生物化學(xué)：第二章 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能第一章第一章Structure and Function of Protein生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n什么是蛋白質(zhì)什么是蛋白質(zhì)? ?蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(protein)是由許多氨是由許多氨基酸基酸(amino acids)通過(guò)肽鍵通過(guò)肽鍵(peptide bond)相連形成的高分相連形成的高分子含氮化合物。子含氮化合物。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n蛋白質(zhì)研究的歷史蛋白質(zhì)研究的歷史18331833年年，PayenPayen和和PersozPersoz分離出淀粉酶。分離出淀粉酶。18381838年年，荷蘭科學(xué)家，荷蘭科學(xué)家 G. J. MulderG. J. Mulder

2、引入引入“protein”protein”（源自希臘字（源自希臘字proteiosproteios，意為，意為primaryprimary）一詞）一詞 18641864年年，Hoppe-SeylerHoppe-Seyler從血液分離出血紅蛋白，并將從血液分離出血紅蛋白，并將其制成結(jié)晶。其制成結(jié)晶。1919世紀(jì)末世紀(jì)末，F(xiàn)ischerFischer證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，證明蛋白質(zhì)是由氨基酸組成的，并將氨基酸合成了多種短肽并將氨基酸合成了多種短肽 。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系19511951年年, PaulingPauling采用采用X X（射）線(xiàn)晶體衍射發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的二（射）線(xiàn)晶體衍射發(fā)現(xiàn)了

3、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)結(jié)構(gòu)-螺旋螺旋(-helix)(-helix)。 19531953年年，F(xiàn)rederick SangerFrederick Sanger完成胰島素一級(jí)序列測(cè)定。完成胰島素一級(jí)序列測(cè)定。 19621962年年，John KendrewJohn Kendrew和和Max PerutzMax Perutz確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)確定了血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)。構(gòu)。2020世紀(jì)世紀(jì)9090年代以后年代以后，隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃實(shí)施，功能基因組，隨著人類(lèi)基因組計(jì)劃實(shí)施，功能基因組與蛋白質(zhì)組計(jì)劃的展開(kāi)與蛋白質(zhì)組計(jì)劃的展開(kāi) ，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的研究達(dá)到新的高峰研究達(dá)到新的高峰

4、 。蛋白質(zhì)的分子組成蛋白質(zhì)的分子組成The Molecular Component of Protein第一節(jié)第一節(jié)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性蛋白質(zhì)的生物學(xué)重要性分布廣：分布廣：所有器官、組織都含有蛋白所有器官、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)。質(zhì)；細(xì)胞的各個(gè)部分都含有蛋白質(zhì)。含量高：含量高：蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐蛋白質(zhì)是生物體中含量最豐富的生物大分子，約占人體固體成分富的生物大分子，約占人體固體成分的的45%45%，而在細(xì)胞中可達(dá)細(xì)胞干重的，而在細(xì)胞中可達(dá)細(xì)胞干重的70%70%以上。以上。 1. 蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分蛋白質(zhì)是生物體重要組成成分生物化學(xué)與分

5、子生物學(xué)系作為生物催化劑（酶）作為生物催化劑（酶）代謝調(diào)節(jié)作用代謝調(diào)節(jié)作用免疫保護(hù)作用免疫保護(hù)作用物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)與支持作用運(yùn)動(dòng)與支持作用參與細(xì)胞間信息傳遞參與細(xì)胞間信息傳遞2. 蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能蛋白質(zhì)具有重要的生物學(xué)功能3. 氧化供能氧化供能生物化學(xué)與分子生物學(xué)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n組成蛋白質(zhì)的元素組成蛋白質(zhì)的元素主要有主要有C C、H H、O O、N N和和 S S。 有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬有些蛋白質(zhì)含有少量磷或金屬元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)元素鐵、銅、鋅、錳、鈷、鉬，個(gè)別蛋白質(zhì)還含有碘別蛋白質(zhì)還含有碘 。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 各種蛋白質(zhì)的含氮量

6、很接近，平均為各種蛋白質(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)的含量克樣品中蛋白質(zhì)的含量 (g %)= 每克樣品含氮克數(shù)每克樣品含氮克數(shù) 6.251001/16%n蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)蛋白質(zhì)元素組成的特點(diǎn)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系一、組成人體蛋白質(zhì)的一、組成人體蛋白質(zhì)的20種種L- -氨基酸氨基酸 存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300300余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基余種，但組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸僅有酸僅有2020種，且均屬種，且均屬 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除

7、外）。（甘氨酸除外）。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式RC+NH3COO-H生物化學(xué)與分子生物學(xué)系二二、氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和分類(lèi)氨基酸的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和分類(lèi)（一）氨基酸的差異在于側(cè)鏈（一）氨基酸的差異在于側(cè)鏈 -R基團(tuán)基團(tuán)CCOOHHRH2N各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈各種氨基酸的區(qū)別在于側(cè)鏈R R基的不同?；牟煌?。2020種基本種基本氨基酸按氨基酸按R R的極性可分為非極性氨基酸、極性中性的極性可分為非極性氨基酸、極性中性氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸氨基酸、酸性氨基酸和堿性氨基酸生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（二）（二） -R基團(tuán)賦予氨基酸不同的極性基團(tuán)

8、賦予氨基酸不同的極性 蛋白質(zhì)中的蛋白質(zhì)中的L- -氨基酸依據(jù)極性的分類(lèi)氨基酸依據(jù)極性的分類(lèi)類(lèi)別類(lèi)別主要氨基酸主要氨基酸非非極極性性脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸苯丙氨酸亞氨基酸亞氨基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、酪氨酸、色氨酸酸性氨基酸酸性氨基酸天冬氨酸、谷氨酸堿性氨基酸堿性氨基酸精氨酸、賴(lài)氨酸、組氨酸生物化學(xué)與分子生物學(xué)系甘氨酸甘氨酸 glycine Gly G 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine Ala A 6.00纈氨酸纈氨酸 valine Val V 5.96亮氨酸

