蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

授課人:郭睿

山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室當(dāng)前1頁，總共111頁。主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)的分子組成──氨基酸第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)第五節(jié)蛋白質(zhì)的分離、純化與結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)前2頁，總共111頁。第一節(jié)蛋白質(zhì)的化學(xué)組成一、蛋白質(zhì)的元素組成生物體的主要含氮物蛋白質(zhì)

C、H、O、N、S

蛋白質(zhì)的平均含氮量:16％N含量16蛋白質(zhì)含量100

蛋白質(zhì)含量＝N含量×6.25＝當(dāng)前3頁，總共111頁。三聚氰胺當(dāng)前4頁，總共111頁。H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式R二、蛋白質(zhì)的分子組成——氨基酸

1.組成人體蛋白質(zhì)有20種氨基酸，19種為L-α-氨基酸

當(dāng)前5頁，總共111頁。根據(jù)甘油醛構(gòu)型確定D型和L型當(dāng)前6頁，總共111頁。-氨基酸結(jié)構(gòu)通式

當(dāng)前7頁，總共111頁。

甘氨酸

Glycine2.氨基酸的分類▲（根據(jù)側(cè)鏈和理化性質(zhì)）非極性脂肪族氨基酸結(jié)構(gòu)最簡單、分子最小當(dāng)前8頁，總共111頁。氨基酸的分類

非極性脂肪族氨基酸甘氨酸

Glycine丙氨酸

Alanine當(dāng)前9頁，總共111頁。氨基酸的分類

甘氨酸

Glycine丙氨酸

Alanine纈氨酸

Valine亮氨酸

Leucine異亮氨酸

Ileucine

非極性脂肪族氨基酸當(dāng)前10頁，總共111頁。

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine芳香族氨基酸當(dāng)前11頁，總共111頁。氨基酸的分類

芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸Trytophan當(dāng)前12頁，總共111頁。

絲氨酸

Serine蘇氨酸

Threonine

含羥基氨基酸含羥基的氨基酸當(dāng)前13頁，總共111頁。

芳香族氨基酸

酪氨酸Tyrosine當(dāng)前14頁，總共111頁。

蛋氨酸（甲硫氨酸）

Methionine

含硫氨基酸含硫氨基酸當(dāng)前15頁，總共111頁。氨基酸的分類

蛋氨酸

Methionine半胱氨酸

Cysteine含硫氨基酸當(dāng)前16頁，總共111頁。唯一的亞氨基酸▲脯氨酸Proline當(dāng)前17頁，總共111頁。

天冬氨酸

Aspartate酸性氨基酸★★

含有兩個(gè)羧基當(dāng)前18頁，總共111頁。氨基酸的分類

天冬氨酸Aspartate谷氨酸

Glutamate

酸性氨基酸當(dāng)前19頁，總共111頁。

天冬酰胺Asparagine

含酰胺氨基酸含酰胺鍵的氨基酸當(dāng)前20頁，總共111頁。氨基酸的分類

天冬酰胺Asparagine谷氨酰胺

Glutamine

含酰胺氨基酸當(dāng)前21頁，總共111頁。

精氨酸

Arginine堿性氨基酸★含有胍基

當(dāng)前22頁，總共111頁。氨基酸的分類

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine◆含有兩個(gè)氨基當(dāng)前23頁，總共111頁。氨基酸的分類

堿性氨基酸精氨酸

Arginine賴氨酸

Lysine組氨酸

Histidine含有咪唑基當(dāng)前24頁，總共111頁。pH=pI+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子3.氨基酸的理化性質(zhì)（1）兩性解離

等電點(diǎn)當(dāng)前25頁，總共111頁。酪氨酸、色氨酸和苯丙氨酸在近紫外區(qū)(220-300nm)有吸收光的能力

最大光吸收在280nm摩爾吸收系數(shù)波長（2）紫外吸收特性當(dāng)前26頁，總共111頁。NH3CO2RCHO+還原性茚三酮+(弱酸)加熱3H20水合性茚三酮+2NH3+水合性茚三酮還原性茚三酮藍(lán)紫色化合物（3）茚三酮顯色當(dāng)前27頁，總共111頁。+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵三、氨基酸的連接當(dāng)前28頁，總共111頁。肽單元,肽鍵平面當(dāng)前29頁，總共111頁。肽平面內(nèi)各個(gè)鍵的鍵長和鍵角肽健當(dāng)前30頁，總共111頁。當(dāng)前31頁，總共111頁。當(dāng)前32頁，總共111頁。肽鍵和肽的結(jié)構(gòu)如圖所示絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸當(dāng)前33頁，總共111頁?！癇eadsonastring”當(dāng)前34頁，總共111頁。谷胱甘肽(glutathione,GSH)1.三肽2.γ-羧基形成肽鍵3.-SH為功能基團(tuán)4.具有還原性當(dāng)前35頁，總共111頁。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次一級結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)超二級結(jié)構(gòu)模體結(jié)構(gòu)域第二節(jié)蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)當(dāng)前36頁，總共111頁。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要層次一級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)

