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1、第二章蛋白质的共价结构本讲稿第一页，共五十三页一、蛋白质通论（一）蛋白质的化学组成与分类1元素组成C H ON S PFeC：50%H：7%O：23%N：16%S：03%其他：微量 P：牛奶中的酪蛋白含磷 Fe:血中的血红蛋白含铁。I：甲状腺中甲状腺球蛋白含碘。本讲稿第二页，共五十三页2蛋白质的平均含N量16%凯氏定氮的基础蛋白质含量蛋白N1/16%=蛋白N6.253蛋白质由20种L型、AA组成的长链分子本讲稿第三页，共五十三页4蛋白质的分类三种方法根据组成简单蛋白蛋白质完全由AA组成。Eg核糖核酸酶、胰岛素 结合蛋白除了蛋白质部分外，还有 非 蛋 白 质 成 分（辅 基、配 基）eg.血红蛋
2、白、核蛋白本讲稿第四页，共五十三页表31简单蛋白质的分类 1 清蛋白（albumin）：溶于水及稀盐、稀酸或稀碱溶液。为饱和硫酸铵所沉淀。广泛存在于生物体内，如血清清蛋白、乳清蛋白等。2 球蛋白（globulin）:为半饱和硫酸铵所沉淀。不 溶 于 水 而 溶 于 稀 盐 溶 液 的 称 拟 球 蛋 白（euglobulin）;溶 于 水 的 称 拟 球 蛋 白（pseudoglobulin）.普遍存在于生物体内，如血清球蛋白、肌球蛋白和植物种子球蛋白等。本讲稿第五页，共五十三页3 谷蛋白（glutelin）:不溶于水、醇及中性盐溶液，但易溶于稀酸或稀碱。如米谷蛋白（oryzenin）和麦谷蛋
3、白（glutanin）等。4 醇溶谷蛋白（prolamine）:不溶于水及无水乙醇，但溶于7080%乙醇中。组成上的特点是脯氨酸和酰胺较多，非极性侧链远较极性侧链多。这类蛋白质主要存在于植物种子中。如玉米醇溶蛋白（zein）、麦醇溶蛋白（gliadin）等。5 组蛋白（histone）:溶于水及稀酸，但为稀氨水所沉淀。分子中组氨酸、赖氨酸较多，分子呈碱性。如小牛胸腺组蛋白等。本讲稿第六页，共五十三页6 鱼精蛋白（protamine）:溶于水及稀酸，不溶于氨水。分子呈碱性。如鲑精蛋白（salmin）等。7 硬蛋白（scleroprotain）:不溶于水、盐、稀酸或稀碱。这类蛋白是动物体内作为结缔
4、及保护功能的蛋白质。例如，角蛋白（keratin）、胶原（collagen）、网硬蛋白（reticulin）和弹性蛋白（elastin）等。本讲稿第七页，共五十三页表32结合蛋白质的分类 1 核蛋白（nucleoprotain）：辅基是核酸，如脱氧核糖核蛋白、核糖体、烟草花叶病毒等。2 脂蛋白（lipoprotain）:与脂质结合的蛋白质。脂质成分有磷脂、固醇和中性脂等。如血中的1脂蛋白。卵黄球蛋白（lipovitellin）等。3 糖 蛋 白（glycoprotein）和 粘 蛋 白（mucoprotein）:辅基成分为半乳糖、甘露糖、己糖胺、己糖醛酸、唾液酸、硫酸或磷酸等。如卵 清 蛋 白
5、、球 蛋 白，血 清 类 粘 蛋 白（seromucoid）等。本讲稿第八页，共五十三页4 磷蛋白（phosphoprotein）：磷酸基通过酯键与蛋白质中的丝氨酸或苏氨酸残基侧链相连。如酪蛋白胃蛋白酶等。5 血红素蛋白（hemoprotein）:辅基为血红素，它是卟啉类化合物，卟啉环中心含有金属。含铁的如血红蛋白、细胞色素c，含的有叶绿蛋白，含铜的有血蓝蛋白（Hemocyanin)等。6 黄素蛋白（flavoprotein）:辅基为黄素嘌呤二核苷酸。如琥珀酸脱氢、D氨基酸氧化酶等。7 金属蛋白（metalloprotein）:与金属直接结合的蛋白质。如铁蛋白（ferritin）含铁，乙醇脱氢
6、酶含锌，黄嘌呤氧化酶含钼和铁等。本讲稿第九页，共五十三页根据分子的形状球状蛋白质分子对称性佳，外形接近球状或椭球状，溶解度较好，能结晶。Eg.血红蛋白、血清球蛋白。纤维状蛋白质对称性差，分子类似细棒或纤维可溶性纤维状蛋白质肌球蛋白。不溶性纤维状蛋白质胶原、弹性蛋白。本讲稿第十页，共五十三页根据功能分类酶、运输蛋白、营养和贮存蛋白质，结构蛋白质、防御蛋白质、运动蛋白质本讲稿第十一页，共五十三页本讲稿第十二页，共五十三页（二）蛋白质的大小与分子量蛋白质是分子量很大的生物分子1 均一的蛋白质 它的所有分子在AA的组成和顺序以及肽链的长度方面是相同的 2 寡聚蛋白质 某些蛋白质是由两个或更多个蛋白质亚
