈的蛋白質(zhì)肯定沒(méi)有四級(jí)結(jié)構(gòu)。 多分子聚合物多分子聚合物不屬于四級(jí)結(jié)構(gòu)不屬于四級(jí)結(jié)構(gòu)1. 肌紅蛋白肌紅蛋白/血紅蛋白血紅蛋白含有血紅素輔基含有血紅素輔基 血紅素結(jié)構(gòu)血紅素結(jié)構(gòu) ( (一一)

31、)血紅蛋白構(gòu)象改變引起功能變化血紅蛋白構(gòu)象改變引起功能變化五、肌紅蛋白、血紅蛋白和膠原蛋白五、肌紅蛋白、血紅蛋白和膠原蛋白肌紅蛋白肌紅蛋白(myoglobin，Mb) 肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8 8段段 - -螺旋結(jié)構(gòu)。螺旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)血紅素分子中的兩個(gè)丙酸側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的之肽鏈中的F F8 8組氨酸殘基還與組氨酸殘基還與FeFe2+2+形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)

32、部分穩(wěn)定結(jié)合。蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。 血紅蛋白血紅蛋白( (hemoglobin，Hb) )血紅蛋白具有血紅蛋白具有4個(gè)亞基組成個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)的四級(jí)結(jié)構(gòu)。Hb各亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)與各亞基的三級(jí)結(jié)構(gòu)與Mb極為相似。極為相似。Hb亞基之間通過(guò)亞基之間通過(guò)8對(duì)鹽鍵，使對(duì)鹽鍵，使4個(gè)亞基緊密結(jié)合而個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。形成親水的球狀蛋白。 Hb與Mb一樣能可逆地與O2結(jié)合， Hb與O2結(jié)合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱百分飽和度）隨O2濃度變化而改變。2. 血紅蛋白的構(gòu)象變化影響結(jié)合氧的能力血紅蛋白的構(gòu)象變化影響結(jié)合氧的能力 肌紅蛋白肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白和血紅蛋白(H

33、b)的氧解離曲線的氧解離曲線 Hb與Mb的氧飽和曲線 氧合Hb (Mb)與pO2的關(guān)系 Hb ：S狀曲線 Mb ：直角雙曲線 S狀曲線提供了一個(gè)靈敏可調(diào)的范圍(低pO2)和一個(gè)平坦不可調(diào)的范圍(高pO2)。 意義： 肺部pO2較高，在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，不至于太大地影響氧飽和度。(80-100mmHg) 組織 pO2 較低，略有變 化，即可獲得飽和度的變化，充分地獲氧。(20-40mmHg) 結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系：結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系： 一級(jí)結(jié)構(gòu)決定構(gòu)象一級(jí)結(jié)構(gòu)決定構(gòu)象 空間構(gòu)象決定功能：空間構(gòu)象決定功能： , 亞基與亞基與Mb的三級(jí)結(jié)構(gòu)相似，都能結(jié)合的三級(jí)結(jié)構(gòu)相似，都能結(jié)合O2。 不同來(lái)源的不同來(lái)源的Hb其三其三,四級(jí)結(jié)構(gòu)相似四級(jí)結(jié)構(gòu)相似,運(yùn)輸運(yùn)輸O2 Hb：四亞基，運(yùn)輸：四亞基，運(yùn)輸O2 Mb：?jiǎn)蝸喕?，?chǔ)存：?jiǎn)蝸喕?，?chǔ)存O2膠原蛋白膠原蛋白( (collagen) )1 1、組織分布與類型、組織分布與類型l屬結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)屬結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)l使骨、腱、軟骨和皮膚具有機(jī)械強(qiáng)度使骨、腱、軟骨和皮膚具有機(jī)械強(qiáng)度2 2、AAAA組成組成l皮膚中膠原蛋白肽鏈的皮膚中膠原蛋白肽鏈的96%96%是按是按 三聯(lián)體三聯(lián)體 (G1yxy)n順序重復(fù)排列順序重復(fù)排列 Gly數(shù)目占?xì)埢倲?shù)數(shù)目占?xì)埢倲?shù)1/31/3 X