生化—蛋白质-2

蛋白质化学,1 蛋白质化学,1,1.1 氨基酸,1.2 肽,1.3 蛋白质的分子结构,1.4 蛋白质结构和功能的关系,1.5 蛋白质的重要性质,1.6 蛋白质的分类,1.7 蛋白质的分离与鉴定,1.2 肽,(peptide),（p28）,肽,(peptide),肽键,(peptide bond),肽链,(peptide chain),肽平面,肽的命名,肽的性质,生物活性肽,我们将要学到的,肽键(酰胺键),二肽,一、肽和肽链(peptide chain)的结构及命名,1、肽和肽链的结构,Met,Asp,Leu,Tyr,N,C,肽,是由氨基酸通过肽键,缩合,而形成的化合物,肽键将氨基酸与氨基酸,头尾相连,氨基酸残基,(residue),Met,Asp,Leu,Tyr,N,C,多肽链的骨架均由重复的肽单位排列而成，称为,肽主链(backbone),Met,Asp,Leu,Tyr,N,C,多肽链有两端,N,末端,:,多肽链中有,游离,-,氨基,的一端,C,末端,:,多肽链中有,游离,-,羧基,的一端,Met,Asp,Leu,Tyr,N,C,2、命名,根据参与其组成的氨基酸残基来确定的，规定从肽链的NH,2,末端氨基酸残基开始，称为,某氨酰某氨酰,某氨基酸,。,氨基酸的顺序是从,N,-端的氨基酸残基开始，以,C,-端氨基酸残基为终点的排列顺序。,如上述五肽可表示为：,Ser,Gly,Tyr,Ala,Leu,丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸,TyrGlyGlyPheMet,酪氨酰甘氨酰甘氨酰苯丙氨酰蛋氨酸（脑啡肽）,例如：,二、肽的性质,具有两性解离的性质,pK,1,：羧基游离氨基酸，酸性低,pK,2,: 氨基游离氨基酸，碱性弱,pK,R,:侧链基团（R）的变化不大,肽的化学反应与氨基酸一样,双缩脲反应,含有两个以上肽键的化合物在碱性溶液中与Cu,2+,生成,紫红色到蓝紫色,的络合物，可用以测定多肽合蛋白质含量。,三、生物活性肽,p30,1、很多动物激素,2、某些抗菌素,3、,谷胱甘肽（GSH，3肽）,谷胱甘肽主要生理功能：某些氧化还原酶的辅酶，对巯基酶的SH基有保护作用，且有防止过氧化物累积的功能。,(p31),-,氧化型谷胱甘肽,（GSSG）,还原型谷胱甘肽（GSH）,谷胱甘肽还原酶,GSH过氧化物酶,H,2,O,2,2GSH,2H,2,O,GSSG,GSH还原酶,NADPH,+,H,+,NADP,+,谷胱甘肽主要生理功能：作为电子传递体参与植物体内的电子传递。,阿斯巴甜糖,天(门)冬氨酰苯丙氨酸甲酯(一种约比蔗糖甜200倍的甜味剂),1.3 蛋白质的分子结构,一级结构,(p41,）,:,氨基酸序列和二硫键的位置,二级结构,(p57,）,：主链规律的空间排列,(,-,螺旋, -,折叠,),超二级结构,结构域（,domain,）,三级结构,(p70,）,： 三维空间折叠,四级结构,(p83,）,：多肽链间的相互关系,维持蛋白质空间结构稳定的因素,我们将要学到的,高级结构,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),超二级结构,结构域,蛋白质的基本结构单位：二级结构,-helix,-sheet,二级结构,：,-螺旋和-折叠,Tertiary structure,Quaternary structure,蛋白质的三维空间结构,一、蛋白质的一级结构,定义：,多肽链中氨基酸的排列顺序,化学键：,肽键,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,一、蛋白质的一级结构,定义：,多肽链中氨基酸的排列顺序,主要的化学键：,肽键,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,二、蛋白质的二级结构,蛋白质多肽链主链有规则的折叠方式，指多肽链主链在空间上的排列，,（不涉及侧链基团在空间上的关系）。