第二章蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)

第二章蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、蛋白質(zhì)通論（一）蛋白質(zhì)的化學組成與分類1元素組成CHONSPFeC：50%H：7%O：23%N：16%S：0－3%其他：微量P：牛奶中的酪蛋白含磷Fe:血中的血紅蛋白含鐵。I：甲狀腺中甲狀腺球蛋白含碘。第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2．蛋白質(zhì)的平均含N量16%凱氏定氮的基礎

蛋白質(zhì)含量＝蛋白N×1/16%=蛋白N×6.253．蛋白質(zhì)由20種L－型、α－AA組成的長鏈分子第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4．蛋白質(zhì)的分類三種方法①．根據(jù)組成

簡單蛋白――蛋白質(zhì)完全由AA組成。Eg．核糖核酸酶、胰島素

結(jié)合蛋白――除了蛋白質(zhì)部分外，還有非蛋白質(zhì)成分（輔基、配基）eg.血紅蛋白、核蛋白第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月表3－1簡單蛋白質(zhì)的分類1．清蛋白（albumin）：溶于水及稀鹽、稀酸或稀堿溶液。為飽和硫酸銨所沉淀。廣泛存在于生物體內(nèi)，如血清清蛋白、乳清蛋白等。2．球蛋白（globulin）:為半飽和硫酸銨所沉淀。不溶于水而溶于稀鹽溶液的稱擬球蛋白（euglobulin）;溶于水的稱擬球蛋白（pseudoglobulin）.普遍存在于生物體內(nèi)，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物種子球蛋白等。第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3．谷蛋白（glutelin）:不溶于水、醇及中性鹽溶液，但易溶于稀酸或稀堿。如米谷蛋白（oryzenin）和麥谷蛋白（glutanin）等。4．醇溶谷蛋白（prolamine）:不溶于水及無水乙醇，但溶于70－80%乙醇中。組成上的特點是脯氨酸和酰胺較多，非極性側(cè)鏈遠較極性側(cè)鏈多。這類蛋白質(zhì)主要存在于植物種子中。如玉米醇溶蛋白（zein）、麥醇溶蛋白（gliadin）等。5．組蛋白（histone）:溶于水及稀酸，但為稀氨水所沉淀。分子中組氨酸、賴氨酸較多，分子呈堿性。如小牛胸腺組蛋白等。第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月6．魚精蛋白（protamine）:溶于水及稀酸，不溶于氨水。分子呈堿性。如鮭精蛋白（salmin）等。7．硬蛋白（scleroprotain）:不溶于水、鹽、稀酸或稀堿。這類蛋白是動物體內(nèi)作為結(jié)締及保護功能的蛋白質(zhì)。例如，角蛋白（keratin）、膠原（collagen）、網(wǎng)硬蛋白（reticulin）和彈性蛋白（elastin）等。第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月表3－2結(jié)合蛋白質(zhì)的分類1．核蛋白（nucleoprotain）：輔基是核酸，如脫氧核糖核蛋白、核糖體、煙草花葉病毒等。2．脂蛋白（lipoprotain）:與脂質(zhì)結(jié)合的蛋白質(zhì)。脂質(zhì)成分有磷脂、固醇和中性脂等。如血中的β1－脂蛋白。卵黃球蛋白（lipovitellin）等。3．糖蛋白（glycoprotein）和粘蛋白（mucoprotein）:輔基成分為半乳糖、甘露糖、己糖胺、己糖醛酸、唾液酸、硫酸或磷酸等。如卵清蛋白、γ－球蛋白，血清類粘蛋白（seromucoid）等。第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4．磷蛋白（phosphoprotein）：磷酸基通過酯鍵與蛋白質(zhì)中的絲氨酸或蘇氨酸殘基側(cè)鏈相連。如酪蛋白胃蛋白酶等。5．血紅素蛋白（hemoprotein）:輔基為血紅素，它是卟啉類化合物，卟啉環(huán)中心含有金屬。含鐵的如血紅蛋白、細胞色素c，含的有葉綠蛋白，含銅的有血藍蛋白（Hemocyanin)等。6．黃素蛋白（flavoprotein）:輔基為黃素嘌呤二核苷酸。如琥珀酸脫氫、D－氨基酸氧化酶等。7．金屬蛋白（metalloprotein）:與金屬直接結(jié)合的蛋白質(zhì)。如鐵蛋白（ferritin）含鐵，乙醇脫氫酶含鋅，黃嘌呤氧化酶含鉬和鐵等。第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月②根據(jù)分子的形狀球狀蛋白質(zhì)――分子對稱性佳，外形接近球狀或橢球狀，溶解度較好，能結(jié)晶。Eg.血紅蛋白、血清球蛋白。纖維狀蛋白質(zhì)――對稱性差，分子類似細棒或纖維可溶性纖維狀蛋白質(zhì)――肌球蛋白。不溶性纖維狀蛋白質(zhì)――膠原、彈性蛋白。第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月③根據(jù)功能分類酶、運輸?shù)鞍住I養(yǎng)和貯存蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)、防御蛋白質(zhì)、運動蛋白質(zhì)第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）蛋白質(zhì)的大小與分子量蛋白質(zhì)是分子量很大的生物分子1．均一的蛋白質(zhì)它的所有分子在AA的組成和順序以及肽鏈的長度方面是相同的2．寡聚蛋白質(zhì)某些蛋白質(zhì)是由兩個或更多個蛋白質(zhì)亞基（多肽鏈）通過非共價結(jié)合而成的。特點：a.可解離成亞基，但相當穩(wěn)定。b.可以結(jié)晶的形式從組織中分離。c.有此蛋白質(zhì)以寡聚蛋白質(zhì)表現(xiàn)其活性的。第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3．簡單蛋白質(zhì)AA殘基數(shù)目的估算。蛋白分子量AA殘基的數(shù)目＝――――――――110因為，AA殘基的平均分子量＝128－18＝110。第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）蛋白質(zhì)的構(gòu)象――每一種天然的蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)稱蛋白質(zhì)的構(gòu)象。纖維狀蛋白質(zhì)――α螺旋：多肽鏈沿著纖維縱軸的方向借助鏈內(nèi)氫鍵卷曲而成。β折疊片：借助鏈間氫鍵連接而成球狀蛋白質(zhì)――多肽鏈盤繞成緊密的球狀結(jié)構(gòu)。第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

