1、第2章蛋白質的結構與功能Structure and Function of Protein什么是蛋白質？蛋白質(protein )4.由許多氨基酸(amino acids)構成的具有特定空間結構的高分子有機物蛋白質在生命活動中的重要作用1. 生物催化作用2. 免疫保護作用3. 運動與支持作用4. 運輸和儲存作用5. 代謝調節作用6. 控制生長和分化7. 接收和傳遞信息生物膜氧化供能高等動物記憶和識別抗凍蛋白(antifreeze protein )熒光抗凍蛋白裝怖的冰晶體抗凍蛋白，附著在 冰晶體表面，抑制 冰晶體生長，防止 有機體凍傷。第一節蛋白質的分子組成The Molecular Comp

2、onent of Protein組成蛋白質的元素主要有C、H、O、N和S。有些蛋白質含有少量確或金屬元素鐵、 銅.鋅、猛、鉆、鎧，個別蛋白質還含 有碘。蛋白質元蠢組成的特點各種蛋白質的含氮量很接近，平均為16%。由于體內的含氨物質以蛋白質為主，因此， 只要測定生物樣品中的含氮至，就可以根據以下 公式推算出蛋白質的大致含重：100克樣品中蛋白質的含±（g%>=每克樣品金氮克數X 6.25X100舉例個生物樣品的含氮量為5%,它的蛋白質含量 為三（）A. 8. 8% B. 12.5% C. 16.0% D. 38.0%E. 31.25%三聚氟胺事件-氨基酸存在自然界中的氨基酸有30

3、0余種，但組成 人體蛋白質的氨基酸僅有20種，且均屬L-a-氨 基酸（甘氨酸除外）（一）氨基酸的結構特點COCTL氨基酸氨基酸的共同特點：（1）兩性電解質（2）除甘氨酸外都是L型氨基酸（3）側鏈R基團結構和性質不同（二）氨基酸的分類1. 依側鏈R基團的結構和理化性質分:非極性疏水性氨基酸極性中性氨基酸酸性氨基酸堿性氨基酸非極性疏水性氨基酸中文名英文名三字一字等電點(pl)H OKOO-甘九靛glycineGlyG5.97alanineAlaA6.00CH. 砒valineVaiV5.96葉葉6CHhhleucineLeuL5.98小(川Lit -QK：OOisoleucinelieI6.02&

4、lt;H： CHCOOprolineProp苯丙氨酸phenylalaninePheFmethionineMetM色氨酸 tryptophan Trp W6.305,485.745.89?性中性氨基酸中文名英文名serinecystci nc天冬血悴asparagine谷氛酰朕glutaminethreoninetyrosine三字一字尊電點符5(pl)Sers5.68Cysc5.07AsnN5.41GinQ565ThrT5.60帶正電荷的堿性氨基酸結構式中文名英文名二字符號一字 符號等電點(pl)arginineArgR10.76組氨酸histidineHisH7.59賴鼠酸lysineLy

5、sK9.74帶負電荷的酸性氨基酸結構式中文名英文名三字 符號一字 符號等電點(pl)天冬氨酸aspartic acidAspD2.97glutamic acidGluE3.22幾種特殊氨基酸歸氨酸（亞氨基酸半胱氨酸POC 一嚴曲王險件CH-C。-叫 .Hh+nh3ooc-ch-ch2sts|ch2-ch-coo-+NH+NH3F 二k胱氨酸2. 營養學分類必需氨基酸；賴、色、苯丙、甲硫、蘇、殼、 異亮、繃非必需氨基酸：12種3. 根據氨基酸結構分類(1) 脂肪族氨基酸：甘、丙、絲.蘇、半胱、 甲硫、天冬酰胺、谷氨酰胺、天冬、谷.精、賴。(2) 支鏈氨基酸：綣、亮.異亮。(3)芳香族氨基酸;苯丙

6、、色。(4) 雜環氨基酸：組、色。(5) 雜環亞氨基酸：脯(三)氨基酸的理化性質1兩性解離及等電點氨基酸是兩性電解質，其解離程度取決于所 處溶液的酸堿度。等電點(isoelectric point, pl)在某一pH的溶液中，氨基酸解離成陽離子和 陰離子的越勢及程度相等，成為兼性離子，呈電 中性。此時溶液的pH值稱為該氨基酸的竽電點。R-CH-COOHNH2陽離子篥基陵的兼性離子陰離子R門COOH注R-CHVOCT - R-CH-COO11NHJNHJnh2pH<pipH=pIpH>pI2.紫外吸收性質色氨酸、酪氨酸的 最大吸收宰在2S0 nm 附近。大多數蛋白質含有 這兩種氨基酸

7、殘基，所 權測定蛋白質溶液 2«0nm的光吸收值是分 析溶液中蛋白質含童的 快速簡便的方法。3.氨基酸與昂三酮反應生成藍紫色化合物氨基酸與站三酮水合物共熱，可生成藍紫色 化合物，其最大吸收峰在570iiin處。由于此吸收*值與氨基咬的含量存在正比關 系，因此可作為氨雖瞼定童分析方法。二、ftt(一)肽(peptide)與肽鍵(peptide bond)肽鍵是由一個氨基酸的*竣基與另 一個氨基酸的a 氨基脫水縮合而形成的 化學鍵。99NH2-CH-C + NH-CH-CH畫衛H OH甘氨甘*酸-HOH肽是由氨基咬通過肽鍵縮合而形成的化 合物。兩分子氨基酸縮合形成二肽，三分子氨垠 酸縮合

