蛋白质的组成与结构.ppt

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1、究竟是先有鸡还是先有蛋？,这一经典问题困扰了人类数百年。近日，英国科学家宣称已经破解了这个谜团，答案就是先有鸡后有蛋，理由是他们发现一种能够催化蛋壳形成的蛋白质只存在于鸡的卵巢内。,英国的谢菲尔德大学和华威大学的研究人员日前撰写了一篇题为蛋壳蛋白质晶核的结构控制的论文，文中详细阐述了科学家用一台超级电脑“放大”鸡蛋形成过程所得出的结论：一种名为ovocledidin-17（简称OC-17）的蛋白是加速蛋壳生长的催化剂，没有OC-17蛋白，鸡蛋的外表就无法结晶形成蛋壳。这种蛋白将碳酸钙转换为构成蛋壳的方解石晶体。方解石晶体存在于许多骨骼和蛋壳内，但母鸡形成方解石晶体的速度比任何物种都快每24小时

2、生成6克蛋壳。,谢菲尔德大学工程材料系博士科林弗里曼介绍说：“科学家以前就发现了OC-17蛋白，并猜测它与鸡蛋形成有关。但在展开细致研究后，我们终于了解到它是如何控制鸡蛋形成过程的。有趣的是，各种禽类似乎都有类似OC-17这样可催化蛋壳形成的蛋白。”弗里曼下结论说：“有了蛋壳、蛋黄和保护小鸡的液体才有地方住，要是没有鸡卵巢里的OC-17蛋白就不可能有鸡蛋。因此，一定是先有鸡再有蛋。”,第2章 蛋白质的组成与结构,一、蛋白质的元素组成二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸三、肽键和肽,1 蛋白质的组成单位,生物大分子：也称“生物高分子”，不但有生物功能，而且分子量较大，其结构也比较复杂。生物大分子是生

3、物体的重要组成成份，是生命活动的主要物质基础，因而被称为生命物质。生物大分子的主要类型有蛋白质、核酸、多糖。,什么是蛋白质?,蛋白质(protein)是由许多氨基酸(amino acids)通过肽键(peptide bond)相连形成的高分子含氮化合物。,蛋白质的生物学重要性,1.蛋白质是生物体重要组成成分分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。,1）作为生物催化剂（酶）2）代谢调节作用3）免疫保护作用4）物质的转运和存储5）运动与支持作用6）参与细胞间信息传递,2

4、.蛋白质具有重要的生物学功能,3.氧化供能,组成蛋白质的元素,主要有C、H、O、N 和 S。C（5055%）、H（68%）、O（2023%）N（1518%）、S（04%）有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。,各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。,由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：,100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数 6.25100,1/16%,蛋白质元素组成的特点,知识点 1,一、蛋白质的元素组成二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸三、肽键和肽,1 蛋白质的组成单位,

5、1.氨基酸的结构通式 2.分类 3.几种特殊氨基酸 4.氨基酸的两性离解和等电点 5.芳香族氨基酸的紫外吸收 6.氨基酸的应用,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,氨基酸组成蛋白质的基本单位,存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20 种，且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。,知识点 2,科学家首次合成第21种氨基酸,生物体能按照DNA上的遗传信息生产氨基酸，再用氨基酸合成蛋白质。几乎所有的生物都能产生20种氨基酸。美国科学家通过改变大肠杆菌的基因，使大肠杆菌能够产生一种叫做“对氨苯丙氨酸”的新型氨基酸。并且，从理论上来说，利用类似方法还能够生成其他的氨基酸。,1.氨基酸的

6、结构通式 2.分类 3.几种特殊氨基酸 4.氨基酸的两性离解和等电点 5.芳香族氨基酸的紫外吸收 6.氨基酸的应用,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,氨 基 酸 的 通 式,HOOC COOH H2N C H H C NH2 R R L-氨基酸 D-氨基酸,构型与构象的区别,构型（configuration）是指在立体异构体中取代原子或基团在空间的取向，如氨基酸的D型和L型等，只有分子的共价键断裂，才能使一种构型变成另一种构型。构象（conformation）也是一种分子的立体结构。是指取代基团当单键旋转时可能形成的不同空间立体结构。,构型与构象的区别,构象的改变并不改变其共价键结构（原子只在

7、单链周围旋转）。例如酶与底物，抗体与抗原，生物的受体与配体的相互作用，往往涉及酶、抗体、受体等蛋白质的构象改变。,镜子,COOH,NH2,C,NH2,COOH,C,R,L-构型,D-构型,H,R,H,氨基酸的镜像结构,-氨基酸的立体异构体,C,+,N,H,3,C,O,O,-,H,1.氨基酸的结构通式 2.分类 3.几种特殊氨基酸 4.氨基酸的两性离解和等电点 5.芳香族氨基酸的紫外吸收 6.氨基酸的用途,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,非极性AA(7种）极性中性AA（8种）酸性AA（2种）碱性AA（3种）,2.氨基酸的分类,氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行分类,极性AA,CH-COO-,N

