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1、目目 录录关于氨基酸多肽与蛋白质课件第1页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录绪绪 论论Biochemistry:Neuberg,1903Chemistry of life运用化学和物理学及生物学原理和技术，主要是化运用化学和物理学及生物学原理和技术，主要是化学原理来研究生命现象的学科。学原理来研究生命现象的学科。生物化学研究的最终目的是在分子水平揭示生命活动生物化学研究的最终目的是在分子水平揭示生命活动的本质，以及致病机制和治疗原理。的本质，以及致病机制和治疗原理。第2页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录一一 、生物化学的内容、生物化学的内容1.叙述生化：叙述生化：组成与结构组成与
2、结构2.动态生化：动态生化：代谢与调控代谢与调控3.功能生化：功能生化：结构与功能结构与功能第3页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录1.叙述生化：组成与结构叙述生化：组成与结构生物体组成分（生物体组成分（%）：水水 蛋白质蛋白质 脂类脂类 无机盐无机盐 糖类糖类 核酸核酸55-67 15-18 10-15 3-4 1-2 微量微量三大营养素：三大营养素：蛋白质蛋白质 脂类脂类 糖类糖类 第4页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录2.动态生化：动态生化：代谢与调控代谢与调控代谢：生物体与环境的物质交换代谢：生物体与环境的物质交换 体现生命体现生命 维持生命维持生命调控：为适应环境的变化
3、而改变代谢的机制调控：为适应环境的变化而改变代谢的机制糖，蛋白质，脂肪：氧化产生糖，蛋白质，脂肪：氧化产生ATP核酸，胆固醇，磷脂，维生素：参与机体结构和功能核酸，胆固醇，磷脂，维生素：参与机体结构和功能第5页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录3.功能生化：功能生化：结构与功能结构与功能细胞水平和分子水平细胞水平和分子水平各异的生命决定于各异的结构各异的生命决定于各异的结构不同的功能具有不同的结构不同的功能具有不同的结构 分子生物学分子生物学 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 核酸的结构与功能核酸的结构与功能第6页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录二、二、生物化学的重要性生物化
4、学的重要性重要性在于生物化学的应用性重要性在于生物化学的应用性三多三多:每年发表论文每年发表论文 诺贝尔奖获得者诺贝尔奖获得者 生化科学家生化科学家生物学的普通语言生物学的普通语言世界语言世界语言基础医学的关键学科基础医学的关键学科第7页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录三、三、生物化学的学习方法生物化学的学习方法1.代谢通路与酶相联系代谢通路与酶相联系2.前后内容对照学前后内容对照学3.整体内容贯穿起来再复习整体内容贯穿起来再复习三难：三难：体内参与反应的物质多，记忆难体内参与反应的物质多，记忆难代谢反应途径多，功能各异，入门难代谢反应途径多，功能各异，入门难大分子的结构与功能之间的关
5、系复杂，理解难大分子的结构与功能之间的关系复杂，理解难第8页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录课程学习安排本学期：生物化学（一）本学期：生物化学（一）内容：大分子结构与功能内容：大分子结构与功能 三大代谢三大代谢 肝胆生化肝胆生化下学年第一学期：生物化学（二）下学年第一学期：生物化学（二）内容：遗传信息的流动、生物信息的传导内容：遗传信息的流动、生物信息的传导双语教学双语教学*课程进度表课程进度表网址：网址：http:/ 录录 参考书Harpers Biochemistry 26th ed.Murray et al,2003Lehninger Principles of Biochemi
6、stry,4th ed.Dalid et al,2005Biochemistry，3rd ed.Donald Voet et al,2003王镜岩主编：王镜岩主编：生物化学生物化学3版，版，2002，高等教，高等教育出版社育出版社第10页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录氨基酸氨基酸、多肽与蛋白质多肽与蛋白质第四章第四章Amino Acids，Peptides and Proteins第11页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录 1833年年，Payen和和Persoz分离出淀粉酶。分离出淀粉酶。1864年年，Hoppe-Seyler从血液分离出血红蛋白，并将从血液分离出血红蛋白，并
7、将其制成结晶。其制成结晶。19世纪末世纪末，Fischer证明蛋白质是由氨基酸组成的，证明蛋白质是由氨基酸组成的，并用氨基酸合成了多种短肽并用氨基酸合成了多种短肽。1938年年，德国化学家，德国化学家Gerardus J.Mulder引用引用“Protein”一词来描述蛋白质。一词来描述蛋白质。第12页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录1951年年,Pauling采用采用X（射）线晶体衍射发现了蛋白质（射）线晶体衍射发现了蛋白质的二级结构的二级结构-螺旋螺旋(-helix)。1953年，年，Frederick Sanger完成胰岛素一级序列测定。完成胰岛素一级序列测定。1962年年，Jo
8、hn Kendrew和和Max Perutz确定了血红蛋白的四确定了血红蛋白的四级结构。级结构。20世纪世纪90年代以后年代以后，后基因组计划。，后基因组计划。第13页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录w什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋 白白 质质（protein）是是 由由 许许 多多 氨氨 基基 酸酸（amino acids）通通过过肽肽键键（peptide bond）相连形成的大分子含氮化合物。相连形成的大分子含氮化合物。第14页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录分分布布广广：所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞胞的的各个部分都含有蛋白质。各个部分都含有蛋