9、亮氨酸 leucine Leu L 5.98 異亮氨酸異亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02 苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48脯氨酸脯氨酸 proline Pro P 6.30支鏈氨基酸支鏈氨基酸亞氨基酸亞氨基酸纈氨酸纈氨酸亮氨酸亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸ValLeu Ile苯丙氨酸苯丙氨酸Phe芳香族氨基酸芳香族氨基酸脯氨酸脯氨酸Pro吡咯烷環(huán)吡咯烷環(huán)-雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸生物化學(xué)與分子生物學(xué)系色氨酸色氨酸 tryptophan Trp W 5.89絲氨酸絲氨酸 serine Ser S 5.68酪氨酸酪氨酸 tyrosine Tyr Y 5.66

10、 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine Cys C 5.07 蛋氨酸蛋氨酸 methionine Met M 5.74天冬酰胺天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41 谷氨酰胺谷氨酰胺 glutamine Gln Q 5.65 蘇氨酸蘇氨酸 threonine Thr T 5.602. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸含酰胺基氨基酸含酰胺基氨基酸色氨酸色氨酸Trp酪氨酸酪氨酸Tyr苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48芳香族氨基酸芳香族氨基酸吲哚環(huán)吲哚環(huán)-雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸酪氨酸酪氨酸Tyr絲氨酸絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸SerThr羥基氨基酸羥基氨基酸 半胱氨酸半

11、胱氨酸 蛋氨酸蛋氨酸 Cys Met含硫氨基酸含硫氨基酸天冬酰胺天冬酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺GlnAsn生物化學(xué)與分子生物學(xué)系天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid Asp D 2.97 谷氨酸谷氨酸 glutamic acid Glu E 3.22 賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸 lysine Lys K 9.74精氨酸精氨酸 arginine Arg R 10.76組氨酸組氨酸 histidine His H 7.593. 酸性氨基酸酸性氨基酸4. 堿性氨基酸堿性氨基酸-胍基胍基咪唑基咪唑基雜環(huán)氨基酸雜環(huán)氨基酸-氨基氨基生物化學(xué)與分子生物學(xué)系幾種特殊氨基酸幾種特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亞氨基酸）（亞氨基酸

12、）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2生物化學(xué)與分子生物學(xué)系-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫鍵二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3生物化學(xué)與分子生物學(xué)系甘丙纈亮異脂鏈甘丙纈亮異脂鏈絲蘇半蛋羥硫添絲蘇半蛋羥硫添脯酪色苯雜芳環(huán)脯酪色苯雜芳環(huán)天谷精賴(lài)組酸堿天谷精賴(lài)組酸堿生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 在蛋白質(zhì)翻譯

13、后的修飾過(guò)程中，脯氨酸和賴(lài)氨酸在蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過(guò)程中，脯氨酸和賴(lài)氨酸可分別被羥化為羥脯氨酸和羥賴(lài)氨酸?？煞謩e被羥化為羥脯氨酸和羥賴(lài)氨酸。 蛋白質(zhì)分子中蛋白質(zhì)分子中2020種氨基酸殘基的某些基團(tuán)還可被種氨基酸殘基的某些基團(tuán)還可被甲基化、甲?；?、乙?；愇於┗土姿峄谆?、甲?；⒁阴；?、異戊二烯化和磷酸化等。等。 這些翻譯后修飾，可改變蛋白質(zhì)的溶解度、穩(wěn)定這些翻譯后修飾，可改變蛋白質(zhì)的溶解度、穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位和與其他細(xì)胞蛋白質(zhì)相互作用的性、亞細(xì)胞定位和與其他細(xì)胞蛋白質(zhì)相互作用的性質(zhì)等，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)生物多樣性的一個(gè)方面。性質(zhì)等，體現(xiàn)了蛋白質(zhì)生物多樣性的一個(gè)方面。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系

14、氨基酸氨基酸 -R基團(tuán)直接影響多肽鏈結(jié)構(gòu)基團(tuán)直接影響多肽鏈結(jié)構(gòu) -R基團(tuán)的結(jié)構(gòu)和極性會(huì)直接影響所形成的多肽鏈的結(jié)構(gòu)，也是其在體內(nèi)執(zhí)行多種功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)極性氨基酸常位于水溶性蛋白質(zhì)的表面非極性氨基酸主要嵌插在細(xì)胞膜脂雙層結(jié)構(gòu)中的蛋白質(zhì)外表面生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)為了行使其功能，氨基酸R基團(tuán) 可以發(fā)生各種化學(xué)修飾 化學(xué)修飾的功能蛋白質(zhì)的溶解度穩(wěn)定性亞細(xì)胞定位及與其他蛋白質(zhì)的相互作用等等氨基酸的側(cè)鏈可有其他化學(xué)基團(tuán)修飾氨基酸的側(cè)鏈可有其他化學(xué)基團(tuán)修飾 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系三、氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)三、氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)n兩性解離及等電點(diǎn)兩性解離及等電點(diǎn)氨基酸是兩性

15、電解質(zhì)，其解離程度取決于所氨基酸是兩性電解質(zhì)，其解離程度取決于所處溶液的酸堿度。處溶液的酸堿度。等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 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)溶液的中性。此時(shí)溶液的pH值值稱(chēng)為該氨基酸的稱(chēng)為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系在某溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及在某溶液中，氨基酸解離成陽(yáng)離子和陰離子的趨勢(shì)及程度相等，成為偶極離子程度相

16、等，成為偶極離子 (dipolar ion)，呈電中性。此時(shí)，呈電中性。此時(shí)溶液的溶液的pH值值稱(chēng)為該氨基酸的稱(chēng)為該氨基酸的等電點(diǎn)等電點(diǎn)(isoelectric point, pI) 。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)（二）含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在的最大吸收峰在 280 nm 附近。附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，有這兩種氨基酸殘基，所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液所以測(cè)定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡(jiǎn)便的方法。的快速簡(jiǎn)便的方法。芳香族氨基酸的