8、H3+,H,甘 氨 酸 Gly,R,=,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸,丙 氨 酸 Ala,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸,CH-COO-,NH3+,CH3,R,=,缬 氨 酸 Val,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸,CH-COO-,NH3+,CH3-CH,R,=,CH3,亮 氨 酸 Leu,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸,CH-COO-,NH3+,CH3-CH-CH2,R,=,CH3,异亮氨酸 Ile,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮

9、氨酸脯氨酸苯丙氨酸,CH-COO-,NH3+,CH3-CH2-CH,R,=,CH3,脯氨酸 Pro,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸,苯丙氨酸 Phe,CH-COO-,NH3+,R,=,CH2,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸苯丙氨酸,丝氨酸 Ser,CH-COO-,NH3+,OH-CH2,R,=,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,极性中性氨基酸,苏氨酸 Thr,CH-COO-,NH3+,CH3-CH OH,R,=,极性中性氨基酸,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,半胱氨酸 Cys,CH-C

10、OO-,NH3+,SH-CH2,R,=,极性中性氨基酸,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,蛋氨酸 Met,CH-COO-,NH3+,CH3SCH2CH2,R,=,极性中性氨基酸,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,天冬酰胺 Asn,CH-COO-,NH3+,H2N-C-CH2,R,=,O,极性中性氨基酸,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,谷胺酰胺 Gln,CH-COO-,NH3+,H2N-C-CH2CH2,R,=,O,极性中性氨基酸,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,酪氨酸 Thr,CH-COO-,NH3+,

11、R,=,CH2,HO,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,极性中性氨基酸,NH3+,色氨酸 Trp,CH-COO-,R,=,丝氨酸苏氨酸半胱氨酸蛋氨酸天冬酰胺谷胺酰胺酪氨酸色氨酸,极性中性氨基酸,谷氨酸 Glu,酸性氨基酸,谷氨酸天冬氨酸,CH-COO-,NH3+,HOOCCH2CH2,R,=,天冬氨酸 Asp,酸性氨基酸,谷氨酸天冬氨酸,CH-COO-,NH3+,HOOCCH2,R,=,天上的谷子有点酸,赖氨酸 Lys,碱性氨基酸,赖氨酸精氨酸组氨酸,NH3+,CH-COO-,NH2(CH2)3CH2,R,=,精氨酸 Arg,碱性氨基酸,赖氨酸精氨酸组氨酸,CH-COO-

12、,NH3+,H2NCNH(CH2)2CH2,R,=,NH,组氨酸 His,碱性氨基酸,赖氨酸精氨酸组氨酸,CH-COO-,NH3+,R,=,HC=CCH2,N NH,耐（赖）经（精）煮（组）,1.氨基酸的结构通式 2.分类 3.几种特殊氨基酸 4.氨基酸的两性离解和等电点 5.芳香族氨基酸的紫外吸收 6.氨基酸的用途,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,3.几种特殊氨基酸,脯氨酸（环状亚氨基酸）,半胱氨酸,胱氨酸,-,OOC,-,CH,-,CH,2,-,SH,+,NH,3,-,OOC,-,CH,-,CH,2,-,SH,+,NH,3,HS,-,CH,2,-,CH,-,COO,-,+,NH,3,HS

13、,-,CH,2,-,CH,-,COO,-,+,NH,3,-,OOC,-,CH,-,CH,2,-,S,+,NH,3,S,-,CH,2,-,CH,-,COO,-,+,NH,3,-,OOC,-,CH,-,CH,2,-,S,+,NH,3,S,-,CH,2,-,CH,-,COO,-,+,NH,3,甘氨酸 Gly丙氨酸 Ala半胱氨酸 Cys 脯氨酸 Pro谷氨酸 Glu天冬氨酸 Asp,重要的氨基酸,知识点 3,1.氨基酸的结构通式 2.分类 3.几种特殊氨基酸 4.氨基酸的两性离解和等电点 5.芳香族氨基酸的紫外吸收 6.氨基酸的用途,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,4.氨基酸的两性离解和等电点,氨