,一个肽键可由两个共振异构体（resonance isomer）代表。,生物体内存在的肽键是两种电子异构体结构的共振混合物，即碳氮之间的化合键有50%的双键特性。,多肽链折叠的空间限制,多肽链折叠的空间限制,肽键的,部分双键性质,和非键合原子之间的,最小接触距离,造成了多肽链折叠的空间限制。,C-N单键的键长=0.147nm,C=N双键的键长=0.127nm,肽键中C-N的键长=0.132nm,肽链中的肽平面,肽平面（酰胺平面）,从C,沿键轴方向观察，,顺时针,旋转的和角度为,正,值，,逆时针,旋转的为,负,值。,反式,顺式,肽平面一般呈反式构象,脯氨酸的侧链中的,-氨基的顺式及反式肽键具有近乎相等的能量。,Many of the possible conformations about an,-carbon between two peptide planes are forbidden because of steric crowding.,(c),中,0、0（,构象实际上不存在,）,1922-2001,Ramachandran Plot,拉氏构象图,(可允许的,、,值),Linus Carl Pauling (1901-1994),1926年，留学Sommerfeld,实验室（1年7个月）,1928年，发明杂化轨道理论， 创立量子化学,1930年，去Laurence Bragg实验室学X-ray衍射,1936年，与Mirsky一起发表蛋白质变性的理论-氢键,1937年，开始搭,-helix,的模型，发现5.4A的周期，与 Astbury的Keratin蛋白测定得到的5.1A不符。此后化了约10年的时间测定各种含肽键的小分子的结构，得出肽键的6个原子在同一平面上的结论,1949年，人造丝X-ray数据发表，他看到了5.4A的周期,1950年，,-,helix模型发表，次年发表,-,sheet,模型,1954年，Nobel化学奖,1963年，Nobel和平奖,70年代，提倡Vitamin C治百病,80年代，和Robinson的纠纷,蛋白质二级结构元件,螺旋,-折叠,-转角,无规律卷曲,蛋白质的二级结构(Secondary structure)是肽链主链不同肽段通过自身的相互作用、形成,氢键,，沿某一主轴盘旋折叠而形成的局部空间结构。,氢键（D-HA）,是一种由弱酸性 供体基团(D-H）和一个具独对电子的原子（A）之间形成的静电作用力。,(p75),定义,多肽链沿长轴方向通过氢键向上盘曲所形成的右手螺旋结构称为,-螺旋,。,螺旋,（p60）,结构要点,A、,肽链以肽键平面为单位，以多肽链中的碳原子为转折，围绕长轴盘旋，形成右手螺旋；每个,-碳的,和分别在57,和47,附近。,B、,每圈螺旋含有3.6个氨基酸残基，沿螺旋轴方向上升0.54nm，直径约为0.5nm。,C、,每个残基绕轴旋转100，沿轴上升0.15nm。,D、,相邻螺圈之间形成链内氢键，氢键的取向几乎与中心轴平行。,E、,氢键由每个氨基酸残基的N-H与前面隔3个氨基酸残基的C=O形成；在氢键封闭的环内共包含13个原子，故可描述为3.6,13,-螺旋。