9、白质。含含量量高高：蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子，占占人人体体干干重重的的45，某某些些组组织织含含量量更更高高，例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达80。w蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物蛋白质是生物 体重要组成成分体重要组成成分第15页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录1 1）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）2 2）代谢调节作用）代谢调节作用3 3）免疫保护作用）免疫保护作用4 4）物质的转运和存储）物质的转运和存储5 5）运动与支持作用）运动与支持作用6 6）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递2.蛋白质
10、具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能第16页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录氨基酸氨基酸第一节第一节Amino Acids第17页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录一、一、组成人体的组成人体的20种氨基酸均属于种氨基酸均属于L-氨基酸氨基酸存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸仅仅有有20种种，且且均均属属 L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。第18页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式 （R R为侧链）为侧链）RC+NH3COO-H
11、H第19页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录氨基酸分类氨基酸分类疏水性氨基酸疏水性氨基酸极性氨基酸极性氨基酸中性氨基酸中性氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸脂肪族氨基酸脂肪族氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸第20页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(一一)侧链含烃链的氨基酸属于侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨非极性脂肪族氨基酸基酸二二、2020种氨基酸的侧链结构及极性迥然种氨基酸的侧链结构及极性迥然不同不同此类氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、此类氨基酸有丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。异亮氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸。此类氨基酸在水溶液中溶解度小。此类氨
12、基酸在水溶液中溶解度小。第21页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录氨基酸分类（一）氨基酸分类（一）第22页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录中性氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨中性氨基酸有甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、苏氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。酸、天冬酰胺和谷氨酰胺。氨氨基基酸酸分分类类（二二）第23页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分此类氨基酸有苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸，其侧链分别有苯基、酚基和吲哚基。别有苯基、酚基和吲哚基。氨基酸分类（三）氨基
13、酸分类（三）第24页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基，此类氨基酸有天冬氨酸、谷氨酸，其侧链都含有羧基，均可解离而带负电荷。均可解离而带负电荷。氨基酸分类（四）氨基酸分类（四）第25页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸酸此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别此类氨基酸有赖氨酸、精氨酸和组氨酸，其侧链分别含有氨基、胍基和咪唑基，均可发生质子化，使之带含有氨基、胍基
14、和咪唑基，均可发生质子化，使之带正电荷。正电荷。氨基酸分类（五）氨基酸分类（五）第26页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）第27页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH第28页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录修饰性氨基酸修饰性氨基酸羟赖氨酸羟赖氨酸HO-Lys羟脯氨酸羟脯氨酸HO-Pro苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸磷酸化苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸磷酸化丝氨酸糖基化丝氨酸糖基化天冬酰胺糖基化天冬酰胺糖基化第29页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录三三、2020种氨基酸