14、基酸在结晶形态或在水溶液中，并不是以游离的羧基或氨基形式存在，而是离解成两性离子。在两性离子中，氨基是以质子化(-NH3+)形式存在，羧基是以离解状态(-COO-)存在。,在不同的pH条件下，两性离子的状态也随之 发生变化。,调节氨基酸溶液的pH，使氨基酸分子上的-NH3和-COO-的解离程度完全相等时，即所带净电荷为零，此时氨基酸所处溶液的pH值称为该氨基酸的等电点（pI）。,等电点,知识点 4,等电点的用途,氨基酸（蛋白质）在等电点时，溶解度最小。根据等电点的大小判断氨基酸（蛋白质）的酸碱性。根据等电点差别分离纯化氨基酸（蛋白质）沉淀法、电泳法,1.氨基酸的结构通式 2.分类 3.几种特殊

15、氨基酸 4.氨基酸的两性离解和等电点 5.芳香族氨基酸的紫外吸收 6.氨基酸的用途,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,芳香族氨基酸的吸收光谱,多数蛋白含这两种氨基酸残基，测定蛋白溶液280nm光吸收值可快速简便分析蛋白含量。,光密度,5.紫外吸收,色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在 280 nm 附近。,知识点 5,1.氨基酸的结构通式 2.分类 3.几种特殊氨基酸 4.氨基酸的两性离解和等电点 5.芳香族氨基酸的紫外吸收 6.氨基酸的用途,二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸,医药工业 氨基酸输液 必需氨基酸：苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸 半必需氨基酸：精氨酸、组

16、氨酸是幼儿所必需的。,6.氨基酸的用途,治疗药剂 精氨酸：对治疗高氨血症、肝机能障碍等疾病颇有效果；天冬氨酸：钾镁盐可用于恢复疲劳；治疗低钾症心脏病、肝病、糖尿病等。半胱氨酸：能促进毛发的生长，可用于治疗秃发症；甲酯盐酸盐可用于治疗支气管炎等；组氨酸：可扩张血管，降低血压，用于心绞痛，心功能不全等疾病的治疗,食品工业营养强化剂；谷氨酸钠味精；天冬氨酸钠：可用于清凉饮料，能增加清凉感并使香味浓厚爽口；天冬氨酰苯丙氨酸甲酯-甜味素APM,味精的是非？,“中国餐馆症候群”从头到上肢有麻木感和全身倦怠的特定症状等。WHO用双盲法进行了严密的检查。其结果是，摄取了34.4克味精的人群未发现任何症状。一般

17、每人每日摄入量以不超过6克为宜，过多可使血液中谷氨酸钠含量增高，引起短时的头痛、心跳加快、恶心、口干等症状。由于味精在155时可生成焦谷氨酸钠而失去鲜味，并产生毒性。,化妆品工业 氨基酸能调节皮肤pH的变动，对细菌的防护作用，也可作为皮肤、毛发的营养成分，增加皮肤、毛发的光泽。防止皮肤干燥的自然保湿因子的主要成分是甘氨酸、羟基丁氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、丝氨酸等游离氨基酸。在化妆品中添加天冬氨酸或其衍生物以及一些维生素，可防止皮肤老化。,一、蛋白质的元素组成二、蛋白质的基本组成单位-氨基酸三、肽键和肽,1 蛋白质的组成单位,三、肽键和肽 1.什么是肽和肽键？2.重要的多肽 3.多肽链,一个氨基酸

18、的-羧基和另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而成的化合物称为肽(peptide)。氨基酸之间脱水后形成的键称肽键（peptide bond 酰胺键）。,定义：,知识点 6,+,甘氨酸,甘氨酸,甘氨酰甘氨酸,肽键的形成,*两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽甘氨酸甘氨酸,*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。,*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。,蛋白质与多肽的区别：,三、肽键和肽 1.什么是肽和肽键？2.重要的多肽 3.多肽链,谷胱甘肽(glutath

19、ione,GSH),2.重要的多肽,知识点 7,Glu、Cys、Gly彼此连接形成的三肽，特殊的是Glu与Cys形成是-肽键，活性基团是-SH。作用有：是细胞内重要的还原剂;它保护巯基蛋白和巯基酶免受过氧化物的氧化;维持红细胞膜结构的稳定,消除氧化剂对红细胞膜结构的破坏作用。,GSH与GSSG间的转换,体内许多激素属寡肽或多肽,多肽类激素及神经肽,脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用，它们在中枢神经系统中形成，是体内自己产生的一类鸦片剂。,Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu,牛催产素与加压素：牛催产素 S S CysTyrIleGlnAsnCysProLeuGly-NH2牛加压素 S S CysT

20、yrPheGlnAsnCysProArgGly-NH2,牛催产素与加压素：均为九肽，分子中含有一对二硫键，两者结构类似。前者第八位为Leu，后者为Arg。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉收缩，使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。,三、肽键和肽 1.什么是肽和肽键？2.重要的多肽 3.多肽链,多肽链是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。,3.多肽链,(polypeptide chain),肽链的两个末端,肽键,多肽链结构示意图,通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端。多肽链的骨架应该是 H2