17、紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物（三）氨基酸與茚三酮反應(yīng)生成藍(lán)紫色化合物氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)藍(lán)紫色紫色化合物，其最大吸收峰在化合物，其最大吸收峰在570nm處。處。由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正由于此吸收峰值與氨基酸的含量存在正比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。比關(guān)系，因此可作為氨基酸定量分析方法。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 該藍(lán)紫色化合物在該藍(lán)紫色化合物在570nm570nm波長(zhǎng)處有最大吸收波長(zhǎng)處有最大吸收生物化學(xué)與分子生物學(xué)系四、氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成蛋白四、氨基酸通過(guò)肽鍵連接而

18、形成蛋白質(zhì)或活性肽質(zhì)或活性肽肽鍵肽鍵( (peptide bond) )是由一個(gè)氨基酸的是由一個(gè)氨基酸的 - -羧基與另一個(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氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。的化學(xué)鍵。（一）（一）氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽氨基酸通過(guò)肽鍵連接而形成肽生物化學(xué)與分子生物學(xué)系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生物化學(xué)與分子生物學(xué)系肽肽(peptide)是由氨基酸通過(guò)肽

19、鍵縮合而形成的化合物。是由氨基酸通過(guò)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)肽鏈中的氨基酸分子因?yàn)槊撍s合而基團(tuán)不全，被稱(chēng)為氨基酸殘基不全，被稱(chēng)為氨基酸殘基(residue)。由十個(gè)以?xún)?nèi)氨基酸相連而成的肽稱(chēng)為寡肽由十個(gè)以?xún)?nèi)氨基酸相連而成的肽稱(chēng)為寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相連形成的肽，由更多的氨基酸相連形成的肽稱(chēng)多肽稱(chēng)多肽(polypeptide)。二肽二肽寡肽寡肽(oligopeptide);多肽多肽(polypeptide); 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(pro

20、tein)。肽鍵肽鍵氨基酸殘基氨基酸殘基 (residue)多肽鏈具有方向性：從氨基末端走向羧基末端。多肽鏈具有方向性：從氨基末端走向羧基末端。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系N 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-氨基氨基的一端的一端C 末端：多肽鏈中有末端：多肽鏈中有游離游離-羧基羧基的一端的一端n多肽鏈有兩端：多肽鏈有兩端：多肽鏈多肽鏈(polypeptide chain)是指許多氨是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)?；嶂g以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 蛋白質(zhì)是由許多氨基酸殘基組成、折疊蛋白質(zhì)是由

21、許多氨基酸殘基組成、折疊成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能成特定的空間結(jié)構(gòu)、并具有特定生物學(xué)功能的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)的多肽。一般而論，蛋白質(zhì)的氨基酸殘基數(shù)通常在通常在50個(gè)以上，個(gè)以上，50個(gè)氨基酸殘基以下則仍個(gè)氨基酸殘基以下則仍稱(chēng)為多肽。稱(chēng)為多肽。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n谷胱甘肽谷胱甘肽 （glutathione, GSH）n多肽類(lèi)激素多肽類(lèi)激素 如催產(chǎn)素、加壓素、血管緊張素、促腎上腺皮質(zhì)激如催產(chǎn)素、加壓素、血管緊張素、促腎上腺皮質(zhì)激素、促甲狀腺素釋放激素、促性腺激素釋放激素等素、促甲狀腺素釋放激素、促性腺激素釋放激素等n神經(jīng)肽（神經(jīng)肽（neuropeptide） 如腦

22、啡肽、如腦啡肽、 -內(nèi)啡肽、強(qiáng)啡肽、孤啡肽、內(nèi)啡肽、強(qiáng)啡肽、孤啡肽、P物質(zhì)、物質(zhì)、神經(jīng)肽神經(jīng)肽Y等等（二）（二）體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽體內(nèi)存在多種重要的生物活性肽生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 1. 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione, GSH)谷胱甘肽（谷胱甘肽（glutathione, GSH）還原型還原型氧化型氧化型-肽鍵肽鍵(1) 體內(nèi)重要的還原劑體內(nèi)重要的還原劑 保護(hù)蛋白質(zhì)和酶分子中的巰基免遭氧化，保護(hù)蛋白質(zhì)和酶分子中的巰基免遭氧化，使蛋白質(zhì)處于活性狀態(tài)。使蛋白質(zhì)處于活性狀態(tài)。 (2) (2) 谷胱甘肽的巰基作用谷胱甘肽的巰基作用 可以與致癌劑或藥物等結(jié)合可以與致癌劑或藥物等結(jié)合

23、, ,從而阻斷這從而阻斷這些化合物與些化合物與DNA、RNA或或蛋白質(zhì)結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免遭毒性損害。蛋白質(zhì)結(jié)合，保護(hù)機(jī)體免遭毒性損害。甘氨酸 半胱氨酸谷氨酸生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽體內(nèi)許多激素屬寡肽或多肽2.多肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽多肽類(lèi)激素及神經(jīng)肽 調(diào)節(jié)催乳素和抑制胰高血糖素的分泌調(diào)節(jié)催乳素和抑制胰高血糖素的分泌腦啡肽：神經(jīng)遞質(zhì)的一種。能改變神經(jīng)元對(duì)經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)的反應(yīng)，起修飾經(jīng)典神經(jīng)遞質(zhì)的作用，故稱(chēng)為神經(jīng)調(diào)質(zhì)（neuromodulator）。又被稱(chēng)為“腦內(nèi)嗎啡”，對(duì)腦細(xì)胞具有獨(dú)特的作用，能夠激活處于抑制沉睡狀態(tài)的腦細(xì)胞，對(duì)因腦損傷導(dǎo)致的后遺癥有很好的恢復(fù)作用酪氨酸甘氨酸甘氨酸