15、具有共同或特异的理种氨基酸具有共同或特异的理化性质化性质（一）（一）氨基酸具有两性解离性质氨基酸具有两性解离性质氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。溶液的酸碱度。第30页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子第31页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录等电点等电点(isoelectric point,pI)在某一在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，和阴离
16、子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的呈电中性。此时溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等等电点电点。第32页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（二）（二）氨基酸具有特征性的滴定曲线氨基酸具有特征性的滴定曲线甘甘氨氨酸酸滴滴定定曲曲线线第33页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（三）含共轭双键的氨基（三）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质酸具有紫外吸收性质 色氨酸、酪氨酸的最大色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在吸收峰在 280nm 附近。附近。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以测测定定蛋蛋白白质质溶溶液液280nm的的光光吸吸
17、收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质质含含量量的的快快速速简简便便的方法。的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收第34页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（四）（四）-氨基参与多种化学反应氨基参与多种化学反应Schiff碱碱 醛醛氨基酸氨基酸第35页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（五）氨基酸的（五）氨基酸的-氨基与氨基与-羧基共同参与茚羧基共同参与茚三酮反应三酮反应氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合合物物，其其最最大大吸吸收收峰峰在在570nm处处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在
18、正正比比关关系系，因此可作为氨基酸定量分析方法。因此可作为氨基酸定量分析方法。第36页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（六）一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨（六）一个氨基酸的羧基可与另一个氨基酸的氨基反应成肽基反应成肽氨基酸的氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水氨基脱水缩合而生成二肽，多个氨基酸缩合生成多肽。缩合而生成二肽，多个氨基酸缩合生成多肽。第37页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录多肽和蛋白质多肽和蛋白质Polypeptides and Proteins第二节第二节第38页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录一、一、多肽和蛋白质是氨基酸的多
19、聚体多肽和蛋白质是氨基酸的多聚体（一）（一）氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位氨基酸通过氨基酸通过肽键肽键(peptide bond)相互连接相互连接而形成多肽和蛋白质。而形成多肽和蛋白质。肽键是由一个氨基酸的肽键是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨羧基与另一个氨基酸的基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。氨基脱水缩合而形成的化学键。第39页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键第40页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*两分子氨基酸缩合形
20、成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨基酸缩合则，三分子氨基酸缩合则形成形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为称为氨基酸残基氨基酸残基(residue)。*由十个以内氨基酸相连而成的肽称为由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽多肽(polypeptide)。第41页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录氨基末端（氨基末端（amino terminal）或）或 N 末端末端：多肽：多肽链中有链中有自由氨基自由氨基的一端的一端羧基末端（