21、N-C-CN-C-CN-C-C的重复。AA残基中的R基不参与成键,伸展向外.,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构三、超二级结构四、蛋白质的三级结构五、蛋白质的四级结构 六、蛋白质结构与功能的关系,2 蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构包括 一级结构(primary structure)二级结构(secondary structure)三级结构(tertiary structure)四级结构(quaternary structure),一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构三、超二级结构四、蛋白质的三级结构五、蛋白质的四级结构 六、蛋白质结构与功能的关系,2 蛋白质的分子结构,定义：蛋白

22、质的一级结构指蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸排列顺序。,主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,例:牛胰岛素的一级结构,牛胰岛素的一级结构 A链（含21个氨基酸残基）B链（含30个氨基酸残基）胰岛素的 3 个二疏键 A链内含1个二硫键 A链与B链间含2个二硫键,人胰岛素晶体,猪胰岛素晶体,胰岛素是第一个被人们分离纯化的蛋白质，是第一个被完成序列分析的蛋白质，是第一个被人工合成的蛋白质。许多人因为做了胰岛素的工作而获得了诺贝尔奖。在二十世纪大部分时间内，胰岛素成为众多蛋白质所羡慕的明星。有关胰岛素方面所取得的成就，可谓是几代人前赴后继、辛勤劳动的结晶。这里面包含了许多有趣的故事。,出尽风

23、头的胰岛素,1889年，明科夫斯基（Minkowski）和冯梅林（von Mering）首先发现切除胰腺会引发糖尿病。于是把糖尿病与胰腺联系在一起。后来，德国病理学家朗格汉斯（Langerhans）和迪亚马雷（Diamare）经过解剖学研究发现，是没有导管的胰岛细胞分泌了抗糖尿病的因子。为了纪念这一重大发现者，胰岛细胞被称为朗格汉斯细胞。谢弗（Sharpey Schafer）把此抗糖尿病因子称为insulin，我国译为胰岛素。1908年，齐尔泽（Zuelzer）对六例糖尿病人试用胰腺的乙醇提取液进行治疗，取得了良好的效果。,出尽风头的胰岛素,1938年英国剑桥大学的桑格（Frederick S

24、anger）开始从事胰岛素结构的研究工作。他发明了从多肽链的氨基末端逐一测定各氨基酸组成的方法，带领他的研究组，用了10余年 的时间，耗费了100克蛋白质，终于于1952年成功地分析出牛胰岛素的一级结构。,这一成功不仅第一次把一个蛋白质的结构展现于人类面前，为人类认识对于生命活动至关重要的蛋白质的结构打开了大门，而且还给人类提供了分析所有蛋白质结构的流程。为此，桑格于1958年获得诺贝尔化学奖。桑格后来又因测定DNA序列于1980年第二次获诺贝尔化学奖。桑格说过：“做科研有三件事：思考、谈论、实验。我比较擅长实验，能够思考，但不善言谈。”,在桑格工作的基础上，许多科学家试图人工合成胰岛素。当时

25、由于不能拆开的胰岛素的二条链再连接起来，许多人放弃了这一计划。1959年，在中国国家科委的组织领导下，北京大学化学系、中国科学院生物化学研究所和上海有机化学研究所钮经义、王应睐、龚岳亭、邹承鲁、杜雨苍、季爱雪、邢其毅、汪猷等科学家共同开始了人工合成胰岛素的研究。1965年终于人工合成了牛胰岛素结晶。,经鉴定，人工合成的牛结晶胰岛素在结构、理化性质、结晶形状、生物活性等方面都与天然的胰岛素无异。同年，诺贝尔委员会主席来中国考察授奖事宜，使人为难的是，诺贝尔奖规定授奖对象不能超过三人，而中国从事此项工作的主要骨干就有二十余人。这使这项在世界上引人瞩目的伟大成就与诺贝尔奖擦肩而过。但无论如何，中国在

26、人工合成蛋白质方面走在了世界的最前头。,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,作用：是蛋白质空间构象和特异生物学 功能的基础，但一级结构并不是决定空间构象的唯一因素。,定义：蛋白质分子从N-端至C-端的氨基酸 排列顺序。,主要的化学键 肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,一级结构要点,知识点 8,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构三、超二级结构四、蛋白质的三级结构五、蛋白质的四级结构 六、蛋白质结构与功能的关系,2 蛋白质的分子结构,蛋白质的二级结构,定义：多肽链主链的局部空间结构，并不涉及氨基酸残基侧链的构象（有周期性、重复有序的空间结构）。,主要的化学键：氢键,-螺旋(-helix)-折叠(-p

