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1、蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构 蛋白质的结构具有多种结构层次，包括蛋白质的结构具有多种结构层次，包括一级结构一级结构和和空间结空间结构构，空间结构又称为，空间结构又称为构象构象。空间结构包括二级结构、三级结。空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在构和四级结构。在二级与三级二级与三级之间还存在之间还存在超二级结构和结构超二级结构和结构域域这两个结构层次。这两个结构层次。蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构 蛋白质的一级结构（蛋白质的一级结构（Primary structure）又称为共价结构）
2、又称为共价结构或化学结构。它是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺或化学结构。它是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。序通过肽键连接起来的多肽链结构。（一）肽键与肽链（一）肽键与肽链1.1.肽键：肽键：一个氨基酸的一个氨基酸的-COOH-COOH 和相邻的另一个氨基酸的和相邻的另一个氨基酸的 -NH-NH2 2脱水形成共价键。如下图：脱水形成共价键。如下图：肽键和肽的结构肽键和肽的结构2.2.氨基酸借肽键连接起来叫氨基酸借肽键连接起来叫肽肽，肽是一大类物质，即：，肽是一大类物质，即：1)1)两个氨基酸组成的肽叫两个氨基酸组成的肽叫二肽二肽；2)2)三个氨基酸组成的肽
3、叫三个氨基酸组成的肽叫三肽三肽；3)3)多个氨基酸组成的肽叫多个氨基酸组成的肽叫多肽多肽；4)4)氨基酸借氨基酸借肽键肽键连成长链，称为连成长链，称为肽链肽链，肽链两端有自由，肽链两端有自由-NH-NH2 2和和-COOH-COOH，自由，自由-NH-NH2 2端称为端称为N-N-末端末端（氨基末端），自由（氨基末端），自由-COOHCOOH端称为端称为C-C-末端末端（羧基末端）；（羧基末端）；5)5)构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基氨基酸残基；6)6)肽链中的氨基酸的排列顺序，一般肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH-NH2 2端开始，由端开始，由
4、N N指指 向向C C，即，即多肽链有方向性多肽链有方向性，N N端为头，端为头，C C端为尾。端为尾。肽的颜色反应肽的颜色反应n多多肽肽可可与与多多种种化化合合物物作作用用，产产生生不不同同的的颜颜色色反反应应。这这些显色反应，可用于多肽的定性或定量鉴定。些显色反应，可用于多肽的定性或定量鉴定。如如黄黄色色反反应应，是是由由硝硝酸酸与与氨氨基基酸酸的的苯苯基基（酪酪氨氨酸酸和和苯苯丙氨酸）反应生成二硝基苯衍生物而显黄色。丙氨酸）反应生成二硝基苯衍生物而显黄色。n多多肽肽的的双双缩缩脲脲反反应应是是多多肽肽特特有有的的颜颜色色反反应应;双双缩缩脲脲是是两两分子的尿素经加热失去一分子分子的尿素经
5、加热失去一分子NHNH3 3而得到的产物。而得到的产物。双缩脲双缩脲能够与碱性硫酸铜作用，产生兰色的铜能够与碱性硫酸铜作用，产生兰色的铜-双缩脲双缩脲络合物，称为双缩脲反应。含有络合物，称为双缩脲反应。含有两个以上肽键的多肽两个以上肽键的多肽，具有与双缩脲相似的结构特点，也能发生双缩脲反应，具有与双缩脲相似的结构特点，也能发生双缩脲反应，生成生成紫红色紫红色或或蓝紫色蓝紫色络合物。络合物。这是多肽定量测定的重这是多肽定量测定的重要反应要反应.（二）天然活性肽（二）天然活性肽自然界中有自由存在的活性肽，主要有：自然界中有自由存在的活性肽，主要有：1.1.谷胱甘肽（谷胱甘肽（GSHGSH）：三肽（