21、羧基末端（carboxyl terminal）或）或C 末端：末端：多肽多肽链中有链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有方向性：多肽链有方向性：*多多肽肽链链(polypeptide chain)是是指指许许多多氨氨基基酸酸之之间间以以肽键连接而成的一种结构。肽键连接而成的一种结构。多肽链从氨基末端走向羧基末端。多肽链从氨基末端走向羧基末端。第42页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶第43页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂谷胱甘肽是体
22、内重要的还原剂 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)第44页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+第45页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录2.体内有许多激素属寡肽或多肽体内有许多激素属寡肽或多肽第46页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录3.神经肽是脑内一类重要的肽神经肽是脑内一类重要的肽 在神经传导过程中起重要作用的肽类称为在神经传导过程中起重要作用的肽类称为神经肽神经肽(neuropeptide)。第47页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录 组成蛋
23、白质的元素：组成蛋白质的元素：主要有主要有C、H、O、N和和S。有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铜、铁、铜、锌、锰、钴、钼锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂二、蛋白质的分子组成和结构极其复杂第48页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主，因因此此，只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量，就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量：下公式推算出蛋白质的大
24、致含量：100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数每克样品含氮克数 6.251001/16%蛋白质元素组成的特点：蛋白质元素组成的特点：第49页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(一一)蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结蛋白质根据分子组成分为单纯蛋白质和结合蛋白质两类合蛋白质两类根据蛋白质组成成分，可分为：根据蛋白质组成成分，可分为：单纯蛋白质（单纯蛋白质（simple protein）结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分（conjugated protein）辅基辅基（prosthetic group）第50页，讲稿共
25、148张，创作于星期二目目 录录分类分类辅基辅基举例举例脂蛋白脂蛋白脂类脂类血浆脂蛋白（血浆脂蛋白（VLDL、LDL、HDL等）等）糖蛋白糖蛋白糖基或糖链糖基或糖链胶原蛋白、纤连蛋白等胶原蛋白、纤连蛋白等核蛋白核蛋白核酸核酸核糖体核糖体磷蛋白磷蛋白磷酸基团磷酸基团酪蛋白（酪蛋白（casein）血红素蛋白血红素蛋白血红素（铁卟啉）血红素（铁卟啉）血红蛋白、细胞色素血红蛋白、细胞色素c黄素蛋白黄素蛋白黄素核苷酸（黄素核苷酸（FAD、FMN）琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶金属蛋白金属蛋白铁铁铁蛋白铁蛋白锌锌乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶钙钙钙调蛋白钙调蛋白锰锰丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶铜铜细胞色素氧化酶细胞色素氧化酶
26、结合蛋白质及其辅基结合蛋白质及其辅基 第51页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录根据蛋白质形状，可分为：根据蛋白质形状，可分为：纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质形状决定性质形状决定性质超家族（超家族（super family）家族（家族（family）亚家族（亚家族（subfamily）第52页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(二二)蛋白质分子结构可区分为蛋白质分子结构可区分为4 4个层次个层次高级结构高级结构或或空间构象空间构象(conformation)一级结构一级结构(primary structure)二级结构二级结构(secondary structure)
27、三级结构三级结构(tertiary structure)四级结构四级结构(quaternary structure)第53页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录三、三、氨基酸残基的排列顺序决定氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构肽键（主要化学键）肽键（主要化学键）二硫键二硫键蛋白质一级结构蛋白质一级结构(primary structure)是指蛋白质是指蛋白质分子中，从分子中，从N端到端到C端的氨基酸排列顺序。端的氨基酸排列顺序。形成一级结构的化学键：形成一级结构的化学键：第54页，讲稿共148张，创作于星期二一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象
28、和特异生物学功能的基础，功能的基础，但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。唯一因素。目目 录录胰岛素空间结构第55页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录四、多肽链中的局部特殊构象是蛋四、多肽链中的局部特殊构象是蛋白质的二级结构白质的二级结构蛋白质二级结构蛋白质二级结构(secondary structure)是指蛋是指蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象不涉及氨基酸残基侧链的构象。第56页，讲稿共148张，创作于星期二目目