27、leated sheet)-转角(-turn)无规卷曲(random coil),1.肽平面（肽单元）2.-螺旋(-helix)结构特点 影响螺旋形成的因素 3.-折叠（-Pleated sheet)4.-转角和无规卷曲,二、蛋白质的二级结构,1.肽平面（肽单元）,二、蛋白质的二级结构,肽平面,肽平面,肽键平面示意图,1.肽单元（肽单元）2.-螺旋(-helix)结构特点 影响螺旋形成的因素,二、蛋白质的二级结构,以肽单元为单位，多肽链依顺时针方向形成紧密的右手螺旋，R基伸展向外，外观形状为棒状。,结构特点：,-螺旋：,以肽单元为单位，多肽链依顺时针方向形成紧密的右手螺旋，R基伸展向外，外观形

28、状为棒状。每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈，螺距为0.54nm。,结构特点：,3.6残基0.54nm,-螺旋,以肽单元为单位，多肽链依顺时针方向形成紧密的右手螺旋，R基伸展向外，外观形状为棒状。每隔3.6个氨基酸残基，螺旋上升一圈，螺距为0.54nm。肽链内形成氢键，氢键的取向几乎与轴平行，第一个肽键上的NH与第四个氨基酸残基的-CO基形成氢键，以此类推。维系蛋白质二级结构的稳定主要靠氢键。,结构特点：,例：角蛋白，肌球蛋白、血红蛋白,知识点 9,-螺旋想象：右手拿一根麻花，一口吃掉3.6节（3.6个氨基酸）,影响螺旋形成的因素,极大的侧链基团（存在空间位阻）；(如苯丙氨酸、色氨酸、异亮氨

29、酸)连续存在的侧链带有相同电荷的氨基酸残基（同种电荷的互斥效应）；有Pro等亚氨基酸存在（不能形成氢键）。,知识点 11,1.肽单元 2.-螺旋(-helix)结构特点 影响螺旋形成的因素 3.-折叠（-Pleated sheet),二、蛋白质的二级结构,-折叠是由若干肽段或肽链几乎完全伸展的平行排列，肽链的主链呈锯齿状折叠构象，外观为一片状物(扇面状片层构象)。侧链位于锯齿结构的上下方。,-折叠,-折叠,-折叠是由若干肽段或肽链几乎完全伸展的平行排列，肽链的主链呈锯齿状折叠构象，外观为一片状物。侧链位于锯齿结构的上下方。-折叠结构的稳定因素-氢键主要是由两条肽链之间形成的；也可以在同一肽链的

30、不同部分之间形成。,-折叠,图2-9 反平行与平行式混合在一起的-折叠,由若干条肽段或肽链平行或反平行排列 组成片状结构；主链骨架伸展呈锯齿状；借相邻主链之间的氢键维系。,例：蚕丝蛋白,知识点 11,-折叠的结构特征,-折叠想象：无聊地把一张纸折成好多的折。,1.肽单元 2.-螺旋(-helix)结构特点 影响螺旋形成的因素 3.-折叠（-Pleated sheet)4.-转角和无规卷曲,二、蛋白质的二级结构,长江第一湾,长江第一湾,-转角（-turn）,其结构特征为：肽链内形成180回折;含四个氨基酸残基;弯曲处的第一个氨基酸残基的-C=O 和第四个残基的 NH 之间形成氢键，形成一个不很稳

31、定的环状结构。这类结构主要存在于球状蛋白分子中。,-转角（-ture）,-转角（-turn）,无规卷曲,无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。,无规则卷曲示意图,细胞色素C的三级结构,影响-螺旋形成因素：多个酸性、碱性AA相邻、Pro的出现、R基团过大。影响-折叠形成因素：R基团很大,定义：蛋白质分子中某一肽段的局部空间结构。,主要的化学键：肽键间的氢键,二级结构要点,知识点12,主要形式：-螺旋、-折叠、-转角、无规 卷曲。,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构三、超二级结构四、蛋白质的三级结构五、蛋白质的四级结构 六、蛋白质结构与功能的关系,2 蛋白质的分子结构,模体（模序

32、 motif）结构域,三、超二级结构,模体（模序 motif）,定义：在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，被称为模体。类型：螺旋组合(-loop-)、折叠组合()螺旋折叠组合()。,蛋白质模体(超二级结构),钙结合蛋白中结合钙离子的模体,一个-螺旋和两个反平行-折叠组成。N-端二个Cys、C-端二个His之间的形成的洞穴容纳Zn2+。,锌指（zinc finger）,锌指结构(螺旋-折迭-折迭模体),结构域（domain),大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个在空间上可明显区别的局部区域，各有独特的空间构象，并承担特定的生物学

33、功能。一般每个结构域约由50-400个氨基酸残基组成。,知识点13,型胶原酶的结构域,纤连蛋白(fibronectin)分子的结构域,30k 40k 20k 75k,35k 30k,肝素纤维蛋白肌动蛋白,细胞,胶原蛋白,纤维蛋白,肝素,纤维蛋白,纤连蛋白分子的结构域,两条肽链通过两个二硫键相连，含6个结构域，各个结构域分布执行一种功能。有可与细胞、胶原、DNA肝素等配体结合的结构域。,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构三、超二级结构四、蛋白质的三级结构五、蛋白质的四级结构 六、蛋白质结构与功能的关系,2 蛋白质的分子结构,四、蛋白质的三级结构(Tertiary Structure),1.