超二級結(jié)構(gòu)模體結(jié)構(gòu)域

當(dāng)前37頁，總共111頁。一、蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)多肽鏈N端到C端的氨基酸殘基排列順序主要的化學(xué)鍵:肽鍵，也包括特殊的二硫鍵。當(dāng)前38頁，總共111頁。當(dāng)前39頁，總共111頁。二、蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)局部肽段主鏈骨架原子的相對空間位置，不涉及側(cè)鏈的構(gòu)象。主要的化學(xué)鍵：氫鍵主要形式有：

α－螺旋

β－折疊

β－轉(zhuǎn)角

無規(guī)則卷曲

當(dāng)前40頁，總共111頁。（一）-螺旋目錄當(dāng)前41頁，總共111頁。當(dāng)前42頁，總共111頁。1.右手螺旋2.每圈螺旋含3.6個(gè)氨基酸殘基螺距為0.54nm3.側(cè)鏈伸向螺旋外側(cè)4.每個(gè)肽鍵C=O的O與C端方向第四個(gè)肽鍵N-H的H形成氫鍵，氫鍵的方向與螺旋軸平行

-螺旋的結(jié)構(gòu)要點(diǎn)：當(dāng)前43頁，總共111頁。α-螺旋結(jié)構(gòu)形成的限制因素:Pro不能形成靜電斥力防礙α螺旋的形成空間位阻大防礙α螺旋的形成當(dāng)前44頁，總共111頁。（二）-折疊當(dāng)前45頁，總共111頁。當(dāng)前46頁，總共111頁。兩條以上平行排列成鋸齒狀側(cè)鏈交替位于平面上下方。氫鍵與長軸垂直。-折疊有兩種類型平行式：相鄰肽段走向平行

反平行式：相鄰肽段的走向相反

-折疊的特點(diǎn)當(dāng)前47頁，總共111頁。NNN平行式當(dāng)前48頁，總共111頁。NCN反平行式當(dāng)前49頁，總共111頁。當(dāng)前50頁，總共111頁。當(dāng)前51頁，總共111頁。（三）轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲-當(dāng)前52頁，總共111頁。（四）超二級結(jié)構(gòu)和模體超二級結(jié)構(gòu)：有規(guī)則的二級結(jié)構(gòu)組合體

側(cè)重結(jié)構(gòu)模體（motif）：具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)

側(cè)重功能

（具有特定功能、特征性的氨基酸序列）當(dāng)前53頁，總共111頁。超二級結(jié)構(gòu)形式ββααβαβ當(dāng)前54頁，總共111頁。k當(dāng)前55頁，總共111頁。常見模體形式鈣結(jié)合蛋白中結(jié)合鈣離子的模體鋅指結(jié)構(gòu)當(dāng)前56頁，總共111頁。三、蛋白質(zhì)的三級結(jié)構(gòu)整條多肽鏈全部氨基酸殘基的相對空間位置

是一條多肽鏈的最高級結(jié)構(gòu)，包括側(cè)鏈的構(gòu)象。穩(wěn)定蛋白質(zhì)三維構(gòu)象的作用力有:鹽鍵;氫鍵;疏水鍵;范德華力β-折疊β-轉(zhuǎn)角無規(guī)卷曲

α-螺旋當(dāng)前57頁，總共111頁。肌紅蛋白當(dāng)前58頁，總共111頁。結(jié)構(gòu)域1結(jié)構(gòu)域2-折疊-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)域（domain）

100～200個(gè)氨基酸殘基；

具有相對獨(dú)立的三維結(jié)構(gòu)和特定功能

分子量較大的蛋白質(zhì)?？煞指畛啥鄠€(gè)結(jié)構(gòu)緊密的區(qū)域，并具有特定的功能，稱為結(jié)構(gòu)域。

當(dāng)前59頁，總共111頁。當(dāng)前60頁，總共111頁。四、蛋白質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)兩個(gè)以上具有三級結(jié)構(gòu)的多肽鏈按一定方式聚合形成特定構(gòu)象的蛋白質(zhì)分子。其中每條多肽鏈稱為亞基。亞基之間的作用力主要包括：氫鍵、離子鍵、范德華力和疏水鍵。當(dāng)前61頁，總共111頁。血紅蛋白的四級結(jié)構(gòu)

當(dāng)前62頁，總共111頁。血紅蛋白四級結(jié)構(gòu)血紅素輔基當(dāng)前63頁，總共111頁。當(dāng)前64頁，總共111頁。當(dāng)前65頁，總共111頁。肌紅蛋白分子和血紅蛋白的-亞基

myoglobin

βchainhemoglobin當(dāng)前66頁，總共111頁。一級結(jié)構(gòu)

二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)四級結(jié)構(gòu)當(dāng)前67頁，總共111頁。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次

一級結(jié)構(gòu)（多肽鏈的氨基酸殘基排列順序）二級結(jié)構(gòu)（多肽鏈局部主鏈骨架原子的空間結(jié)構(gòu)）超二級結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)單位的集合體）模體（具有特殊功能的超二級結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)域（三級結(jié)構(gòu)中可明顯區(qū)分的區(qū)域）三級結(jié)構(gòu)（一條多肽鏈所有原子的空間排布）四級結(jié)構(gòu)（由兩個(gè)以上亞基締合而成的集合體）

