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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 蛋白质的结构与功能,Structure and Function of Protein,蛋白质的概念,蛋白质,(protein),是由许多氨基酸,(amino acid),通过肽键,(peptide bond),相连形成的高分子含氮化合物。,第一节 蛋白质的分子组成,The Molecular Component of Protein,蛋白质的元素组成,主要含有碳、氢、氧、氮及硫。,有些蛋白质还含有磷、铁、铜、锌、,锰、钴及钼等。,蛋白质元素组成的特点,蛋白质的含氮量接近，平均为,16%,。,测定生物样品含氮量可推算出蛋白质,大致含量。,100,克样品中蛋白质的含量（,g%,）,=,每克样品含氮克数, 6.25 100,一、蛋白质的基本组成单位,-,氨基酸,氨基酸是蛋白质的基本组成单位。,自然界存在,300,余中氨基酸，组成蛋白质,的氨基酸仅有,20,种，且均为,L- -,氨基酸,(,除甘氨酸外,),。,（一）氨基酸的分类,1.,非极性脂肪族氨基酸,2.,极性中性氨基酸,3.,芳香族氨基酸,4.,酸性氨基酸,5.,碱性氨基酸,1.,非极性脂肪族氨基酸,甘氨酸,glycine Gly G 5.97,丙氨酸,alanine Ala A 6.00,缬氨酸,valine Val V 5.96,亮氨酸,leucine Leu L 5.98,异亮氨酸,isoleucine Ile I 6.02,脯氨酸,proline Pro P 6.30,2,中性极性氨基酸,丝氨酸,serine Ser S 5.68,半胱氨酸,cysteine Cys C 5.07,甲硫氨酸,methionine Met M 5.74,(,蛋氨酸,),天冬酰胺,asparagine Asn N 5.41,谷胺酰胺,glutamine Gln Q 5.65,苏氨酸,threonine Thr T 5.60,苯丙氨酸,phenylalanine Phe F 5 .48,色氨酸,tryptophan Trp W 5.89,酪氨酸,tyrosine Tyr Y 5.66,3,芳香族氨基酸,4.,酸性氨基酸,天冬氨酸,aspartic acid Asp D 2.97,谷氨酸,glutamic acid Glu E 3.224,5.,碱性氨基酸,赖氨酸,lysine Lys K 9.74,精氨酸,arginine Arg R 10.76,组氨酸,histidine His H 7.59,胱氨酸与二硫键,（二）氨基酸的理化性质,1.,两性解离及等电点,氨基酸是两性电解质，其解离方式及,带电状态取决于其所处溶液的酸碱度。,等电点,(isoeletric point, pI),在某一,pH,条件下，氨基酸解离成阳离子和阴,离子的数量相等，分子呈电中性，此时溶液的,pH,称为该氨基酸的等电点。,2.,氨基酸的紫外吸收,酪氨酸、色氨酸含有共轭双键，具有,吸收紫外光的特性，在,280nm,处有最大,吸收峰。蛋白质在,280nm,处的紫外吸收与,浓度成正比，可用于蛋白质的定量分析。,二、氨基酸与多肽,氨基酸通过肽键 相连接的形成多肽链。,（一）肽键（,peptide bond),一分子氨基酸的,-,羧基与另一分子的,-,氨基，脱水缩合形成的酰胺键（,-CO-NH-,）,称为肽键。,肽与肽键,多肽链的序号从,N,端计算，书写时将,N,端写于左侧，用,H,2,N-,或,H-,表示；,C,端用,-COOH,或,-OH,表示。,氨基酸残基,(residue),肽链中的氨基酸分子因形成肽键失去,部分基团，称为氨基酸残基。