24、苯丙氨酸蛋氨酸 神經(jīng)肽神經(jīng)肽(neuropeptide)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)The Molecular Structure of Protein 第二節(jié)第二節(jié)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)包括: 高級(jí)高級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n定義定義:蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)指在蛋白質(zhì)分子從N-端至端至C-端的

25、端的氨基酸排列順序氨基酸排列順序。一、一、氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)氨基酸的排列順序決定蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)的一級(jí)結(jié)構(gòu)n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:肽鍵肽鍵，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。，有些蛋白質(zhì)還包括二硫鍵。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系一級(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。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n目前已知一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當(dāng)可觀，并且還目前已知一級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)數(shù)量已相當(dāng)可觀，并且還以更快的速度增加。以更快的速度增加。n國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)有若干重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)有若干

26、重要的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，例如nEMBL（European Molecular Biology Laboratory Data Library）nGenbank （Genetic Sequence Databank）nPIR（Protein Identification Resource Sequence Database）n收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)及其他資料，為蛋收集了大量最新的蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)及其他資料，為蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的深入研究提供了便利。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系二、二、多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)多肽鏈的局部主鏈構(gòu)象為蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)分子

27、中某一段肽鏈的局部空間蛋白質(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)象間位置，并不涉及氨基酸殘基側(cè)鏈的構(gòu)象 。n定義定義: : n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵：氫鍵氫鍵 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil) n蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n所謂肽鏈主鏈骨架原子即所謂肽鏈主鏈骨架原子即N N（氨基氮）、（氨基氮）、 CC（- -碳原子）和碳原子）和CoCo（

28、羰基碳）（羰基碳）3 3個(gè)原子個(gè)原子依次重復(fù)排列。依次重復(fù)排列。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（一）參與肽鍵形成的（一）參與肽鍵形成的6個(gè)原子在同一平面上個(gè)原子在同一平面上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位于同一平位于同一平面，面，C 1和和C 2在平面上所處的位置為反式在平面上所處的位置為反式(trans)構(gòu)型，此同構(gòu)型，此同一平面上的一平面上的6個(gè)原子構(gòu)成了所謂的個(gè)原子構(gòu)成了所謂的肽單元肽單元 (peptide unit) 。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 (1)早在早在1925年，年，Pauling等人就發(fā)現(xiàn)，等人就發(fā)現(xiàn)，肽鍵肽鍵中的中的C-N鍵長(zhǎng)鍵長(zhǎng)0.132nm，比

29、相鄰的，比相鄰的C-N單鍵單鍵(0.147nm)短，短，而較一般而較一般C=N雙鍵雙鍵(0.128nm)長(zhǎng)?？梢?jiàn)，肽鍵中長(zhǎng)?？梢?jiàn)，肽鍵中-C-N-鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，鍵的性質(zhì)介于單、雙鍵之間，具有部分雙鍵的性具有部分雙鍵的性質(zhì)質(zhì)，因而，因而不能旋轉(zhuǎn)不能旋轉(zhuǎn)，這就將其固定在一個(gè)平面之內(nèi)。，這就將其固定在一個(gè)平面之內(nèi)。肽單元具有這樣一些特性肽單元具有這樣一些特性生物化學(xué)與分子生物學(xué)系(2) 肽鍵的肽鍵的C及及N周?chē)齻€(gè)鍵角之周?chē)齻€(gè)鍵角之和均為和均為360，說(shuō)，說(shuō)明都處于一個(gè)平明都處于一個(gè)平面上，也就是說(shuō)面上，也就是說(shuō)肽單元的六個(gè)原肽單元的六個(gè)原子基本上同處于子基本上同處于一個(gè)平面，是一一個(gè)

30、平面，是一個(gè)剛性平面，這個(gè)剛性平面，這就是肽鍵平面。就是肽鍵平面。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系肽鏈中能夠肽鏈中能夠旋轉(zhuǎn)的只有旋轉(zhuǎn)的只有-碳原子所形成碳原子所形成的單鍵，此單的單鍵，此單鍵的旋轉(zhuǎn)決定鍵的旋轉(zhuǎn)決定兩個(gè)肽鍵平面兩個(gè)肽鍵平面的位置關(guān)系，的位置關(guān)系，于是肽平面成于是肽平面成為肽鏈盤(pán)曲折為肽鏈盤(pán)曲折疊的基本單位。疊的基本單位。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 肽單元上肽單元上C所連的所連的兩個(gè)單鍵兩個(gè)單鍵的旋轉(zhuǎn)角度，決定兩個(gè)相連肽的旋轉(zhuǎn)角度，決定兩個(gè)相連肽單元的相對(duì)空間位置，由于肽平面和氨基酸殘基側(cè)鏈單元的相對(duì)空間位置，由于肽平面和氨基酸殘基側(cè)鏈R基對(duì)多基對(duì)多肽鏈構(gòu)象的限制作用，二級(jí)結(jié)構(gòu)只有以下幾種主要形

31、式：肽鏈構(gòu)象的限制作用，二級(jí)結(jié)構(gòu)只有以下幾種主要形式：-螺旋螺旋 (-helix)-折疊折疊(-pleated sheet)-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 (turn or -bend)無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil) 和和 -loop生物化學(xué)與分子生物學(xué)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 - -螺旋螺旋 ( -helix) - -折疊折疊 ( -pleated sheet) - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角 ( -turn) 無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲 (random coil) （二）（二）-螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)n蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 多個(gè)肽平多個(gè)肽平面通過(guò)面通過(guò)C

32、 C 的的旋轉(zhuǎn)，相互之旋轉(zhuǎn)，相互之間緊密盤(pán)曲成間緊密盤(pán)曲成穩(wěn)固的穩(wěn)固的右手螺右手螺旋旋。 -螺旋是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)螺旋是常見(jiàn)的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 主鏈螺旋上主鏈螺旋上升，升，每每3.6個(gè)氨個(gè)氨基酸殘基上升基酸殘基上升一圈，螺距一圈，螺距0.54nm。肽平肽平面和螺旋長(zhǎng)軸面和螺旋長(zhǎng)軸平行。平行。 -helix生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 相鄰兩圈螺旋之相鄰兩圈螺旋之間借肽鍵中羰基氧間借肽鍵中羰基氧 (CO)和亞氨基氫和亞氨基氫(NH)形成許多鏈內(nèi)形成許多鏈內(nèi)氫鍵氫鍵，即每一個(gè)氨基，即每一個(gè)氨基酸殘基中的亞氨基氫酸殘基中的亞氨基氫和前面相隔三個(gè)殘基和前面相隔三個(gè)殘基的羰基氧之間形成