當(dāng)前68頁，總共111頁。第三節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

一、一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)二、蛋白質(zhì)的功能依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)當(dāng)前69頁，總共111頁。一、一級結(jié)構(gòu)是高級結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)

1、氨基酸殘基的排列順序決定蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)

當(dāng)前70頁，總共111頁。當(dāng)前71頁，總共111頁。2、相似的一級結(jié)構(gòu)有相似的空間結(jié)構(gòu)和功能

細(xì)胞色素Ｃ

根據(jù)細(xì)胞色素C一級結(jié)構(gòu)種屬差異建立起來的進(jìn)化樹生物與人不同的AA數(shù)目黑猩猩0恒河猴1兔9袋鼠10牛、豬、羊、狗11馬12雞、火雞13

當(dāng)前72頁，總共111頁。3、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)的變異與分子病

血紅蛋白異常病變鐮刀形紅細(xì)胞性貧血病

當(dāng)前73頁，總共111頁。-鏈N端氨基酸排列順序12345678

Hb-A（正常人）Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-Lys…Hb-S（患者）Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-Lys…當(dāng)前74頁，總共111頁。1.空間構(gòu)象是蛋白質(zhì)功能的基礎(chǔ)NativeribonucleaseDenativereducedribonucleaseNativeribonuclease8Mureaand-mercapotoethanolDialysis變性復(fù)性二、蛋白質(zhì)的功能依賴于正確的空間結(jié)構(gòu)當(dāng)前75頁，總共111頁。2.一級結(jié)構(gòu)局部斷裂與蛋白質(zhì)的激活胰島素原與胰島素（牛胰島素原的激活）

ArgLysArg（C肽）當(dāng)前76頁，總共111頁。血紅蛋白亞基構(gòu)象改變影響運(yùn)氧功能3.蛋白質(zhì)的構(gòu)象改變與功能相吻合當(dāng)前77頁，總共111頁。當(dāng)前78頁，總共111頁。當(dāng)前79頁，總共111頁。氧的結(jié)合改變了血紅蛋白的空間構(gòu)象蛋白質(zhì)與配體的可逆結(jié)合——肌紅蛋白與血紅蛋白當(dāng)前80頁，總共111頁。當(dāng)前81頁，總共111頁。血紅蛋白變構(gòu)時(shí)的亞基移動(dòng)

當(dāng)前82頁，總共111頁。當(dāng)前83頁，總共111頁。4.蛋白構(gòu)象疾病蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)不變，但折疊過程發(fā)生錯(cuò)誤，引起構(gòu)象改變，導(dǎo)致疾病.瘋牛病,老年癡呆癥.一級結(jié)構(gòu)是決定空間結(jié)構(gòu)和功能的重要基礎(chǔ)，但絕不是唯一因素.分子伴侶參與新生肽鏈的折疊.當(dāng)前84頁，總共111頁。分子伴侶(chaperon)通過提供一個(gè)保護(hù)環(huán)境使新生肽鏈折疊成天然構(gòu)象的一類蛋白質(zhì)。*可逆地與未折疊肽段的疏水部分結(jié)合、松開，如此重復(fù)進(jìn)行可使肽鏈正確折疊。*與錯(cuò)誤聚集的肽段結(jié)合，誘導(dǎo)其正確折疊。*對蛋白質(zhì)分子中二硫鍵的正確形成起重要作用。作用：當(dāng)前85頁，總共111頁。當(dāng)前86頁，總共111頁。當(dāng)前87頁，總共111頁。當(dāng)前88頁，總共111頁。pH=pI

凈電荷=0pH<pI凈電荷為正pH>pI凈電荷為負(fù)PrCOOHNH3++H++OH-+H++OH-PrCOO-NH2PrCOO-NH3+

一、兩性解離和等電點(diǎn)

第四節(jié)蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)當(dāng)前89頁，總共111頁。二、紫外吸收特性

280nm特征吸收峰可對蛋白質(zhì)進(jìn)行定性定量鑒定當(dāng)前90頁，總共111頁。

雙縮脲反應(yīng)酚試劑反應(yīng)→蛋白質(zhì)定量、定性

茚三酮反應(yīng)測定常用方法

三、顯色反應(yīng)當(dāng)前91頁，總共111頁。雙縮脲反應(yīng)——蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)在堿性溶液中也能與硫酸銅發(fā)生相同反應(yīng)，產(chǎn)生紫紅色絡(luò)合物紫紅色絡(luò)合物(鹼性溶液)Cu2+當(dāng)前92頁，總共111頁。四、蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)

水化膜

電荷效應(yīng)

當(dāng)前93頁，總共111頁。五、蛋白質(zhì)的沉淀

高濃度中性鹽（鹽析、鹽溶）

酸堿（等電點(diǎn)沉淀）

有機(jī)溶劑沉淀

重金屬鹽類沉淀

生物堿試劑和