-KeratinAfibrousstructuralproteincoiledintoaright-handedhelicalsecondarystructure,

-helixstabilizedbyH-bondsbbetweenamideN–HgroupsandC=Ogroupsfourresiduesawaya-helicalsegmentsintheirchains第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同組織層次（level,hierarchy)一級結(jié)構(gòu)――指多肽鏈共價主鏈的AA順序。二級結(jié)構(gòu)――指多肽鏈借助氫鍵排列成沿一維方向具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。eg.α螺旋β折疊三級結(jié)構(gòu)――指多肽鏈借助各種次級鍵（非共價鍵）盤繞成具有特定肽鏈走向的緊密球狀構(gòu)象。四級結(jié)構(gòu)――指寡聚蛋白質(zhì)中各亞基之間在空間上的相互關系或結(jié)合方式。亞基又有自己特定的三維構(gòu)象。第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Proteinshierarchy第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（四）蛋白質(zhì)功能的多樣性蛋白質(zhì)順序異構(gòu)現(xiàn)象是蛋白質(zhì)生物功能多樣性和種屬特異性的結(jié)構(gòu)基礎。（A2020＝20?。?×1018種）第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月1．作為有機體新陳代謝的催化劑――酶。2．作為有機體的結(jié)構(gòu)成分。膠原纖維。3．具有貯存AA的功能。用作有機體及其胚胎或幼體生長發(fā)育的原料。卵清蛋白4．具有運輸?shù)墓δ?。血紅蛋白5．有些蛋白是肌肉收縮系統(tǒng)的必要成分。肌球蛋白、肌動蛋白第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月6．具有激素的功能。對生物體內(nèi)的新陳代謝起調(diào)節(jié)作用。胰島素7．具有防御功能。免疫反應。（抗體、抗原）。8．具有接受和傳遞信息的作用――受體。9．調(diào)節(jié)或控制細胞的生長，分化和遺傳信息的表達。阻遏蛋白。第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二、蛋白質(zhì)的共價結(jié)構(gòu)→蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)→AA順序

蛋白質(zhì)分子中AA連接的基本方式肽鍵第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（一）肽和肽鍵的結(jié)構(gòu)肽：是由一個氨基酸的羧基和另一個氨基酸的氨基脫水縮合而成的化合物。

第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月肽鍵：氨基酸間脫水后形成的共價鍵稱肽鍵（酰氨鍵），其中的氨基酸單位稱氨基酸殘基。第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗依據(jù)：（1）蛋白質(zhì)分子中游離的α-氨基，α-羧基很少。若水解，游離α-氨基，α-羧基以等mol數(shù)增加→說明α氨基，α-羧基參與某種結(jié)合，水解時，這種結(jié)合斷開。（2）人工合成肽能被蛋白酶水解。

O‖（3）包含-C-N-H基團的化合物如雙縮脲H2N-CO-NH-NH2能與酸銅--氫氧化鈉溶液產(chǎn)生雙縮脲顏色反應。天然蛋白質(zhì)也存同樣反應。第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）人工合成的多聚AA的X射線衍射圖案和紅外吸收光譜與天然的纖維狀蛋白質(zhì)十分相似。（5）我國在世界上首次人工合成蛋白質(zhì)-結(jié)晶牛胰島素的成功，完全證明了蛋白質(zhì)的肽鏈結(jié)構(gòu)學說的正確性。第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二肽：二個AA組成，包含一個肽鍵三肽：包含三個AA四肽：包含四個AA五肽：包含五個AA