33、氫的羰基氧之間形成氫鍵，這鍵，這是穩(wěn)定是穩(wěn)定-螺旋螺旋的主要化學(xué)鍵。的主要化學(xué)鍵。 -helix生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 肽鏈中氨基酸殘基側(cè)鏈肽鏈中氨基酸殘基側(cè)鏈R R基，分布在螺旋外側(cè)基，分布在螺旋外側(cè)，其形狀、，其形狀、大小及電荷均會(huì)影響大小及電荷均會(huì)影響-螺旋螺旋的形成。的形成。 -helix生物化學(xué)與分子生物學(xué)系脯氨酸：脯氨酸： -螺旋的第一個(gè)螺旋圈螺旋的第一個(gè)螺旋圈 -螺旋常位于蛋白質(zhì)表面，也可出現(xiàn)在螺旋常位于蛋白質(zhì)表面，也可出現(xiàn)在分子內(nèi)部分子內(nèi)部 -螺旋具有兩性特點(diǎn)螺旋具有兩性特點(diǎn):血漿脂蛋白，多肽血漿脂蛋白，多肽激素激素生物化學(xué)與分子生物學(xué)系是肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，肽平面之間折疊成鋸

34、齒狀是肽鏈相當(dāng)伸展的結(jié)構(gòu)，肽平面之間折疊成鋸齒狀，相鄰肽平面間呈相鄰肽平面間呈110110角。角。 依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的羰基氧與依靠?jī)蓷l肽鏈或一條肽鏈內(nèi)的兩段肽鏈間的羰基氧與亞氨基氫形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。也就是說(shuō)，亞氨基氫形成氫鍵，使構(gòu)象穩(wěn)定。也就是說(shuō)，氫鍵是穩(wěn)定氫鍵是穩(wěn)定-折疊的主要化學(xué)鍵折疊的主要化學(xué)鍵。（三）（三） - -折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)折疊使多肽鏈形成片層結(jié)構(gòu)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 兩段肽鏈可以是平行的，也可以是反平行的兩段肽鏈可以是平行的，也可以是反平行的。即前者兩。即前者兩條鏈從條鏈從N N端到端到C C端是同方向的，后者是反方向的。端是同方向的，后者是反

35、方向的。-折疊結(jié)構(gòu)的折疊結(jié)構(gòu)的形式十分多樣，正、反平行還可以相互交替。平行的形式十分多樣，正、反平行還可以相互交替。平行的-折疊結(jié)折疊結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)殘基的間距為構(gòu)中，兩個(gè)殘基的間距為0.65nm0.65nm；反平行的；反平行的-折疊結(jié)構(gòu)，則間折疊結(jié)構(gòu)，則間距為距為0.7nm0.7nm。-pleated sheet生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 氨基酸殘基的側(cè)鏈氨基酸殘基的側(cè)鏈R R基分布在片層的上基分布在片層的上方或下方。方或下方。-pleated sheet生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（四）（四） - -轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲在蛋白質(zhì)分子中普遍存在 - -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角生物化學(xué)與分子生

36、物學(xué)系turn蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)蛋白質(zhì)分子中，肽鏈經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)180180的回折，在這種回折角處的回折，在這種回折角處的構(gòu)象就是的構(gòu)象就是-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角(-turn)(-turn)或或稱(chēng)稱(chēng)-折角折角(-bend)(-bend)。-轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角中，第一個(gè)氨基酸殘基的羰基氧中，第一個(gè)氨基酸殘基的羰基氧與第四個(gè)殘基的亞氨基氫形成與第四個(gè)殘基的亞氨基氫形成氫氫鍵鍵，從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。，從而使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。氫鍵氫鍵-轉(zhuǎn)角第二個(gè)殘基常為轉(zhuǎn)角第二個(gè)殘基常為脯氨酸 環(huán)狀結(jié)構(gòu)和固定角-環(huán)環(huán) ( Omega loop): 氨基酸殘基數(shù)目較多，種類(lèi)沒(méi)有規(guī)氨基酸殘基數(shù)目較多，種類(lèi)沒(méi)有規(guī)律，律， 但其結(jié)構(gòu)明確且具有剛性。但其

37、結(jié)構(gòu)明確且具有剛性。 -環(huán)環(huán) ( Omega loop)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系random coil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)。結(jié)構(gòu)。實(shí)際上這些區(qū)段大多數(shù)既不是卷曲，也不是實(shí)際上這些區(qū)段大多數(shù)既不是卷曲，也不是完全無(wú)規(guī)的。這些完全無(wú)規(guī)的。這些“無(wú)規(guī)卷曲無(wú)規(guī)卷曲”也像其它二級(jí)結(jié)構(gòu)也像其它二級(jí)結(jié)構(gòu)那樣是明確而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但是它們受氨基酸殘基那樣是明確而穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，但是它們受氨基酸殘基側(cè)鏈側(cè)鏈R基相互作用的影響很大?；嗷プ饔玫挠绊懞艽?。這類(lèi)有序的非重復(fù)性這類(lèi)有序的非重復(fù)性結(jié)構(gòu)經(jīng)常構(gòu)成酶活性部位和其它蛋白質(zhì)特異的功能結(jié)構(gòu)經(jīng)常構(gòu)成酶活性