6、：三肽（Glu-Cys-GlyGlu-Cys-Gly），广泛存在于），广泛存在于生物细胞中，含有自由的生物细胞中，含有自由的-SH-SH，具有很强的，具有很强的还原性还原性，可作为，可作为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基巯基免免遭氧化，使其处于活性状态。遭氧化，使其处于活性状态。2.2.促甲状腺素释放激素：促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯三肽（焦谷氨酰组氨酰脯氨酸），可促进甲状腺素的释放。氨酸），可促进甲状腺素的释放。3.3.短杆菌素短杆菌素S S：环十肽，含有环十肽，含有D-D-苯丙氨酸、鸟氨酸，苯丙氨酸、鸟氨酸，对革兰氏
7、阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。对革兰氏阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。4.4.青霉素：青霉素：含有含有D D半胱氨酸和半胱氨酸和D D缬氨酸的二肽衍生缬氨酸的二肽衍生物物 。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。5.5.牛催产素与加压素：牛催产素与加压素：均为九肽，分子中含有一对二硫键，均为九肽，分子中含有一对二硫键，两者结构类似。前者第九位为两者结构类似。前者第九位为GlyGly或或LysLys或或PhePhe，后者为，后者为ArgArg。前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小动脉收缩，前者可刺激子宫的收缩，促进分娩。后者可促进小
8、动脉收缩，使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。使血压升高，也有抗利尿作用，参与水、盐代谢的调节。7.7.脑啡肽：脑啡肽：为五肽，具有镇痛作用。为五肽，具有镇痛作用。在在正正常常人人的的脑脑内内存存在在内内源源性性脑脑啡啡肽肽和和脑脑啡啡肽肽受受体体。在在正正常常情情况况下下，内内源源性性脑脑啡啡肽肽作作用用于于脑脑啡啡肽肽受受体体，调调节节着着人人的的情情绪绪和和行行为为。人人在在吸吸食食海海洛洛因因后后，抑抑制制了了内内源源性性脑脑啡啡肽肽的的生生成成，逐逐渐渐形形成成在在海海洛洛因因作作用用下下的的平平衡衡状状态态，一一旦旦停停用用就就会会出出现现不不安安、焦焦虑虑、忽忽冷冷
9、忽忽热热、起起鸡鸡皮皮疙疙瘩瘩、流流泪泪、流流涕涕、出出汗汗、恶恶心心、呕呕吐吐、腹腹痛痛、腹腹 泻泻等等。冰冰毒毒和和摇摇头头丸丸在在药药理理作作用用上上属属中中枢枢兴兴奋药，毁坏人的神经中枢奋药，毁坏人的神经中枢。6.舒缓激肽：舒缓激肽：促进血管舒张，促进水、钠离子的排出。促进血管舒张，促进水、钠离子的排出。蛋白质的结构蛋白质的结构n蛋白质是由一条或多条多肽蛋白质是由一条或多条多肽(polypeptide)链以特殊方式结合而成的链以特殊方式结合而成的生物大分子。生物大分子。n蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在将分子量在60006000道尔顿以上的
10、多肽称为道尔顿以上的多肽称为蛋白质。蛋白质。n蛋白质分子量变化范围很大蛋白质分子量变化范围很大,从大约从大约60006000到到10000001000000道尔顿甚至更大。道尔顿甚至更大。l示例示例虾红素虾红素木瓜蛋白酶木瓜蛋白酶组织蛋白酶组织蛋白酶一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构1.定义定义 1969年，国年，国际纯化学与应用化学委员际纯化学与应用化学委员会（会（IUPAC）规定：规定：蛋蛋白质的一级结构指蛋白质白质的一级结构指蛋白质多肽连中多肽连中AA的排列顺序，的排列顺序，包括二硫键的位置。包括二硫键的位置。其中其中最重要的是多肽链的氨最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质基酸