7、基（多肽链）通过非共价结合而成的。特点：a.可解离成亚基，但相当稳定。b.可以结晶的形式从组织中分离。c.有此蛋白质以寡聚蛋白质表现其活性的。本讲稿第十三页，共五十三页3 简单蛋白质AA残基数目的估算。蛋白分子量AA残基的数目 110因为，AA残基的平均分子量12818110。本讲稿第十四页，共五十三页（三）蛋白质的构象 每一种天然的蛋白质都有自己特有的空间结构称蛋白质的构象。纤维状蛋白质螺旋：多肽链沿着纤维纵轴的方向借助链内氢键卷曲而成。折叠片：借助链间氢键连接而成球状蛋白质多肽链盘绕成紧密的球状结构。本讲稿第十五页，共五十三页-KeratinA fibrous structural pro
8、tein coiled into a right-handed helical secondary structure,-helix stabilized by H-bondsb between amide NH groups and C=O groups four residues away a-helical segments in their chains本讲稿第十六页，共五十三页蛋白质结构的不同组织层次（level,hierarchy)一级结构指多肽链共价主链的AA顺序。二级结构指多肽链借助氢键排列成沿一维方向具有周期性结构的构象。eg.螺旋折叠三级结构指多肽链借助各种次级键（非共价键
9、）盘绕成具有特定肽链走向的紧密球状构象。四级结构指寡聚蛋白质中各亚基之间在空间上的相互关系或结合方式。亚基又有自己特定的三维构象。本讲稿第十七页，共五十三页Proteins hierarchy本讲稿第十八页，共五十三页本讲稿第十九页，共五十三页本讲稿第二十页，共五十三页（四）蛋白质功能的多样性蛋白质顺序异构现象是蛋白质生物功能多样性和种属特异性的结构基础。（A202020！21018种）本讲稿第二十一页，共五十三页1 作为有机体新陈代谢的催化剂酶。2 作为有机体的结构成分。胶原纤维。3 具有贮存AA的功能。用作有机体及其胚胎或幼体生长发育的原料。卵清蛋白4 具有运输的功能。血红蛋白5 有些蛋白
10、是肌肉收缩系统的必要成分。肌球蛋白、肌动蛋白本讲稿第二十二页，共五十三页6 具有激素的功能。对生物体内的新陈代谢起调节作用。胰岛素7 具有防御功能。免疫反应。（抗体、抗原）。8 具有接受和传递信息的作用受体。9 调节或控制细胞的生长，分化和遗传信息的表达。阻遏蛋白。本讲稿第二十三页，共五十三页二、蛋白质的共价结构 蛋白质的一级结构 AA顺序 蛋白质分子中AA连接的基本方式肽键 本讲稿第二十四页，共五十三页（一）肽和肽键的结构肽：是由一个氨基酸的羧基和另一个氨基酸的氨基脱水缩合而成的化合物。本讲稿第二十五页，共五十三页肽键：氨基酸间脱水后形成的共价键称肽键（酰氨键），其中的氨基酸单位称氨基酸残基
11、。本讲稿第二十六页，共五十三页实验依据：（1）蛋白质分子中游离的-氨基，-羧基很少。若水解，游离-氨基，-羧基以等mol数增加 说明氨基，-羧基参与某种结合，水解时，这种结合断开。（2）人工合成肽能被蛋白酶水解。O （3）包含-C-N-H基团的化合物如双缩脲H2N-CO-NH-NH2能与酸铜-氢氧化钠溶液产生双缩脲颜色反应。天然蛋白质也存同样反应。本讲稿第二十七页，共五十三页（4）人工合成的多聚AA的X射线衍射图案和红外吸收光谱与天然的纤维状蛋白质十分相似。（5）我国在世界上首次人工合成蛋白质-结晶牛胰岛素的成功，完全证明了蛋白质的肽链结构学说的正确性。本讲稿第二十八页，共五十三页二肽：二个A
12、A组成，包含一个肽键 三肽：包含三个AA四肽：包含四个AA 五肽：包含五个AA AA残基-肽链中的AA由于参加肽链的形成已经不是原来完整的分子 本讲稿第二十九页，共五十三页由两个氨基酸形成的肽叫二肽，少于10个氨基酸的肽叫寡肽，多于10个氨基酸的肽叫多肽。本讲稿第三十页，共五十三页肽链的书写 NH2末端AA残基放在左边 COOH末端AA残基放在右边共价主链肽链中的骨干是由（分子式）NCCNCCNCCNCC.NCC 单位规则地重复排列而成。侧链：由不同的氨基酸残基构成 本讲稿第三十一页，共五十三页 在多肽链中，肽链的一端保留着一个在多肽链中，肽链的一端保留着一个氨基，另一端保留一个氨基，另一端保
13、留一个羧基，带羧基，带氨基的末端称氨基的末端称氨基末端氨基末端(N端端)；带；带羧羧基的末端称基的末端称羧基末端羧基末端(C端端)。书写多肽链。书写多肽链时可用略号，时可用略号，N端写于左侧，用端写于左侧，用H做标做标志，志，C端于右侧用端于右侧用OH表示。肽详细命名表示。肽详细命名时为时为酰酰酰酰酸。酸。本讲稿第三十二页，共五十三页本讲稿第三十三页，共五十三页名称：丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸写法：Ser-Gly-Try-Ala-Leu或，如果倒过来写，则表示不同的肽，如LeuAla-Tyr-Gly-Ser。本讲稿第三十四页，共五十三页肽键的结构特点：（1）酰胺氮上的孤对电子与相邻羰基之间