38、部位和其它蛋白質(zhì)特異的功能部位部位。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（五）（五）二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的二級(jí)結(jié)構(gòu)可組成蛋白質(zhì)分子中的模體模體在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具在許多蛋白質(zhì)分子中，可發(fā)現(xiàn)二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)個(gè)有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱(chēng)為有規(guī)則的二級(jí)結(jié)構(gòu)組合，被稱(chēng)為超二級(jí)結(jié)構(gòu)超二級(jí)結(jié)構(gòu) （supersecondary structure），又稱(chēng)折疊（），又稱(chēng)折疊（fold）或模體（或模體（motif）。）。 。二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式主要有二級(jí)結(jié)構(gòu)組合形式主要有3 3種：種：， 。生物化學(xué)與分

39、子生物學(xué)系二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間二個(gè)或三個(gè)具有二級(jí)結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱(chēng)為上相互接近，形成一個(gè)特殊的空間構(gòu)象，稱(chēng)為模體模體(motif) 。模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。模體是具有特殊功能的超二級(jí)結(jié)構(gòu)。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)- -螺旋螺旋-轉(zhuǎn)角（或轉(zhuǎn)角（或環(huán)）環(huán)）-螺旋模體螺旋模體鏈鏈-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)的形式生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（六）氨基酸殘基的側(cè)鏈影響二級(jí)結(jié)構(gòu)的形成（六）氨基酸殘基的側(cè)

40、鏈影響二級(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)。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系三、多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊三、多肽鏈在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步折疊形成三級(jí)結(jié)構(gòu)形成三級(jí)結(jié)構(gòu)疏水鍵、離子鍵、氫鍵和疏水鍵、離子鍵、氫鍵和 范德華力等。范德華力等。n主要的化學(xué)鍵主要的化學(xué)鍵:整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置。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。即肽鏈中所有原子在

41、三維空間的排布位置。n定義定義:（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸（一）三級(jí)結(jié)構(gòu)是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對(duì)空間位置殘基的相對(duì)空間位置生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 肌紅蛋白肌紅蛋白 (Mb) N 端端 C端端 肌紅蛋白肌紅蛋白 (myoglobin, Mb)一條長(zhǎng)為一條長(zhǎng)為153個(gè)氨基酸的個(gè)氨基酸的多肽鏈和一個(gè)血紅素輔基多肽鏈和一個(gè)血紅素輔基組成。共有組成。共有8段段(7-24 aa) -螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)(A-H）功能功能: 儲(chǔ)存儲(chǔ)存O2生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（二）維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價(jià)鍵（二）維持三級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定主要依靠非共價(jià)鍵n蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互作用力或稱(chēng)蛋白

42、質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定主要靠弱的相互作用力或稱(chēng)非共價(jià)鍵、次級(jí)鍵，主要有非共價(jià)鍵、次級(jí)鍵，主要有氫鍵氫鍵、范德華力范德華力（Van der Waals force）、）、疏水作用疏水作用（hydrophobic interaction)和和鹽鹽鍵鍵（salting bond）（又稱(chēng)離子鍵）等。）（又稱(chēng)離子鍵）等。 二硫鍵二硫鍵生物化學(xué)與分子生物學(xué)系氫鍵氫鍵: : 氫鍵發(fā)生在已經(jīng)以氫鍵發(fā)生在已經(jīng)以共價(jià)鍵共價(jià)鍵與其它原子鍵合的與其它原子鍵合的氫氫原子與另一個(gè)原子之間原子與另一個(gè)原子之間（X-HY），通常發(fā)生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子（），通常發(fā)生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子（X、Y）都是）都是電負(fù)性電

43、負(fù)性較較強(qiáng)的原子。強(qiáng)的原子。疏水作用疏水作用: :由疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈之間排開(kāi)水而相互接近由疏水基團(tuán)或疏水側(cè)鏈之間排開(kāi)水而相互接近 而形成的一種作用力。而形成的一種作用力。對(duì)維持分子的三、四級(jí)結(jié)構(gòu)起著重要的作用。對(duì)維持分子的三、四級(jí)結(jié)構(gòu)起著重要的作用。離子鍵離子鍵: : 又叫鹽鍵是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用又叫鹽鍵是正電荷與負(fù)電荷之間的一種靜電相互作用。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（三）結(jié)構(gòu)域（三）結(jié)構(gòu)域是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)是三級(jí)結(jié)構(gòu)層次上的獨(dú)立功能區(qū)分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較分子量較大的蛋白質(zhì)?？烧郫B成多個(gè)結(jié)構(gòu)較為緊密且穩(wěn)定的區(qū)域，并各行其功能，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)為緊密且穩(wěn)定

44、的區(qū)域，并各行其功能，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)域域 ( (domain) ) 。 大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的大多數(shù)結(jié)構(gòu)域含有序列上連續(xù)的100100至至200200個(gè)氨基酸殘個(gè)氨基酸殘基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)基，若用限制性蛋白酶水解，含多個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)常分解出常分解出獨(dú)立獨(dú)立的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本的結(jié)構(gòu)域，而各結(jié)構(gòu)域的構(gòu)象可以基本不改變，并保持其功能。不改變，并保持其功能。 超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。超二級(jí)結(jié)構(gòu)則不具備這種特點(diǎn)。 因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，因此，結(jié)構(gòu)域也可看作是球狀蛋白質(zhì)的獨(dú)立折疊單位，有較為獨(dú)立的三維空間結(jié)構(gòu)。有較為獨(dú)立的三維空間

45、結(jié)構(gòu)。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n3-磷酸甘磷酸甘油醛脫氫油醛脫氫酶亞基的酶亞基的結(jié)構(gòu)示意結(jié)構(gòu)示意圖圖 1146 aa: 與NAD+ 結(jié)合147333 aa: 與底物結(jié)合生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（四）輔助蛋白參與蛋白質(zhì)的折疊（四）輔助蛋白參與蛋白質(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)境從而通過(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)。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