8、則形成三肽由十個以內氨基咬相連而成的肽稱為寡肽 (oligopeptide),由更多的氨基酸和連形成的肽 稱多肽(polypeptide)。肽鏈中的氨基酸分子因為脫水縮合而基團 不全，被稱為氨基酸.殘基(residue)。多肽鏈有兩端：N末端：多肽鏈中有游離aC末端：多肽鏈中有游離a-氨基端-竣基端4» cutOHv°°丙氨酰酪氨酰天冬氨酰甘氨酸(-)生物活性肽1.谷膠甘Jtkfglutathione, GSH>SHk / 肚 zNh2c'nc IIch21h2ch0coo-HCNH2HOOC谷氨酸半肌氨酸甘氨酸y GhiCys Glv ssy Gl

9、u CX s Gly氧化型谷胱甘肽(GSSG) GSH與GSSG間的轉換H2O22GSH2HX)AGSSGGSH過氧 化物聲NADPGSH還原會NADFH+H+2多肽類激素及神經肽體內許多激素屬箱肽或多肽促甲狀腺素釋放神經 Ak(neuropeptide)第二節蛋白質的分子結構The Molecular Structure of Protein蛋白質的分子結構包括:一級結構(primary structure)高級 結構二級結構(secondary structure)三級結構(tertiary structure)四級結構(quaWniary structure)一、蛋白質的一級結構定義：蛋

10、白質的一級結構指在蛋白質中氨基酸的數 目、排列順序及共價連接。氨基酸排列順序從N 端至C端的。主要的化學鍵：肽鍵，有些蛋白質還包括二硫樊。二、蛋白質的空間結構蛋白質構象又分為主鏈構象和側鏈構象，主 鏈構象指多肽鏈上各原子的排布及相互關系：側 鏈構象是指各氨基酸側鏈基團中原子的排布及彼 此關系。主鏈構象決定側鏈基團的排布，側鏈構象影 響主鏈構象的卷曲和折疊，二者相互依存，相互 影響。一 NCCNCCNCCNCCN一(-)蛋白質的二級結構(secondary structure)定義：蛋白質分子中臬一段肽鏈的局部空間 結構，即該段肽鏈主鏈骨架原子的相對空 間佞置，并不涉及氨崽酸殘基側鏈的構拿0主要

11、的化學鍵：氫鍵肽單元蛋白質二級結構x a螺旋(a -helix)卩-折疊(Ppieated sheet)> B-轉角(P-turn)廠無規卷曲(random coil)蛋白質二級結構是以一級結構為基礎的。一 段肽鏈其氨基酸殘基的側鏈適合形成or螺旋 或卩-折疊，它就會出現相應的二級結構。Carboxvl urminusLinus Pauli ngRobert Coreya-螺旋的結構特點:(1) 為一右手螺旋.燻旋毎圏包含3. 6個氨基酸殘基， 螺距為0. 54nm,每個氨基酸殘基向上平移0. 15nm, 直23nm(2) 相鄰2圈a螺旋間第1個肽單位的C：0與第4個肽單位 的NH形成氫

12、鍵，氫鍵方向與螺旋縱軸平行。(3) 肚鏈中氨基酸殘基的R基團均伸向螺旋的外側，其 空間形狀、大小及電荷對Q-螺旋的形成和穩定有 重要的影響，2 P-折疊(psheet)弘折疊的結構特點(1)多肽鏈充分伸展.由若干條肽段或肽鏈平 行或反平行排列組成片狀結構。相鄰肽平面呈 110°夾角，主鏈骨架伸展呈鋸齒狀。(2) 相鄰主鏈之間靠氫鍵維系。氫鍵的方向 與肽鏈長軸垂直。肽鏈中氨基酸的殘基的R側 鏈分布在片層上下。(3) 兩端肽鏈可以是平行的，也可以是反平行 的。反平行式更為穩定。lipiirallrlISicte view3.轉角(p-turn)卜轉角第一個氨基酸殘基的C=O與第四個殘基的

13、NH 形成氫鍵無規卷曲(random coil)無規卷曲是用來闡述沒有確定規律性 的那部分肽鏈結構。蛋白質分子中各種二級結構(二)超二級結構(supersecondary structure)超二級結構又稱模體(motif),是指在多 肽鏈內順序上相互鄰近的二級結構常常在空間 折疊中靠近，彼此相互作用，形成規則的二級 結構聚集體。模體常見的形式in an fillTBinolifBeB Loop鈣結合蛋白中結合 鈣離子的模體鋅指結構（三）蛋白質三級結構仕ertiary structure）定義:整條駄鏈中全部氨基酸殘基的相對空間位直。 即肽鏈中所有原子在三維空間的排布位置。結構域（domain

