氨基酸和肽蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

1生物化學(xué)/Biochemistry趙晟（ShengZhao），東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物課件下載:（360云盤）Email:orQQ/MSN/Skype/gChat:手機:or概念、理論、研究、應(yīng)用Conception,theory,research,andapplication ——邏輯和自學(xué) ——LogicandLIY(LearnItYourself)2第一章:蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能

氨基酸和多肽3一個很酷的蛋白有神奇的顏色被稱為21世紀(jì)的標(biāo)記物2008年被頒發(fā)諾貝爾化學(xué)獎4綠色熒光蛋白（GFP）的來源1962在一種水母中發(fā)現(xiàn)：Aequoreavictoria55GFP的三維結(jié)構(gòu)被形象的描述成：“在罐子中作畫”每一個單體由11個反向平行的折疊片層呈柱狀包圍的一個位于中心的螺旋構(gòu)成，從而將熒光團(tuán)和溶劑隔離開來。柱狀體直徑30A，長40A熒光團(tuán)位于中心的螺旋上66GFP的用途7GFP在自然界、人生和歷史上的功能。。。一種自發(fā)熒光蛋白，能將水母素（Aequorin）蛋白的藍(lán)色化學(xué)發(fā)光轉(zhuǎn)化成綠色熒光。傳遞信息的一種方法，比如吸引獵物和一種保護(hù)機制。改變?nèi)松?992年最早克隆GFP基因序列的科學(xué)家普臘石因申請美國國家科學(xué)基金時，評審者說沒有蛋白質(zhì)發(fā)光的先例，就是找到了也沒什么價值。一氣之下不做科學(xué)研究，離開學(xué)術(shù)界去麻省空軍國民衛(wèi)隊基地，給農(nóng)業(yè)部動植物服務(wù)部工作。。。改變歷史：后來MartyChalfie第一次用GFP標(biāo)記線蟲，而美籍華人錢永健則系統(tǒng)地研究了綠色熒光蛋白的工作原理，并對它進(jìn)行了大刀闊斧的化學(xué)改造，不但大大增強了它的發(fā)光效率，還發(fā)展出了紅色、藍(lán)色、黃色熒光蛋白，使得熒光蛋白真正成為了一個琳瑯滿目的工具箱，供生物學(xué)家們選用。目前生物實驗室普遍使用的熒光蛋白，大部分是錢永健改造的變種。瑞典皇家科學(xué)院將綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)和改造與顯微鏡的發(fā)明相提并論，成為當(dāng)代生物科學(xué)研究中最重要的工具之一。8GFP之歌

——byChristopherDineshRajOh,fluorescentone!FromthetimetheyclonesyouAndthetime,Ifirstsetmyeyesuponyou,SomethingdrivesusTodosomethingnewwithyou……Onlytomakeyoupure.Youhavebeenglorifiedhere,Andstolenthere,Stillyoushinelikeanemeraldinmothernature’scrown.Allowmetomakeanewconstructoutofyou,Mutateandtransformyou,Shinesomebluelightuponyou,AndIamcertainmypeerswillturngreen,Yes,greenwithenvy,BecauseMYGFPisbrighter.FlorescentZebraXFPsLabeledEndoplasmaticReticulum99StructureofGFP一級結(jié)構(gòu) 236個氨基酸殘基二級結(jié)構(gòu) 11個反平行β-折疊(48%) *5個α-螺旋(5%) 20個β-轉(zhuǎn)角(彎曲) 2個γ轉(zhuǎn)角 12個βbulges 7個β發(fā)夾超二級結(jié)構(gòu)熒光團(tuán)

10各種蛋白質(zhì)含氮量很接近，平均16%，可據(jù)此推斷生物樣品中的蛋白質(zhì)含量（g%）=含氮克數(shù)6.25100氨基酸是組成蛋白質(zhì)的基本元件,存在自然界中的氨基酸有300余種，但組成蛋白質(zhì)的氨基酸主要只有20種類似的結(jié)構(gòu)不同的側(cè)鏈