29、录录 -螺旋螺旋(-helix)-折叠折叠(-pleated sheet)-转角转角(-turn)无规卷曲无规卷曲(random coil)蛋白质二级结构的主要形式：蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键：维系二级结构的主要化学键：氢键氢键第57页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（一）（一）肽键是一个刚性的平面肽键是一个刚性的平面参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型，此此同同一一平平面面上上的的6个个 原原 子子 构构 成成 了了 所所
30、 谓谓 的的肽肽 单单 元元 (peptide unit)。第58页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（二）（二）-螺旋螺旋是常见的蛋白质二级结构是常见的蛋白质二级结构第59页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录-螺旋螺旋连续排列的酰胺平面旋转形成连续排列的酰胺平面旋转形成面螺旋面螺旋右手螺旋右手螺旋酰胺平面与螺旋的长轴平行酰胺平面与螺旋的长轴平行一个一个AA0.15nm,每每3.6个为一圈个为一圈(0.54nm)螺旋借助相邻两圈之螺旋借助相邻两圈之-NH-CO-稳定稳定AA的侧链伸向螺旋外侧的侧链伸向螺旋外侧AA的大小和电荷可以影响螺旋的形成的大小和电荷可以影响螺旋的形成第60页，
31、讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（三）（三）-折叠折叠使多肽链形成片层结构使多肽链形成片层结构第61页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录-折叠折叠较为伸展较为伸展,酰胺平面以锯齿状排列酰胺平面以锯齿状排列两个片段可以是平行或反平行两个片段可以是平行或反平行AA间距间距 平行平行 0.65nm 反平行反平行 0.67nm只有片段间氢键只有片段间氢键,无片段内氢键无片段内氢键AA的侧链伸向锯齿状结构的外侧的侧链伸向锯齿状结构的外侧小侧链的小侧链的AA有利于有利于-折叠的生成折叠的生成第62页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（四）（四）-转角和无规卷曲转角和无规卷曲在蛋白质分子中
32、普遍在蛋白质分子中普遍存在存在-转角转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。肽链结构。第63页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（五）模体（五）模体是蛋白质的超二级结构是蛋白质的超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二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空间构象，并发挥专一的功能并发挥专一的功能，被称为，被称为模体模体(motif)。超二级结构：超二级结构：2个或个或2个以上二级结构组合，个以上二级结构组合，第64页，
33、讲稿共148张，创作于星期二目目 录录模体模体(motif)：数个至数十个数个至数十个AA组成的具有自身相对独立组成的具有自身相对独立构构象和功能象和功能的小区域，模体可构成结构域，也的小区域，模体可构成结构域，也可独立存在。可独立存在。第65页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录钙结合蛋白中结合钙结合蛋白中结合钙离子的模体钙离子的模体 锌指结构锌指结构(zinc finger)第66页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录各种蛋白激酶：以各种蛋白激酶：以ATP为底物，其为底物，其ATP结合模结合模体相同。体相同。氨基酰氨基酰tRNA合成酶也以合成酶也以ATP为底物，其为底物，其ATP结
34、合模体与上大不相同。结合模体与上大不相同。第67页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录几种蛋白激酶几种蛋白激酶C的模体的模体 PS CRR1 CRR2 CaBS ABS DFG PBS 21 22 207 23 30521 22 207 23 305 H H2 2N-N-RKRKGALGALR R-CX-CX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2VXVX4141CXCX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2N-COOH N-COOH 21 22 210 23 301/3 21 22 210 23 301/3 I/I/H H2 2N-N-RKRKGALGALR R-C
35、X-CX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2VXVX4141CXCX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2N-COOHN-COOH 21 22 219 23 310 21 22 219 23 310 H H2 2N-N-RKRKGALGALR R-CX-CX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2VXVX4141CXCX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2N-COOH N-COOH 143 22 86 23 298 143 22 86 23 298 H H2 2N-N-RRRRGAIGAIK K-CX-CX2 2CXCX1313CXCX2 2C