14、）：是蛋白質構象中特定空間區域。在較大蛋白 質分子中.由多肽鏈上相鄰的超二級結構緊密聯 系，形成獨立的結構單位。磷酸甘油酸激酶的結構域主要的化學鍵（次級鍵：1. 氫鍵2. 離子鍵3. 疏水相互作用 又稱疏水鍵，是穩定三級結構 最主要的作用力4. 范德華力二硫鍵（共價鍵）A.氫鍵；B一二硫鍵；C.疏水作用；D.鹽鍵：E.范健華力01肌紅蛋白(Mb)一級結構：153個氨基酸的排列順序二級結構:A-H共8個or螺旋,之間以無規卷曲相連三級結構:球狀分子，親水R基 位于表面，疏水R基位于分子內 部,形成疏水口袋，血紅素位于 口袋中四、蛋白質的四級結構有些蛋白質分子含有二條或多條多馱鏈， 箱一條多肽鏈都

15、有克整的三級結構，稱為蛋白 質的亞基(subunit)o蛋白質分子中各亞基的空間排布及亞基接 舷部位的布局和相互作用，稱為蛋白廣的四級 結構。亞基之間的結合主要是疏水作用，氫鍵和離 子鍵。01由2個亞基組成的蛋白質四級結構中，若亞基分子 結構相同，稱之為同二聚體(homodimri*),若亞基分子 結枸不同，則稱之為異二聚4(hctero<iimcr)0Mtl*r血紅蛋白的四級結構某些蛋白質分子可進一步聚合成聚 合體(polymer)。聚合體中的重復單位 稱為單體(monomer),聚合體可按其 中所含單體的數量不同而分為二聚體、 三聚體寡聚體(oligomer)和多聚體(polymer

16、) o第三節蛋白質結構與功能的關系The Relation of Structure and Functionof Protein0101一、蛋白質一級結構與功能的關系(-)一級結構是空間構象的基礎01分子伴侶(molecular chaperon)1 防止新生肽鏈的錯誤折疊和聚合2.肽鏈快速折疊成正確的維構型井成熟為具有完整 結構和功能的蛋白質HSP (heat shock protein)（二）一級結構是功能的基礎一級結構相似的蛋白質具有相似的高級結構 與功能氨基酸殘基序號胰島素-A5A6A10B30人ThrSerlieThr睹ThrSerlieAlaThrSerlieAlaThrGlyl

17、ieSer牛AlaGlyVaiAla羊AlaSerVaiAla馬ThrSerlieAla鐮狀紅細胞貧血例：鐮刀形紅細胞貧血HbA卩肽鏈N-val - his leu thr pro glu gluC( 146)HbS卩肽鏈N-val his leu thr pro val gluC( 146)關鍵部位氨基酸變換，嚴重形響蛋白質功能mutation> 0*矽胞性狀tjtflOE 胞t信便RNA碼1DNA基因正常tGAAC TT復制-GAA 突變"GUAtC AT G TA> 0*鎮刀翌細葩«血亞病因的圖解二、蛋白質空間結構與功能的關系（-）蛋白質的空間結構決定其生

18、物學功能蛋白質的功能不僅與一級結構有關，更 重要的依賴于蛋白質的空間構象。例：各種蛋白質前體的加工與激活酶原的激活 激素前體的激活> 0*肌紅蛋白/血紅蛋白含有血紅索輔基Iron prutoporphynn LX (in btype cytochnomc)血紅素結構IImK7PhoCDI血紅素與蛋白質 穩定結合主要靠兩 種作用：一是血紅 素分子中丙氨酸側 鏈與肽鏈中氨基酸 側鏈相連，另一種 作用肽鏈中組氨酸 殘基還與F/+形成配 位結合。/ 0*血紅蛋白(hemoglobin> Hb)血紅蛋白具有4 個亞基組成的四級結 構，每個亞基可結合 1個血紅素并攜帶1分 子氣。Hb亞基之間通

19、過 8對鹽鍵，使4個亞基 緊密結合而形成親水 的球狀蛋白.血紅蛋白亞基構象變化可影響亞基與氧結合Hb與Mb樣能可逆地與。2結合，Hb與()2結合后稱為氧合Hb。氧合Hb占總Hb的百分數(稱 百分飽和度)隨Q濃度變化而改變。 0*.*間的育子鍵oB間的魅子掘斷裂 on.*間的育子鍵oB間的魅子掘斷裂60M)l(K) on.*間的育子鍵oB間的魅子掘斷裂 on.*間的育子鍵oB間的魅子掘斷裂肌紅蛋白(Mb)和血紅蛋白(Hb)的氧解離曲線協同效應(cooperativity)一個寡聚體蛋白質的一個亞基與其配體結合后, 能影響此寡聚體中另一個亞基與配體結合能力的現 象.稱為協同效應。如果是促進作用則稱為正協同效應(positive cooperativ i ty)如果是抑制作用則稱為負協同效應(negative cooperat iv i ty) on.*間的育子鍵oB間的魅子掘斷裂 on.*間的育子鍵oB