AA殘基--肽鏈中的AA由于參加肽鏈的形成已經(jīng)不是原來完整的分子．第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月由兩個氨基酸形成的肽叫二肽，

少于10個氨基酸的肽叫寡肽，

多于10個氨基酸的肽叫多肽。

第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月肽鏈的書寫NH2末端AA殘基放在左邊COOH末端AA殘基放在右邊共價主鏈－－肽鏈中的骨干是由（分子式）NCCNCCNCCNCC….NCC單位規(guī)則地重復排列而成。側(cè)鏈Ｒ：由不同的氨基酸殘基構(gòu)成

第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月在多肽鏈中，肽鏈的一端保留著一個α－氨基，另一端保留一個α－羧基，帶α－氨基的末端稱氨基末端(N端)；帶α－羧基的末端稱羧基末端(C端)。書寫多肽鏈時可用略號，N端寫于左側(cè)，用H做標志，C端于右側(cè)用OH表示。肽詳細命名時為××?！痢刘！痢了?。第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月名稱：絲氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸

寫法：

ＮSer-Gly--Try-Ala---Leu或ＳＧＹＡＬ，如果倒過來寫，則表示不同的肽，如Leu—Ala---Tyr---Gly---Ser。

第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月肽鍵的結(jié)構(gòu)特點：（1）酰胺氮上的孤對電子與相鄰羰基之間的共振作用，形成共振雜化體，穩(wěn)定性高。

（2）肽鍵具有部分雙鍵性質(zhì)，不能自由旋轉(zhuǎn)，具有平面性。第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月C－N鍵長：0.184nmC＝N鍵長：0.127nmC---N鍵長：0.132nmC---N具40％雙鍵性質(zhì)C＝O具40％單鍵性質(zhì)第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）肽鍵亞氨基在pH0---14內(nèi)不解離。（4）肽鏈中的肽鍵一般是反式構(gòu)型，而Pro的肽鍵可能出現(xiàn)順、反兩種構(gòu)型．

第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月二硫鍵－－使兩條單獨的肽鏈共價交聯(lián)起來（鏈間二硫鍵）使一條鏈的某一部份形成（鏈內(nèi)二硫鍵）兩個半胱AA殘基的側(cè)鏈之間形成的二硫鍵，即胱AA殘基的二硫鍵第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月DisulfidesThiolsinadjacentchainscanformadisulfideRS–SRthroughspontaneousoxidation(see18.10)Adisulfidebondbetweencysteineresiduesindifferentpeptidechainslinkstheotherwiseseparatechainstogether,whileadisulfidebondbetweencysteineresiduesinthesamechainformsaloop第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）

肽的重要性質(zhì)

1、

旋光性

一般短肽的旋光度等于其各個氨基酸的旋光度的總和。蛋白質(zhì)水解得到的各種短肽，只要不發(fā)生消旋作用，也具有旋光性。

第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2、

肽的酸堿性質(zhì)短肽在晶體和水溶液中也是以偶極離子形式存在。

在pH0―14范圍內(nèi)，肽鍵中的亞氨基不解離，因此肽的酸堿性質(zhì)主要取決于Ｎ端α－ＮＨ２和Ｃ端α－COOH以及側(cè)鏈Ｒ上可解離的基團。第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月在長肽或蛋白質(zhì)中，可解離的基團主要是側(cè)鏈基團。

肽中的末端α－COOHpK值比游離a.a中的大一些，而末端α－Ｎ＋Ｈ３的pK值比游離氨基酸中的小一些，R基變化不大。第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月規(guī)則：當溶液pH大于解離側(cè)鏈的pK‘值，占優(yōu)的離子形式是該側(cè)鏈的共軛堿。當溶液pH小于解離側(cè)鏈的pK'值，占優(yōu)的離子形式是它的共軛酸。

第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Gly—Glu—Lys—Ala的解離：pH占優(yōu)勢離子的凈電荷：

<3.5+2

3.5-4.5+1

4.5-7.80

7.8-10.2-1

>10.2-2

第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月凈電荷為零時的溶液pH就是該肽的等電點（pI）。多肽的等電點，隨著肽鏈內(nèi)酸性氨基酸殘基數(shù)的增加而下降，隨著肽鏈內(nèi)堿性氨基酸殘基數(shù)的增加而上升。

多肽的等電點可以通過計算求得（如上例中），但殘基數(shù)增大時，此法不行?？蓪㈦逆渻?nèi)酸性殘基和堿性殘基進行清點比較，推測等電點偏酸還是偏堿，然后用等電點聚焦電泳進行實驗測定。第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3、

肽的化學反應和游離氨基酸一樣，肽的α—羧基，α—氨基和側(cè)鏈R基上的活性基團都能發(fā)生與游離氨基酸相似的反應。

凡是有肽鍵結(jié)構(gòu)