36、XCX2 2AXAX4848CXCX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2N-COOH N-COOH 155 21 135 23 301 155 21 135 23 301 H H2 2N-N-R RQGAVQGAVR R-CX-CX2 2CXCX1414CXCX2 2CXCX2 2VXVX4848CXCX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2N-COOH N-COOH 15 22 91 23 312 15 22 91 23 312 H H2 2N-N-RRRRGAGARRRR-CX-CX2 2CXCX1313CXCX2 2CXCX2 2L-COOH L-COOH 第6
37、8页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录几种蛋白激酶几种蛋白激酶C的模体的模体PS：假底物模体：假底物模体 RKGALR，用于阻断酶活性，用于阻断酶活性中心与底物的结合。中心与底物的结合。真底物真底物 RXXSXRCRR1、CRR2：富含：富含Cys，与激活剂结合，如：，与激活剂结合，如：DG、PMA等。等。CaBS：钙结合位点，受钙离子调节钙结合位点，受钙离子调节ABS：ATP结合模体结合模体DFG：Asp-Phe-Gly催化位点催化位点PBS：蛋白质结合模体蛋白质结合模体第69页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录唾液酸转移酶：唾液酸转移酶：50AA唾液酰模体唾液酰模体，与底物，与
38、底物CMP-SA结合。结合。半乳糖转移酶：半乳糖转移酶：CX5-6K(R)DKKND(G)，底物，底物UDP-Gal 结合模体结合模体。弗林蛋白酶：定位于弗林蛋白酶：定位于TGN，或细胞膜及胞外基质，或细胞膜及胞外基质，通过胞饮回通过胞饮回TGN，有二个模体。，有二个模体。四肽模体四肽模体：与胞饮有关，：与胞饮有关，YKGL,不同生物完全保不同生物完全保守，普遍存在于通过胞饮作用循环于胞膜及高尔守，普遍存在于通过胞饮作用循环于胞膜及高尔基体的膜蛋白上。基体的膜蛋白上。酸性膜体酸性膜体：膜上定位，：膜上定位，CPSDSEEDEG,也存在于也存在于某些膜蛋白中。可能与在膜上的定位有关。某些膜蛋白中
39、。可能与在膜上的定位有关。第70页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录模体与功能模体与功能相同的模体表现出相同的功能，因此，不同蛋相同的模体表现出相同的功能，因此，不同蛋白质只要有部分相似功能就可能具有相似的膜白质只要有部分相似功能就可能具有相似的膜体。体。具有不同功能的蛋白质其模体不同，即使是同具有不同功能的蛋白质其模体不同，即使是同一类蛋白质也表现出不同的性质。一类蛋白质也表现出不同的性质。第71页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（六）（六）氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成氨基酸残基的侧链可影响二级结构的形成蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。蛋白质二级结构是以一级结构为基
40、础的。一段一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折叠，折叠，它就会出现相应的二级结构。它就会出现相应的二级结构。这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳这是氨基酸残基的侧链的相互作用可稳定或去稳定相应的二级结构的原因。定相应的二级结构的原因。第72页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录一一段段肽肽链链有有多多个个酸酸性性氨氨基基酸酸残残基基相相邻邻，则则在在pH7.0时时这这些些残残基基的的游游离离羧羧基基都都带带负负电电荷荷，彼彼此此相相斥斥，妨妨碍碍-螺螺旋旋的的形形成成。同同样样，多多个个碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基在在一一肽肽段段内内，由
41、由于于正正电电荷相斥，也妨碍荷相斥，也妨碍-螺旋的形成。螺旋的形成。天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响天冬酰胺、亮氨酸的侧链很大，也会影响-螺旋形成。螺旋形成。脯氨酸的结构不利于形成脯氨酸的结构不利于形成-螺旋。螺旋。形成形成-折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容折叠的肽段要求氨基酸残基的侧链较小，才能容许两条肽段彼此靠近。许两条肽段彼此靠近。第73页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录五、五、多肽链在二级结构基础上进一步折叠形多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成蛋白质三级结构成蛋白质三级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构(tertiary structure)是指是指整条肽链中
42、全部氨基酸残基的相对空间位整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。位置。（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布第74页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)的三级结构的三级结构 N 端端 C端端153 AA1 HemeAH八段八段-螺旋螺旋无无-S-S-键键功能：储存功能：储存O2第75页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(二二)维持三级结构稳定主要依靠非共价键维持三级结构稳定主要依靠非共价键蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠弱的蛋白质三级结构的形成和