11、顺序，它是蛋白质生物功能的基础。生物功能的基础。2.2.蛋白质一级结构的测定蛋白质一级结构的测定n蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础。自从研究的基础。自从1953年年F.Sanger测定测定了胰岛素的一级结构了胰岛素的一级结构以来，现在已经有以来，现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。上千种不同蛋白质的一级结构被测定。n氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的的N-N-端端逐个的向里水解。逐个的向里水解。n根据不同的反应时间测出酶水解所释放出根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨
12、基的氨基酸种类和数量，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的白质的N-N-末端残基顺序。末端残基顺序。n最常用的氨肽酶是最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶亮氨酸氨肽酶，水解以，水解以亮氨酸残基为亮氨酸残基为N-N-末端的肽键速度最大。末端的肽键速度最大。N-N-端氨基酸分析法端氨基酸分析法-氨肽酶氨肽酶氨肽酶氨肽酶(amino amino amino amino peptidases)peptidases)peptidases)peptidases)法法法法n此法是多肽链此法是多肽链C-C-端氨基酸分析法端氨基酸分析法。多肽与肼在无水。多肽与肼
13、在无水条件下加热，条件下加热，C-C-端氨基酸即从肽链上解离出来，其端氨基酸即从肽链上解离出来，其余的氨基酸则变成肼化物。余的氨基酸则变成肼化物。肼化物能够与苯甲醛缩肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质合成不溶于水的物质而与而与C-C-端氨基酸分离。端氨基酸分离。C-C-端氨基酸分析法端氨基酸分析法-肼解法肼解法n羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端端逐个的逐个的水解水解AA。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨。根据不同的反应时间测出酶水解所释放出的氨基酸种类和数量，从而知道蛋白质的基酸种类和数量，从而知道蛋白质的C-末端残基顺序。末端残基
14、顺序。n目前常用的羧肽酶有四种：目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和和Y；A和和B来自胰脏；来自胰脏；C来自柑桔叶；来自柑桔叶；Y来自面包酵母。来自面包酵母。n羧肽酶羧肽酶A能水解除能水解除Pro,Arg和和Lys以外的所有以外的所有C-末端氨基酸末端氨基酸残基；残基；B只能水解只能水解Arg和和Lys为为C-末端残基的肽键。末端残基的肽键。（2）测定步骤）测定步骤E.E.多肽链断裂成多个肽段，多肽链断裂成多个肽段，可采用两种或多种不同可采用两种或多种不同的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或的断裂方法将多肽样品断裂成两套或多套肽段或肽碎片，并将其分离开来。肽碎片，并将其分离开来。p169
15、p169C-C-端氨基酸分析法端氨基酸分析法-羧肽酶羧肽酶(carboxypeptidase)法法 酶解法酶解法:n胰蛋白酶胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶多多多多肽肽肽肽链链链链的的的的选选选选择择择择性性性性降降降降解解解解nTrypsinase ：R R1 1=Lys=Lys和和ArgArg侧链（专一性较强，水解速侧链（专一性较强，水解速度快）。度快）。R R2 2=Pro=Pro 水解受抑。水解受抑。n马来酸酐保护马来酸酐保护Lys,Lys,只水解只水解ArgArgn1,2-1,2-环己二酮保护环己二酮保护Ar
16、gArg，只，只水解水解LysLysnp173p173肽链肽链水解位点水解位点胰胰蛋蛋白白酶酶-HN-CH-CO-NH-CH-CO-HN-CH-CO-NH-CH-CO-R1R1R2R2ProPron或胰凝乳蛋白酶或胰凝乳蛋白酶 （C Chymotrypsinhymotrypsin）：）：R R1 1=Phe,Trp,Tyr=Phe,Trp,Tyr时水解快时水解快;R R1 1=Leu=Leu，MetMet和和HisHis水解水解稍慢。稍慢。nR R2 2=Pro=Pro 水解受抑。水解受抑。肽链水解位点水解位点糜糜蛋蛋白白酶酶n nP Pepsinepsin：R R1 1和和R R2 2Phe