34、定义：整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。（肽链中所有原子在三维空间的排布位置）。,含多种二级结构单元；是紧密的球状或椭球状实体；疏水侧链埋藏在分子内部，亲水 侧链暴露在分子表面。疏水区常形成一些“洞穴”或“裂沟,三级结构的特征,肌红蛋白(Mb)的三级结构,153 aa，1个血红素辅基。A、B、C、D、E、F、G、H 8个螺旋区，螺旋之间有无规卷曲，pro（100、120）位于转角处。,肌红蛋白(Mb)的三级结构,血 红 素 结 构 图,血红素与蛋白质结合,RNase的分子结构,-螺旋,-折迭,-转角,无规卷曲,磷酸丙糖异构酶和丙酮酸激酶的三级结构,(运)铁蛋白的三级结构(纯-螺旋),质体

35、蓝素的三级结构（纯结构）,2.主要的化学键：维系这种特定结构的力主要有氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。,蛋白质分子中氢键的形成,蛋白质分子中离子键的形成,疏水键：非极性物质在含水的极性环境中存在时，会产生一种相互聚集的力，这种力称为疏水键或疏水作用力。蛋白质分子中的许多氨基酸残基侧链也是非极性的，这些非极性的基团在水中也可相互聚集，形成疏水键，如Leu，Ile，Val，Phe，Ala等的侧链基团。,范德华氏（van der Waals)引力：分子之间存在的相互作用力。它分为取向力、诱导力和色散力三种其作用力大小只有化学键能的1/101/100.,

36、维持蛋白质分子构象的各种化学键,a 氢键,b 离子键,c 疏水键,三级结构中疏水键数量最多，往往居于球状蛋白质内部。,+,定义：整条肽链中全部氨基酸残基的 相对空间位置。,主要的化学键：氢键、疏水键、离子键和范德华力等。尤其是疏水键，在蛋白质三级结构中起着重要作用。,三级结构要点,知识点14,三级结构的特征：是紧密的球状或椭球状实体；含多种二级结构单元；疏水侧链埋藏在分子内部，亲水侧链暴露在分子表面。,分子伴侣（moleculer chaperone),新生肽 功能蛋白,分子伴侣,组蛋白 核质素 DNA,核小体,在蛋白质加工、折叠形成特定空间构象及穿膜进入细胞器的转位过程中起关键作用的一类蛋白

37、质。,帮助新生多肽链正确折叠的一种蛋白质。可逆地与新生肽结合，然后帮助它折叠为具有特定空间结构的蛋白质。与错误折叠的肽段结合，使之解聚再诱导其正确折叠。对蛋白质分子中二硫键的正确形成起了重要的作用。,王志珍院士“漫画”蛋白质世界,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构三、超二级结构四、蛋白质的三级结构五、蛋白质的四级结构 六、蛋白质结构与功能的关系,2 蛋白质的分子结构,蛋白质的四级结构,定义：四级结构是指由两个或两个以上具有三级结构的多肽链按一定方式聚合而成的特定构象的蛋白质分子。(各个亚基间的空间排布和相互作用）其中每条多肽链称为亚基。,知识点15,亚基(subunit)：就是指参与构成

38、蛋白质四级结构的、每条具有三级结构的多肽链，单独存在时一般无生物学活性。亚基可以相同或不同.,血红蛋白的空间结构,亚基的立体排布方式,亚基的种类,数目和亚基间缔合方式各不同。不是所有的蛋白质都具有四级结构。亚基间的聚合与疏松，聚合与解聚互为可逆，这也是调节蛋白质功能活性的一种方式。,基本特征,知识点16,维持蛋白质四级结构的主要作用力,在蛋白质四级结构中，亚基之间的作用力主要包括：氢键、离子键、范德华力和疏水键。即亚基之间主要是通过次级键彼此缔合在一起。,化学键,共价键,次级键,肽键,二硫键,氢键,疏水键,盐键,范德华力,一级结构,二、三、四级结构,三、四级结构,蛋白质分子中的共价键与次级键,