,（二）生物活性肽类,由几个至几十个氨基酸残基组成,谷胱甘肽,(glutathione, GSH),谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组成，,简称为谷胱甘肽。,谷胱甘肽,GSH,与,GSSG,间的相互转换,三、蛋白质的分类,1,根据蛋白质分子的组成特点,单纯蛋白质和结合蛋白质,2,根据分子形状的不同,球状蛋白和纤维状蛋白,3,根据蛋白质的主要功能,功能活性蛋白质和结构蛋白质。,第二节 蛋白质的分子结构,The Molecular Structure of Protein,蛋白质的分子结构,一级结构,(primary structure),二级结构,(secondary structure),三级结构,(tertiary structure),四级结构,(quaternary structure),高级结构,一,、,蛋白质的一级结构,氨基酸排列顺序称为蛋白质的一级结构。,一级结构是蛋白质分子基本结构，决定蛋白质空间构象的基础。蛋白质的空间构象则是实现其生物学功能的基础。,一级结构中的主要化学键是,肽键,。,牛胰岛素的一级结构,二,、,蛋白质的空间结构,蛋白质在一级结构的基础上，分子单键,旋转而盘曲、折叠形成特定空间构象。,蛋白质的构象包括主链构象和侧链构象。,蛋白质的空间结构包括蛋白质的二级结构、,三级结构和四级结构。,（一）蛋白质的二级结构,是指蛋白质分子中某一肽链的局部空间结构，即多肽链中主链原子的相对空间排列分布，而不涉及氨基酸残基侧链的空间排布。,稳定因素： 氢键,肽平面,肽键具有部分双链性质，因此肽键,不能自由旋转，而使涉及肽键的,6,各原子,共处于同一平面，称为肽键平面，又称,肽单元。,肽键平面示意图,2.,蛋白质二级结构的主要构象形式,-,螺旋,(-helix),-,折叠,(-pleated sheet),-,转角,(-turn),无规卷曲,(random coil),-,螺旋结构,（,1,）,-,螺旋,多肽链中的主链围绕中心轴有规律的,螺旋式上升，螺旋的走向为顺时针方向，,称右手螺旋。,氢键是维持,-,螺旋结构稳定的主要,化学键。,（,2,）,-,折叠,-,折叠呈折纸状,多肽链充分伸展，各个肽单元以,C,为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，氨,基酸残基侧链交替地位于锯齿状结构的上,下方。,-,折叠,（,3,）,-,转角,出现于肽链进行,180,o,回折时的转角部位。,由,4,个氨基酸残基组成，由第一个残基的,羰基,(O),与第四个残基的氨基氧,(H),形成氢键，,以维持转折结构的稳定。,第二个氨基酸残基多为脯氨酸和甘氨酸。,-,转角,（,4,）无规卷曲,肽链为环或卷曲结构，没有规律性排布，,但是表现重要生物学功用，称为“无规卷曲”。,由两个或三个二级结构的肽段，在空间上,相互接近，形成一个特殊的空间构象，被称为,模体。,（二）蛋白质的三级结构,是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间,排布，即整条肽链所有原子在三维空间的排布位置。,主要靠次级键，包括氢键、离子键,(,盐键,),、,疏水作用、范德华力、二硫键等。,维持蛋白质分子构象的各种化学键,a.,氢键,b.,离子键,c.,疏水作用,肌红蛋白,结构域,（,domain,）,分子量较大的蛋白质可折叠成多个结构较为,紧密的区域，并各行其功能，称为结构域。,结构域含有序列上连续的,100,200,个氨基酸,残基，有较为独立的三维结构。,（三）蛋白质的四级结构,每一条具有完整三级结构的多肽链，称为,亚基,。,各亚基之间以非共价键相互连接形成特定的三维空,间构象，称为蛋白质的四级结构。,维持四级结构的作用力主要是疏水作用，包括,氢键、离子键及范德华力等。,血红蛋白,由,2,个,亚基和,2,个,亚基构成的四聚体，,每个亚基中都结合,1,个血红素辅基。