14、的共振作用，形成共振杂化体，稳定性高。（2）肽键具有部分双键性质，不能自由旋转，具有平面性。本讲稿第三十五页，共五十三页本讲稿第三十六页，共五十三页CN键长：0.184nm CN键长：0.127nm C-N键长：0.132nmC-N具40双键性质CO具40单键性质 本讲稿第三十七页，共五十三页（3）肽键亚氨基在pH0-14内不解离。（4）肽链中的肽键一般是反式构型，而Pro的肽键可能出现顺、反两种构型本讲稿第三十八页，共五十三页本讲稿第三十九页，共五十三页二硫键使两条单独的肽链共价交联起来（链间二硫键）使一条链的某一部份形成（链内二硫键）两个半胱AA残基的侧链之间形成的二硫键，即胱AA残基的二
15、硫键本讲稿第四十页，共五十三页DisulfidesThiols in adjacent chains can form a disulfide RSSR through spontaneous oxidation(see 18.10)A disulfide bond between cysteine residues in different peptide chains links the otherwise separate chains together,while a disulfide bond between cysteine residues in the same chain
16、forms a loop 本讲稿第四十一页，共五十三页（二）肽的重要性质 1、旋光性一般短肽的旋光度等于其各个氨基酸的旋光度的总和。蛋白质水解得到的各种短肽，只要不发生消旋作用，也具有旋光性。本讲稿第四十二页，共五十三页2、肽的酸碱性质短肽在晶体和水溶液中也是以偶极离子形式存在。在pH014范围内，肽键中的亚氨基不解离，因此肽的酸碱性质主要取决于端和端COOH以及侧链上可解离的基团。本讲稿第四十三页，共五十三页在长肽或蛋白质中，可解离的基团主要是侧链基团。肽中的末端COOH pK值比游离 a.a中的大一些，而末端的pK值比游离氨基酸中的小一些，R基变化不大。本讲稿第四十四页，共五十三页规则：当
17、溶液pH大于解离侧链的pK值，占优的离子形式是该侧链的共轭碱。当溶液pH小于解离侧链的pK值，占优的离子形式是它的共轭酸。本讲稿第四十五页，共五十三页GlyGluLysAla的解离：pH 占优势离子的净电荷：10.2 -2 本讲稿第四十六页，共五十三页净电荷为零时的溶液pH就是该肽的等电点（pI）。多肽的等电点，随着肽链内酸性氨基酸残基数的增加而下降，随着肽链内碱性氨基酸残基数的增加而上升。多肽的等电点可以通过计算求得（如上例中），但残基数增大时，此法不行。可将肽链内酸性残基和碱性残基进行清点比较，推测等电点偏酸还是偏碱，然后用等电点聚焦电泳进行实验测定。本讲稿第四十七页，共五十三页3、肽的化
18、学反应和游离氨基酸一样，肽的羧基，氨基和侧链R基上的活性基团都能发生与游离氨基酸相似的反应。凡是有肽键结构的化合物都会发生双缩脲反应，且可用于定量分析。双缩脲反应是肽和蛋白质特有的反应，游离氨基酸无此反应。本讲稿第四十八页，共五十三页（三）天然存在的活性肽生物体内存在大量的多肽和寡肽，其中有很多具有很强的生物活性，称活性肽。生物的生长、发育、细胞分化、大脑功能、免疫、生殖、衰老、病变等都涉及到活性肽。活性肽是细胞内部、细胞间、器官间信息沟通的主要化学信使。很多激素、抗生素都属于肽类或肽的生物。本讲稿第四十九页，共五十三页1、谷胱甘肽 GluCysGly广泛存在于动、植、微生物细胞内，在细胞内参
19、与氧化还原过程，清除内源性过氧化物和自由基，维护蛋白质活性中心的巯基处于还原状态。本讲稿第五十页，共五十三页2、短杆菌肽（抗生素）由短杆菌产生的10肽环。抗革兰氏阳性细菌，临床用于治疗化浓性病症。L-OrnL-LeuD-PheL-ProL-ValL-OrnL-LeuD-Phe L-ProL-Val本讲稿第五十一页，共五十三页3、脑啡肽（5肽）已发现几十种Met-脑啡肽：TyrGlyGlyPheMetLeu-脑 啡 肽：TyrGlyGlyPheLeu具有镇痛作用。本讲稿第五十二页，共五十三页生物体内多肽或寡肽的来源：合成蛋白质的剪切、修饰酶专一性逐步合成（如谷胱甘肽）、动物肠道可吸收寡肽本讲稿第五十三页，共五十三页