39、知识点17,一、蛋白质的一级结构二、蛋白质的二级结构三、超二级结构四、蛋白质的三级结构五、蛋白质的四级结构 六、蛋白质结构与功能的关系,2 蛋白质的分子结构,蛋白质一级结构是空间结构的基础蛋白质的空间结构决定其功能,一级结构是空间结构的基础 蛋白质一级结构是空间结构的基础，特定的空间构象主要是由蛋白质分子中肽链和侧链R基团形成的次级键来维持。蛋白质复杂的空间构象所需的信息包含在它的一级结构中，是由肽链中氨基酸的排列顺序决定的。例：核糖核酸酶（RNase),7265,58 110,9540,84 26,7265,58 110,9540,84 26,HS,26,HS 40,58SH,SH 65,H

40、S 72,SH 84,95 HS,HS 110,天然状态有催化活性,-S-S-恢复,正确配对,有活性,非折叠状态,无活性,-S-S-被还原成半胱氨酸残基,-巯基乙醇和尿素对 RNase 的作用蛋白质的变性与复性,一级结构相似的蛋白质具有相似的 高级结构与功能,胰岛素分子中氨基酸残基的差异部分,蛋白质的一级结构变异与功能改变,将胰岛素分子A链中的第1位甘氨酸除去或代换，结果胰岛素的降糖功能下降90%以上。若继续切除或代换2、3、4位上的氨基酸，其降糖功能全部丧失。可见这几个氨基酸，特别是甘氨酸残基的侧链基团是与胰岛素功能直接有关的必需基团。若保留胰岛素的一级序列结构，只打断一级结构中的二硫键，降

41、糖功能同样100%丧失。说明这些必需基团须有特定的三级空间结构作基础才能发挥出生物活性。,蛋白质一级结构是空间结构的基础蛋白质的空间结构决定其功能,1.血红蛋白亚基与肌红蛋白的结构相似 2.血红蛋白的构象变化可影响 亚基与氧结合 3.协同效应和变构效应(allostery),蛋白质的空间结构决定其功能,1.血红蛋白亚基与肌红蛋白的结构相似,Hb结构,22：,亚基间8条盐键每一亚基有螺旋区A、B,血红素：,F8组aa残基,Fe2+的6个配位键之一,Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度，用Y表示）随O2浓度变化而改变。,血红蛋白的构

42、象变化影响与氧结合,肌红蛋白(Mb)和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线,Mb与氧的亲和力大于Hb MbP50 1mmHg HbP50 26mmHgMb的氧解离曲线是双曲线型 Hb的氧解离曲线是“S”型 Mb Hb Po2100mmHg Y=1 Y=0.97 Po220 mmHg Y=0.95 Y=0.25,Hb在体内的主要功能为运输氧气，而Hb的变构效应，极有利于它在肺部与O2结合及在周围组织释放O2,第一个氧分子与Fe2+结合,Fe2+半径变小，进入卟啉平面,牵动F8组aa残基,牵动其它亚基,Hb由T型变R型,第二亚基结合氧的速度,第三亚基结合氧的速度,第四亚基结合氧的速度,Hb结合氧的过程：,

43、协同效应(cooperativity),一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positive cooperativity)如果是抑制作用则称为负协同效应(negative cooperativity),变构效应(allosteric effect),定义：当变构剂与蛋白质分子结合，使蛋白质的构象发生一定变化，从而导致其功能的变化。,知识点18,酶活性升高 或降低,蛋白质变构剂,功能改变,Hb O2,与氧的亲和力增大,变构酶 小分子,构象改变,变构蛋白,变构效应的结构基础是亚基间(蛋白质四级结构)

44、的相互作用，它存在于多亚基蛋白和酶中，“S”曲线是变构效应的动力学特征。,与肌红蛋白以及单独存在的b的或亚基相比，因b属四级结构，构象改变且有亚基相传递而有变构效应，故有协同效应和可调功能，动力学曲线呈“”型；肌红蛋白和单独存在的或亚基都是三级结构，一条肽链，虽能结合氧，亦有构象改变，可无亚基传递变构信息，不能形成变构效应和协同效应，动力学曲线呈矩形双曲线。,由此可见结构与功能的关系十分密切，结构相似功能相近，结构不同功效各异，结构变化功能亦随之变化，结构愈高级功能愈复杂。,1.蛋白质的两性解离 2.蛋白质的胶体性质 3.蛋白质的变性 4.蛋白质的沉淀 5.蛋白质的紫外吸收,3 蛋白质的理化性

45、质,蛋白质的两性电离,蛋白质分子除两端的氨基和羧基可解离外，氨基酸残基侧链中某些基团，在一定的溶液pH条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。,蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)当蛋白质溶液处于某一pH时，蛋白质解离成正、负离子的趋势相等，即成为兼性离子，净电荷为零，此时溶液的pH称为蛋白质的等电点。,1.蛋白质的两性解离 2.蛋白质的胶体性质 3.蛋白质的变性 4.蛋白质的沉淀 5.蛋白质的紫外吸收,3 蛋白质的理化性质,蛋白质属于生物大分子之一,分子量介于一万到百万之间，已达到胶粒范围。球状蛋白质的表面有水化膜，阻止蛋白质颗粒的相互聚集。表面电荷的存在也是溶液稳定的