（R基團(tuán)）所有生物含有同樣的這20種還有另外兩種比較少見的組成蛋白質(zhì)的氨基酸硒代半胱氨酸（selenocysteine）吡咯賴氨酸（pyrrolysine）蛋白質(zhì)不同的形狀和活性由組成其的不同氨基酸序列決定。氨基酸11不同側(cè)鏈(Rgroup)不同理化性質(zhì)-氨基(N-末端)-羧基(C-末端)-碳原子氨基酸12氨基酸性質(zhì)手性結(jié)構(gòu)與分類理化性質(zhì)聚合反應(yīng)的能力一.手性:L-氨基酸除了甘氨酸(R=H)，其他氨基酸都是手性分子，它們都有對映異構(gòu)體/立體異構(gòu)體，但自然界中只有一種異構(gòu)體：即L-氨基酸.D-丙氨酸和L-丙氨酸非極性脂肪族氨基酸極性中性氨基酸非電離氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸……芳香族氨基酸二、氨基酸結(jié)構(gòu)與分類根據(jù)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)親水/疏水帶電/不帶電(一)側(cè)鏈含烴鏈的氨基酸屬于非極性脂肪族氨基酸16(二)側(cè)鏈有極性但不帶電荷的氨基酸是極性中性氨基酸17(三)側(cè)鏈含芳香基團(tuán)的氨基酸是芳香族氨基酸18(四)側(cè)鏈含負(fù)性解離基團(tuán)的氨基酸是酸性氨基酸19(五)側(cè)鏈含正性解離基團(tuán)的氨基酸屬于堿性氨基酸特別的氨基酸

脯氨酸（亞氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH221第21和22種組成蛋白質(zhì)的氨基酸硒代半胱氨酸（selenocysteine）吡咯賴氨酸（pyrrolysine）22氨基酸圖表1.AminoAcid3-Letter1-LetterSide-chainpolaritySide-chaincharge(pH7.4)HydropathyindexAbsorbanceλmax(nm)AlanineAlaAnonpolarneutral1.8ArginineArgRBasicpolarpositive?4.5AsparagineAsnNpolarneutral?3.5AsparticacidAspDacidicpolarnegative?3.5CysteineCysCnonpolarneutral2.5250GlutamicacidGluEacidicpolarnegative?3.5GlutamineGlnQpolarneutral?3.5GlycineGlyGnonpolarneutral?0.4HistidineHisHBasicpolarpositive(10%)neutral(90%)?3.2211IsoleucineIleInonpolarneutral4.5LeucineLeuLnonpolarneutral3.8LysineLysKBasicpolarpositive?3.9MethionineMetMnonpolarneutral1.9PhenylalaninePheFnonpolarneutral2.8257,206,188ProlineProPnonpolarneutral?1.6SerineSerSpolarneutral?0.8ThreonineThrTpolarneutral?0.7TryptophanTrpWnonpolarneutral?0.9280,219TyrosineTyrYpolarneutral?1.3274,222,193ValineValVnonpolarneutral4.221stand22ndaminoacids3-Letter1-LetterSelenocysteineSecUPyrrolysinePylOAmbiguousAminoAcids3-Letter1-LetterAsparagineorasparticacidAsxBGlutamineorglutamicacidGlxZLeucineorIsoleucineXleJUnspecifiedorunknownaminoacidXaaXUnk

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Xaa,butislessstandard.23氨基酸圖表2.AminoAcid3-Letter1-LetterAlanineAlaAArginineArgRAsparagineAsnNAsparticacidAspDCysteineCysCGlutamicacidGluEGlutamineGlnQGlycineGlyGHistidineHisHIsoleucineIleILeucineLeuLLysineLysKMethionineMetMPhenylalaninePheFProlineProPSerineSerSThreonineThrTTryptophanTrpWTyrosineTyrYValineValV必須氨基酸人體有10種氨基酸不能自身合成，必須從食物獲得，這些氨基酸被稱為：必須氨基酸EssentialNonessentialHistidineAlanineIsoleucineArginine*LeucineAsparagineLysineAsparticacidMethionineCysteine*PhenylalanineGlutamicacidThreonineGlutamine*TryptophanGlycineValineOrnithine*Proline*Selenocysteine*Serine*Tyrosine*(*)Essentialonlyincertaincases.25非蛋白組成的氨基酸三、20種氨基酸具有共同或特異的理化性質(zhì)兩性解離及等電點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。

等電點(isoelectricpoint,pI)

在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和陰離子的趨勢及程度相等，成為兼性離子，呈電中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的等電點。（一）氨基酸具有兩性解離的性質(zhì)兼性離子兩性離子是一種雙極性離子，由于氨基酸同時含有酸（羧基）和堿（氨基），其內(nèi)部的酸堿反應(yīng)使之成為兼性離子。氨基酸兼性離子氨基酸在溶液中主要以兼性離子存在。28pKd