46、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。后，再誘導(dǎo)其正確折疊。 分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確分子伴侶在蛋白質(zhì)分子折疊過(guò)程中二硫鍵的正確形成起了重要的作用。形成起了重要的作用。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。亞基之間的結(jié)合主要是氫鍵和離子鍵。四、四、含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)含有二條以上多肽鏈的蛋白質(zhì)具有四級(jí)結(jié)構(gòu)具有四級(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(chēng)為觸部位的布局和相互作用，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的四級(jí)蛋白質(zhì)的四級(jí)結(jié)

47、構(gòu)結(jié)構(gòu)。許多功能性蛋白質(zhì)分子含有許多功能性蛋白質(zhì)分子含有2 2條或條或2 2條以上條以上多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，多肽鏈。每一條多肽鏈都有完整的三級(jí)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為蛋白質(zhì)的稱(chēng)為蛋白質(zhì)的亞基亞基 (subunit)。生物化學(xué)與分子生物學(xué)系由由2個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子個(gè)亞基組成的蛋白質(zhì)四級(jí)結(jié)構(gòu)中，若亞基分子結(jié)構(gòu)相同，稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)相同，稱(chēng)之為同二聚體同二聚體(homodimer)，若亞基分子，若亞基分子結(jié)構(gòu)不同，則稱(chēng)之為結(jié)構(gòu)不同，則稱(chēng)之為異二聚體異二聚體(heterodimer)。 血紅蛋白的血紅蛋白的四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系五、蛋白質(zhì)的分類(lèi)五、蛋白質(zhì)的分類(lèi)n根

48、據(jù)蛋白質(zhì)組成成分根據(jù)蛋白質(zhì)組成成分:單純蛋白質(zhì)單純蛋白質(zhì)（simple protein）結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)合蛋白質(zhì) = = 蛋白質(zhì)部分蛋白質(zhì)部分 + + 非蛋白質(zhì)部分非蛋白質(zhì)部分n根據(jù)蛋白質(zhì)形狀根據(jù)蛋白質(zhì)形狀:纖維狀蛋白質(zhì)纖維狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)球狀蛋白質(zhì)（conjugated protein）輔基輔基（prosthetic group）生物化學(xué)與分子生物學(xué)系分類(lèi)分類(lèi)輔基輔基舉例舉例脂蛋白脂蛋白脂類(lèi)脂類(lèi)血漿脂蛋白（血漿脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）等）糖蛋白糖蛋白糖基或糖鏈糖基或糖鏈膠原蛋白、纖連蛋白等膠原蛋白、纖連蛋白等核蛋白核蛋白核酸核酸核糖體核糖體磷蛋白磷蛋白磷酸基團(tuán)磷酸基團(tuán)酪蛋白（酪蛋白

49、（casein）血紅素蛋白血紅素蛋白血紅素（鐵卟啉）血紅素（鐵卟啉）血紅蛋白、細(xì)胞色素血紅蛋白、細(xì)胞色素c黃素蛋白黃素蛋白黃素核苷酸（黃素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脫氫酶琥珀酸脫氫酶金屬蛋白金屬蛋白鐵鐵鐵蛋白鐵蛋白鋅鋅乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶鈣鈣鈣調(diào)蛋白鈣調(diào)蛋白錳錳丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶銅銅細(xì)胞色素氧化酶細(xì)胞色素氧化酶結(jié)合蛋白質(zhì)及其輔基結(jié)合蛋白質(zhì)及其輔基 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n蛋白質(zhì)家族（蛋白質(zhì)家族（protein family） : 氨基酸序列相氨基酸序列相似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。似而且空間結(jié)構(gòu)與功能也十分相近的蛋白質(zhì)。n屬于同一蛋白質(zhì)家族的成員，稱(chēng)為屬于同一蛋白質(zhì)家族的

50、成員，稱(chēng)為同源蛋白質(zhì)同源蛋白質(zhì)（homologous protein） 。 n蛋白質(zhì)超家族蛋白質(zhì)超家族（superfamily） : 2 2個(gè)或個(gè)或2 2個(gè)以上的蛋個(gè)以上的蛋白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，白質(zhì)家族之間，其氨基酸序列的相似性并不高，但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。但含有發(fā)揮相似作用的同一模體結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系The Relation of Structure and Function of Protein第三節(jié)第三節(jié)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基

51、礎(chǔ)一、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)是高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ) 蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)空間結(jié)蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而決定蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能。構(gòu)，進(jìn)而決定蛋白質(zhì)的生物學(xué)功能。核糖核酸酶核糖核酸酶 Anfinsen經(jīng)典實(shí)驗(yàn)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變性變性復(fù)性復(fù)性核糖核酸酶核糖核酸酶生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能（二）一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的蛋白質(zhì)具有相似的高級(jí)結(jié)構(gòu)與功能 氨基酸殘基序號(hào)氨基酸殘基序號(hào)胰島素胰島素 A8 A9 A10 B30 人人 Thr Ser Ile Thr 牛牛 Ala Ser Val Ala 豬豬 Thr Ser Ile Ala 羊羊 Ala Gly Val

52、Ala 馬馬 Thr Gly Ile Ala 狗狗 Thr Ser Ile Ala蘇丙蘇丙蘇蘇甘甘絲絲絲絲異異纈異異丙丙丙丙丙蘇纈一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象一級(jí)結(jié)構(gòu)相似的多肽或蛋白質(zhì)，其空間構(gòu)象以及功能也相似。以及功能也相似。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息氨基酸序列提供重要的生物進(jìn)化信息一些廣泛存在于生一些廣泛存在于生物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色物界的蛋白質(zhì)如細(xì)胞色素素(cytochrome C)，比，比較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可較它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)，可以幫助了解物種進(jìn)化間以幫助了解物種進(jìn)化間的關(guān)系。的關(guān)系。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系例：鐮刀形紅細(xì)胞貧血例：鐮刀形