46、重要因素,蛋白质的胶体性质,1.蛋白质的两性解离 2.蛋白质的胶体性质 3.蛋白质的变性 4.蛋白质的沉淀 5.蛋白质的紫外吸收,3 蛋白质的理化性质,蛋白质的变性(denaturation),定义：在某些物理和化学因素作用下，蛋白质分子内部的非共价断裂，其特定的空间结构被破坏，则生物活性丧失，理化性质改变的现象。,知识点19,次级键断裂,空间结构被破坏,理化性质改变,生物学活性丧失,溶解度下降易被酶水解粘度增加,酶失去催化活性激素失去调节功能,引起变性原因,变性本质,变性结果,蛋白变性,理化因素,临床医学上，变性因素常被应用来消毒及灭菌。此外,防止蛋白质变性也是有效保存蛋白质制剂（如疫苗等）

47、的必要条件。,蛋白质变性的应用,豆腐是大豆蛋白质的浓溶液加热加盐而成的变性蛋白凝固体。急救重金属盐中毒时，可给患者吃大量乳品或蛋清，其目的是：使乳品或蛋清中的蛋白质在消化道中与重金属离子结合成不溶解的变性蛋白质，从而阻止重金属离子被吸入体内，最后设法将沉淀物从肠胃中洗出。,变性并非是不可逆的变化，当变性程度较轻时，（如去除变性因素）有的蛋白质仍能恢复或部分恢复其原来的构象及功能，变性的可逆变化称为复性.,天然状态有活性,去除尿素、-巯基乙醇,非折叠状态无活性,牛核糖核酸酶的变性与复性,变性后空间结构改变，其一级结构未被破坏，去除变性因素能复性为原来的构象，呈现活性。,1.蛋白质的两性解离 2.

48、蛋白质的胶体性质 3.蛋白质的变性 4.蛋白质的沉淀 5.蛋白质的紫外吸收,3 蛋白质的理化性质,蛋白质的沉淀(precipitation),蛋白质所形成的亲水胶体颗粒具有两种稳定因素，即颗粒表面的水化层和电荷。然而除掉这两个稳定因素(如调节溶液pH至等电点和加入脱水剂)蛋白质便容易凝集析出。变性的蛋白质易于沉淀，有时蛋白质发生沉淀，但并不变性（如盐析）。在一定条件下，变性的蛋白质也可不发生沉淀。,水化膜,酸,碱,溶液中蛋白质的聚沉,是将硫酸铵、硫酸钠或氯化钠等加入蛋白质溶液，使蛋白质表面电荷被中和以及水化膜被破坏，导致蛋白质沉淀。,盐析(salt precipitation),血清蛋白的分段

49、盐析,饱和硫酸铵溶液 离心,硫酸铵固体 离心,透 析,1.蛋白质的两性解离 2.蛋白质的胶体性质 3.蛋白质的变性 4.蛋白质的沉淀 5.蛋白质的紫外吸收,3 蛋白质的理化性质,蛋白质的紫外吸收,由于蛋白质分子中含有共轭双键的酪氨酸和色氨酸，因此在280nm波长处有特征性吸收峰。蛋白质的OD280与其浓度呈正比关系，因此可作蛋白质定量测定。,第四节 蛋白质与疾病 Protein and Disease,蛋白质一级结构的变异与分子病,蛋白质构象改变与疾病,分子病指蛋白质分子中由于AA排列顺序与正常蛋白质不同而发生的一种遗传病(基因突变造成的)。例：镰刀形细胞性贫血病病因：血红蛋白AA顺序的细微变

50、化,蛋白质一级结构的变异与分子病,镰刀形细胞性贫血 血红蛋白遗传信息的异常,正常,DNA,TGT GGG CTT CTT TTT,mRNA,ACA CCC GAA GAA AAA,HbA(亚基),N端 苏-脯-谷-谷-赖,异常,DNA,TGT GGG CAT CTT TTT,mRNA,ACA CCC GUA GAA AAA,Hbs(亚基),N端 苏-脯-缬-谷-赖,正常红细胞与镰刀形红细胞的扫描电镜图,谷氨酸在生理pH值下为带负电荷的氨基酸，而缬氨酸却是一种非极性氨基酸，就使得HbS分子表面的荷电性发生改变，引起等电点改变，溶解度降低，使之不正常地聚集成纤维状血红蛋白，致使红细胞变形成镰刀状，