,4,亚基,通过,8,个离子键相连，形成血红蛋白的四聚体。,完整的血红蛋白分子具有运输,O,2,和,CO,2,的功能。,蛋白质的四级结构,-,血红蛋白结构,第三节 蛋白质结构与功能的关系,The Relation of Structure and Function of protein,一、,蛋白质的一级结构与功能的关系,蛋白质的功能是由其特定的构象所决定的，,一级结构是空间构象的基础。某些肽段一级结构,（氨基酸组成）决定特定二级结构（,-,螺旋或,-,折叠）的形成。,哺乳类动物胰岛素氨基酸序列的差异,蛋白质一级结构中起关键作用的氨基酸,残基缺失或被替代，可通过影响空间构象而,影响其生理功能。,例如血红蛋白,亚基的第,6,位谷氨酸被,缬氨酸替代，可导致镰刀形贫血。,例：镰刀形红细胞贫血,N-Val His Leu Thr Pro ,Glu, Glu C(146),HbS,肽链,HbA,肽 链,N-Val His Leu Thr Pro ,Val, Glu C(146),二、 蛋白质的空间结构与功能的关系,蛋白质多种多样的功能与各种蛋白质,特定的空间构象密切相关，所以蛋白质构,象是其生物活性的基础。,肌红蛋白和血红蛋白的结构,肌红蛋白与血红蛋白都是含有血红素,辅基的蛋白质。,肌红蛋白是一个只有三级结构的单链蛋白质，,它的三级结构折叠方式使辅基血红素能与,O,2,结合,与解散，发挥储氧的功能。,血红素结构,血红蛋白的构象变化与运氧功能,随氧分压增高，氧合,Hb,占总,Hb,的百分数,随之增加，这一变化关系称为氧解离曲线。,肌红蛋白与血红蛋白的氧解离曲线,第四节 蛋白质的理化性质,The Physical and Chemical Characters,of Protein,一,、,蛋白质的两性解离,蛋白质分子在一定的溶液,pH,条件下可解离成带负电荷或正电荷的基团。,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，此时溶液的,pH,称为蛋白质的等电点。,利用蛋白质两性电离的性质，可通过电泳、离子交换层析、等电聚焦等技术分离蛋白质。,二,、,蛋白质的胶体性质,蛋白质是高分子化合物,蛋白质胶体稳定性的因素：,颗粒表面水化膜,表面电荷,除去上述两个稳定因素时，蛋白质从,溶液中析出。,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,在等电点的蛋白质,水化膜,+,+,+,+,+,+,+,+,带正电荷的蛋白质,带负电荷的蛋白质,不稳定的蛋白质颗粒,酸,碱,酸,碱,酸,碱,脱水作用,脱水作用,脱水作用,溶液中蛋白质的沉淀,三,、,蛋白质的变性、复性,1.,变性,(denaturation),蛋白质在某些理化因素的作用下，空,间构象受到破坏，改变理化性质，并失去,其生物活性，称为蛋白质的变性。,变性涉及空间结构的改变。一级结构,不变，肽键无断裂。,蛋白质变性的因素,常见的有高温、高压、紫外线和乙醇,等有机溶剂、重金属离子及生物碱试剂等。,在医学上，变性因素可导致病原微生物,蛋白的变性失活，常被用来消毒灭菌。,2.,复性,(renaturation),当蛋白质变性程度较轻，消除变性,因素使蛋白质恢复或部分恢复其原有的,构象和功能，称为复性。,许多蛋白质或结构复杂或变性后空间,构象严重破坏，不可能发生复性。,四,、,蛋白质的紫外吸收,蛋白质,(,色氨酸及酪氨酸,),在紫外光,波长,280nm,处有最大吸收，可以用于,检测蛋白质含量。,五,、,蛋白质的呈色反应,某些试剂对蛋白质分子中肽键或特殊氨基酸残基发生显色反应，产生的有色物质与蛋白质浓度相关，可用于蛋白质定性、定量检测。如双缩脲反应，考马斯亮蓝、茚三酮反应等。,
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