53、紅細(xì)胞貧血 亞基亞基N端的第端的第6號(hào)氨基酸殘基號(hào)氨基酸殘基發(fā)生了改變異，發(fā)生了改變異，GluValN-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽鏈肽鏈HbA 肽肽 鏈鏈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(chēng)為這種由蛋白質(zhì)分子發(fā)生變異所導(dǎo)致的疾病，稱(chēng)為“分子病分子病”重要蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變可引起疾病重要蛋白質(zhì)氨基酸序列的改變可引起疾病四四 一級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的改變影響其生物學(xué)活性一級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的改變影響其生物學(xué)活性正常正常 DNA TGT GGG CTT CTT TTT mRN

54、A ACA CCC GAA GAA AAA HbA N端端 蘇蘇 脯脯 谷谷 谷谷 賴(lài)賴(lài)異常異常 DNA TGT GGG CAT CTT TTT mRNA ACA CCC GUA GAA AAA Hbs 蘇蘇 脯脯 纈纈 谷谷 賴(lài)賴(lài)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系鐮刀型紅細(xì)胞鐮刀型紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞正常紅細(xì)胞鐮狀紅細(xì)胞不能通過(guò)毛細(xì)血管鐮狀紅細(xì)胞不能通過(guò)毛細(xì)血管,加加上上HbS的凝膠化使血液的黏滯度的凝膠化使血液的黏滯度增大增大,阻塞毛細(xì)血管阻塞毛細(xì)血管,引起局部組引起局部組織器官缺血缺氧織器官缺血缺氧,產(chǎn)生脾腫大、胸產(chǎn)生脾腫大、胸腹疼痛等臨床表現(xiàn)。腹疼痛等臨床表現(xiàn)。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n肌紅蛋白肌紅蛋

55、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) 二、二、蛋白質(zhì)的功能依賴(lài)特定空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)的功能依賴(lài)特定空間結(jié)構(gòu)（一）（一）血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似血紅蛋白亞基與肌紅蛋白結(jié)構(gòu)相似生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n肌紅蛋白肌紅蛋白( (myoglobin，Mb) ) 肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)肌紅蛋白是一個(gè)只有三級(jí)結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有結(jié)構(gòu)的單鏈蛋白質(zhì)，有8 8段段 - -螺螺旋結(jié)構(gòu)。旋結(jié)構(gòu)。血紅素分子中的兩個(gè)丙酸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側(cè)鏈以離子鍵形式與肽鏈中的兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電兩個(gè)堿性氨基酸側(cè)鏈上的正電荷相連，加之肽鏈中的荷相連，加之肽鏈中的F

56、8F8組氨組氨酸殘基還與酸殘基還與FeFe2+2+形成配位結(jié)合，形成配位結(jié)合，所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分所以血紅素輔基與蛋白質(zhì)部分穩(wěn)定結(jié)合。穩(wěn)定結(jié)合。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n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)亞個(gè)亞基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，基組成的四級(jí)結(jié)構(gòu)，每每個(gè)亞基可結(jié)合個(gè)亞基可結(jié)合1 1個(gè)血紅素個(gè)血紅素并攜帶并攜帶1 1分子氧分子氧。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)亞基緊密個(gè)亞基緊密結(jié)合而形成親水的球狀結(jié)合而形成親水的球狀蛋白。蛋白。 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系 天冬氨酸組氨酸賴(lài)氨酸精氨酸脫氧脫氧Hb亞基間和亞基內(nèi)的鹽鍵亞基間和亞

57、基內(nèi)的鹽鍵 生物化學(xué)與分子生物學(xué)系Hb與與Mb一樣能可逆地與一樣能可逆地與O2結(jié)合，結(jié)合， Hb與與O2 2結(jié)合后稱(chēng)為結(jié)合后稱(chēng)為氧合氧合Hb。氧合。氧合Hb占總占總Hb的百分?jǐn)?shù)（稱(chēng)的百分?jǐn)?shù)（稱(chēng)百分飽和度百分飽和度）隨隨O2 2濃度變化而改變。濃度變化而改變。（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基（二）血紅蛋白亞基構(gòu)象變化可影響亞基與氧結(jié)合與氧結(jié)合生物化學(xué)與分子生物學(xué)系Mb與與Hb氧解離曲線(xiàn)的比較氧解離曲線(xiàn)的比較氧飽和度氧飽和度= 100% Myoglobin has a very high affinity for oxygen ; it is already 50 percent satura

58、ted with oxygen at only 1 to 2mmHg .The oxygen saturation curve of myoglobin is a simple hyperbolic curve . HbO2HbO2+HbP P5050（即（即Y=0.5Y=0.5時(shí)的氧分壓時(shí)的氧分壓) )可作為氧親和力的指標(biāo)可作為氧親和力的指標(biāo)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系Mb與與Hb氧解離曲線(xiàn)的比較氧解離曲線(xiàn)的比較 The affinity of hemoglobin for oxygen is much lower, the oxygen saturation curve of hemoglobi

59、n is sigmoid . This shape indicates that the affinity of hemoglobin for binding the first molecule of oxygen is relatively very low.In fact, the increase in the affinity of hemoglobing for oxygen ,after the first oxygen is bound, is almost 500-fold.生物化學(xué)與分子生物學(xué)系血紅蛋白氧合的血紅蛋白氧合的協(xié)同效應(yīng)使其有協(xié)同效應(yīng)使其有效的行使輸送氧效的行使輸

60、送氧氣的功能氣的功能而肌紅蛋白往往而肌紅蛋白往往是貯存氧氣是貯存氧氣生物化學(xué)與分子生物學(xué)系n協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)( (cooperativity) )一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)一個(gè)寡聚體蛋白質(zhì)的一個(gè)亞基與其配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合后，能影響此寡聚體中另一個(gè)亞基與配體結(jié)合能力的現(xiàn)象，稱(chēng)為合能力的現(xiàn)象，稱(chēng)為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)。 如果是促進(jìn)作用則稱(chēng)為如果是促進(jìn)作用則稱(chēng)為正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng) ( (positive cooperativity) )如果是抑制作用則稱(chēng)為如果是抑制作用則稱(chēng)為負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)( (negative cooperativity) )生物化學(xué)與分