（螺旋结构可用S,N,表示，S代表每圈螺旋的残基个数，N表示氢键封闭环本身的原子数）,F、,氨基酸残基的侧链基团,伸向外侧,影响,螺旋稳定的因素,即每一个氨基酸残基中的N-H和前面第四个氨基酸残基的C=O之间都形成氢键，使-螺旋十分牢固。,-螺旋稳定的原因-大量的氢键,A、酸性或碱性氨基酸残基集中的区域,带相同电荷的残基过于集中，彼此间因静电排斥而不能形成链内氢键，妨碍,螺旋的形成。,不利于-螺旋稳定的因素,B、较大的R基集中的区域,因空间位阻大不利于-螺旋的形成，如Phe、Trp、Ile等。,D、甘氨酸残基出现的部位，不利于-螺旋的形成,甘氨酸R基为H,所占空间很小,会影响该处螺旋的稳定；甘氨酸R基为H，在形成三级结构时不能与其它侧链基团形成次级键，所以不利于-螺旋的稳定。,C、脯氨酸残基出现的部位, 螺旋即被中断，并产生一个“结节”,脯氨酸-碳原子组成五员环，结构不易扭转；脯氨酸是亚氨基酸，N上没有供形成氢键的氢。, -螺旋的意义,-螺旋是球状蛋白质构象中最为常见的螺旋盘曲形式,-螺旋可使肽链的长度大为缩短，即延伸性较大,-螺旋并不是蛋白质构象中唯一的螺旋结构,（3,10,螺旋；左手螺旋；4.4,16,螺旋）,例：纤维蛋白,（,p65,）,-折叠,（p62）,定义,两段以上折叠成锯齿状的多肽链通过氢键相连而并行成较伸层的,片状结构,。,结构要点,多肽链中的肽键平面之间折叠成锯齿状。,-折叠是依靠不同肽链之间或同一条肽链不同肽段之间肽键的N-H与C=O形成氢键而得以稳定，氢键与链互相垂直。,侧链基团较小,它们交替地伸向片层的上方和下方。,类别,所有肽链的N-端在同一方向；,-119、+113,(图）,A、,平行式,B、,反平行式,N-端一顺一反地交替排列；,-139、+135,（更为稳定）,(图）,平行,b,strands (A,b,sheet),反平行,b,strands (and,b,sheet),影响-折叠形成的因素：,侧链基团的大小,影响-折叠形成的因素,-折叠稳定的原因：,大量链间氢键,只有多肽链中氨基酸残基的R较小时，才能允许两肽段彼此靠近。,如蚕丝蛋白中含有大量的-折叠，因蚕丝蛋白中含有大量的甘氨酸残基和丙氨酸残基。,-折叠的意义,-,折叠,是球状蛋白质构象的重要结构特征,往往形成中央核心。,球状蛋白质中,-,折叠（当沿着它们的肽链方向观察时）总是呈明显的右手扭曲。,-螺旋与-折叠的比较,-转角和,-凸起,（p64）,在,-转角中第一个残基的C=O与第四个残基的N-H氢键键合，形成一个紧密的环，使,-转角成为比较稳定的结构。,由四个连续的氨基酸残基构成,第一个氨基酸残基的CO与第四个氨基酸的N-H形成氢键，从而稳定转折的构象。,两种主要类型,差别：中央肽基旋转了180,。,-转角的结构特点,转角的特定构象在一定程度上取决与它的组成氨基酸,某些氨基酸如,脯氨酸和甘氨酸,经常存在其中。,-转角常见于球状蛋白质分子表面，在这里改变多肽链方向的阻力比较小。,-转角的结构特点,由于,甘氨酸,缺少侧链(只有一个H),在转角中能很好的调整其他残基的空间阻碍,因此是立体化学上最合适的氨基酸。,脯氨酸,具有环状结构和固定的,角,因此在一定程度上迫使转角形成,促使多肽自身回折。这些回折有助于反平行折叠片的形成。,-凸起引起多肽链方向的改变,无规律卷曲,（p64),无规则卷曲,细胞色素,C的三级结构,定义,：,又称自由回转，是指没有一定规律的松散肽链结构。,（酶的活性部位和蛋白质的功能部位常常处于这种构象区域）,是多肽链某些区段形成规律性不强的构象,往往出现在-螺旋与-螺旋之间、-折叠与-折叠之间以及-螺旋与-折叠之间,结构特点,：,