43、稳定主要靠弱的相互作用力或称非共价键、次级键，主要相互作用力或称非共价键、次级键，主要有氢键、有氢键、Van der Waals力、疏水作用、力、疏水作用、和离子键等。和离子键等。第76页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录第77页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 （三）（三）三级结构可含有功能各异的三级结构可含有功能各异的结构域结构域大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为其功能，称为结构域结构域(do
44、main)。第78页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录3-磷磷酸酸甘甘油油醛醛脱脱氢氢酶酶第79页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录(四四)根据结构域可对蛋白质进行分类根据结构域可对蛋白质进行分类根据结构域可将球状蛋白质分为根据结构域可将球状蛋白质分为4类：类：反平行反平行螺旋结构域（全螺旋结构域（全-结构）结构）平行或混合型平行或混合型折叠片结构域（折叠片结构域（，-结构）结构）反平行反平行折叠片结构域折叠片结构域(全全-结构结构)富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）第80页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录A.A.全全-
45、结构域结构域 B.B.平行或混合型平行或混合型 折叠片结构域折叠片结构域C.C.全全-结构域结构域 D.D.富含二硫键结构域富含二硫键结构域第81页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录催化结构域：功能相近者相似催化结构域：功能相近者相似调节结构域：调节因子不同，故相似者甚少。调节结构域：调节因子不同，故相似者甚少。结构域的存在可很好解释多功能酶的作用机制。结构域的存在可很好解释多功能酶的作用机制。不同酶分子上存在着不同的结构域，故功能不同。不同酶分子上存在着不同的结构域，故功能不同。相同的结构域存在于不同酶分子上，可推测其具有相同的结构域存在于不同酶分子上，可推测其具有部分相同功能。部分相
46、同功能。结构域与功能结构域与功能第82页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录结构域与功能结构域与功能功能相近者具有相似的结构域功能相近者具有相似的结构域不同结构域具有不同功能不同结构域具有不同功能多功能要求多结构域多功能要求多结构域第85页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（五）分子伴侣（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠参与蛋白质的折叠分子伴侣分子伴侣(chaperone)通过提供一个保护环境从而加通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。*分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随
47、后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。确折叠。*分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。再诱导其正确折叠。*分子伴侣对于蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成分子伴侣对于蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。起了重要的作用。第86页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用 第87页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢亚基之间的结合力主要是疏水作用，其
48、次是氢键和离子键。键和离子键。六、六、某些蛋白质具有四级结构形式某些蛋白质具有四级结构形式蛋蛋白白质质分分子子中中各各亚亚基基的的空空间间排排布布及及亚亚基基接接触触部部位位的的布布局局和和相相互互作作用用，称称为为蛋蛋白白质质的的四四级级结结构构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基亚基(subunit)。第88页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录血血红红蛋蛋白白的的四四级级结结构构（二）（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起亚基通过亚基间的相互作用联系在一
49、起由由2个个亚亚基基组组成成的的蛋蛋白白质质四四级级结结构构中中，若若亚亚基基分分子子结结构构相相同同，称称 之之 为为同同 二二 聚聚 体体(homodimer)，若若亚亚基基分分子子结结构构不不同同，则则称称之之为为异异二二聚聚体体(heterodimer)。第89页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质生物体内许多蛋白质往往生物体内许多蛋白质往往由多个亚基组成，亚基之间凭由多个亚基组成，亚基之间凭借次级键形成蛋白质四级结构。借次级键形成蛋白质四级结构。胰岛素受体：胰岛素受体：由由4个亚基组个亚基组成成(22
50、)，亚基与亚基与亚基形成单体亚基形成单体(monomer)，2个单体形成二聚体个单体形成二聚体(dimer)。第90页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构第91页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系Structure and Function of Proteins第三节第三节第92页，讲稿共148张，创作于星期二目目 录录（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础一、一级结构是高级结构与功能的基础一、一级结构是高级结构与功能的基础牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶的一级结构