值：解離常數(shù)A=COO-B=H+A=NH3+B=OH-A=R-/+B=H+/OH-pH=pI=(pK1+pK2)/2+OH-pH>pI+H++OH-+H+pH<pI氨基酸的兼性離子陽離子陰離子pK1pK230丙氨酸的滴定曲線pI(等電點)=溶液中一個分子所帶正/負(fù)電荷相等時的pH值（即無靜電荷）。

pK1

羧基=2pK2

氨基=10pI=(pK1+pK2)/231谷氨酸的滴定曲線pK1

羧基=2.2pK2R基團(tuán)=4.3pK3氨基=9.7pI=(pK1+pK2)/2pI=(2.2+4.3)/2pI=3.2532pK1羧基=2.2pK2

氨基=9.0pK3R基團(tuán)=10.5pI=(pK2+pK3)/2pI=(9+10.5)/2pI=9.75賴氨酸的滴定曲線33無靜電荷水中溶解度最小蛋白質(zhì)在等電點時最容易發(fā)生沉淀可用于設(shè)計分離氨基酸的實驗方法：電泳離子交換等電點電泳35離子交換層析實驗原理-離子交換色譜原理流動相荷電固定相+++++-----洗脫交換-

分步收集洗脫的氨基酸樣品與茚三酮反應(yīng)。離子交換層析法分離氨基酸原理37離子交換層析法分離氨基酸原理分步收集洗脫的氨基酸樣品38蛋白質(zhì)的氨基酸組成分析

酸降解蛋白質(zhì)，得到單個氨基酸后進(jìn)行HPLC色譜分析含共軛雙鍵的氨基酸具有紫外吸收性質(zhì)色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在280nm

附近。大多數(shù)蛋白質(zhì)含有這兩種氨基酸殘基，所以測定蛋白質(zhì)溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白質(zhì)含量的快速簡便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收40不同側(cè)鏈(Rgroup)各種活性基團(tuán)決定氨基酸的化學(xué)反應(yīng)活性-氨基(N-末端)-羧基（C-末端）氨基酸的化學(xué)反應(yīng)-碳原子41茚三酮反應(yīng)氨基酸與茚三酮水合物共熱，可生成藍(lán)紫色化合物，其最大吸收峰在570nm處。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。凱氏微量定氮法氨基反應(yīng)生成氮氣的量可用于定量蛋白質(zhì)。42和甲醛反應(yīng)氨基反應(yīng)蛋白質(zhì)固定時與多聚甲醛反應(yīng)肽鍵是氨基酸彼此連接起來形成多肽和蛋白質(zhì)的重要化學(xué)鍵肽鍵氨基和羧基反應(yīng)44R-基團(tuán)疏水/親水作用內(nèi)部/外部組氨酸的咪唑基團(tuán)生理pH值時作為質(zhì)子供體或受體常見于酶反應(yīng)中心絲氨酸和蘇氨酸的羥基(-OH)，以及半胱氨酸的巰基(-SH)

酶催化時常作為親核基團(tuán)巰基可形成二硫鍵半胱氨酸+胱氨酸二硫鍵-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3R基團(tuán)的反應(yīng)4646GFP的結(jié)構(gòu)一級結(jié)構(gòu) 236個氨基酸殘基二級結(jié)構(gòu) 11個反平行β-折疊(48%) *5個α-螺旋(5%) 20個β-轉(zhuǎn)角(彎曲) 2個γ轉(zhuǎn)角 12個βbulges 7個β發(fā)夾超二級結(jié)構(gòu)熒光團(tuán)

47肽鍵(peptidebond)是由一個氨基酸的-羧基與另一個氨基酸的-氨基脫水縮合而形成的化學(xué)鍵。（一）氨基酸通過肽鍵連接而形成肽

(peptide)多肽+-HOH甘氨酰甘氨酸肽鍵N末端：多肽鏈中有游離α-氨基的一端C末端：多肽鏈中有游離α-羧基的一端多肽鏈有兩端：多肽鏈(polypeptidechain)是指許多氨基酸之間以肽鍵連接而成的一種結(jié)構(gòu)。N末端C末端牛核糖核酸酶51自然界存在的肽非核糖體合成的肽由核糖體之外的一系列酶體系合成可能含D-氨基酸例子：谷胱