17、,Trp,Tyr;LeuPhe,Trp,Tyr;Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。nR R1 1=Pro=Pro 水解受抑。水解受抑。n酶的最适酶的最适pH2pH2。二硫键在酸性条件下稳定。二硫键在酸性条件下稳定。确定二硫键的位置时常用胃蛋白酶。确定二硫键的位置时常用胃蛋白酶。肽链水解位点水解位点胃胃蛋蛋白白酶酶nthermolysinthermolysin：R R2 2=Phe,Trp,Tyr;=Phe,Trp,Tyr;LeuLeu，Ile,MetIle,Met以及其它疏水性强的以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。氨基酸水解速度较快。nR R2 2=
18、Pro=Pro或或Gly Gly 水解受抑。水解受抑。nR R1 1或或R R3 3=Pro =Pro 水解受抑。水解受抑。肽链水解位点水解位点嗜嗜热热菌菌蛋蛋白白酶酶n谷氨酸蛋白酶：谷氨酸蛋白酶：R R1 1=Glu=Glu、Asp(Asp(磷酸缓磷酸缓冲液冲液););R R1 1=Glu(=Glu(磷酸缓冲液或醋酸磷酸缓冲液或醋酸缓冲液缓冲液)n精氨酸蛋白酶：精氨酸蛋白酶：R R1 1=Arg=Arg肽链水解位点水解位点谷谷氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶和和精精氨氨酸酸蛋蛋白白酶酶木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶v荔荔枝枝病病：荔荔枝枝为为“南南国国第第一一佳佳果果”。但但过过量量进进食
19、食后后易易患患“低低血血糖糖症症”，俗俗称称“荔荔枝枝病病”。荔荔枝枝内内含含有有丰丰富富的的果果糖糖，过过食食后后大大量量果果糖糖来来不不及及经经肝肝脏脏转转化化酶酶转转化化成成葡葡萄萄糖糖，而而积积聚聚在在体体内内，使使血血液液中中葡葡萄萄糖糖含含量量严严重重不不足足。v芒芒果果皮皮炎炎：芒芒果果有有“热热带带果果王王”之之称称，滋滋味味独独特特。芒芒果果汁汁内内的的特特异异性性蛋蛋白和蛋白酶引起的即发型接触性皮肤反应。白和蛋白酶引起的即发型接触性皮肤反应。v波波萝萝过过敏敏症症：菠菠萝萝有有“宴宴会会水水果果”之之称称，内内含含菠菠萝萝蛋蛋白白酶酶的的作作用用。这这是是一一种种蛋蛋白白水
20、水解解酶酶，可可使使胃胃肠肠粘粘膜膜通通透透性性增增大大，使使胃胃肠肠中中异异性性大大分分子子蛋蛋白白渗渗透透进进血血液液中中，而而引引起起胃胃肠肠道道乃乃至至全全身身过过敏敏反反应应。菠菠萝萝所所含含的的生生物物碱碱及及蛋蛋白白酶酶，能能使使血血凝凝块块消消散散与与抑抑制制血血液液凝凝块块的的形形成成。对对冠冠状状动动脉脉和和脑脑动动脉脉血管栓塞所引起之病有缓解作用。血管栓塞所引起之病有缓解作用。v柿柿结结石石症症：含含大大量量柿柿胶胶酚酚、单单宁宁和和果果胶胶质质。空空腹腹服服少少量量，就就会会致致胃胃脘脘疼疼痛痛，消消化化不不良良等等症症，原原因因为为果果胶胶与与胃胃酸酸凝凝结结成成不不
21、溶溶性性物物质质胃胃柿柿结结石石。正常人也宜饱餐后食，且忌与螃蟹、山芋和菱角等同食。正常人也宜饱餐后食，且忌与螃蟹、山芋和菱角等同食。v樱樱桃桃：含含过过量量铁铁和和氢氢氰氰甙甙，故故过过食食后后可可引引起起铁铁中中毒毒，甚甚至至氰氰化化物物中中毒毒而而死死亡亡。李李时时珍珍在在本本草草纲纲目目中中有有关关于于过过食食樱樱桃桃致致死死的的记记载载，以以告告诫诫后后人人。化学法：化学法：可获得较大的肽段可获得较大的肽段 溴化氰溴化氰(Cyanogen bromide)水解法，它能选择性地切水解法，它能选择性地切割由割由Met的的羧基羧基所形成的肽键。所形成的肽键。多多多多肽肽肽肽链链链链的的的的
22、选选选选择择择择性性性性降降降降解解解解 化学法：化学法：可获得较大的肽段可获得较大的肽段羟胺（羟胺（NHNH2 2OHOH）：）：专一性断裂专一性断裂-AsnAsn-Gly-Gly-之之间的肽键。也能部分裂解间的肽键。也能部分裂解-AsnAsn-Leu-Leu-之之间的肽键以及间的肽键以及-AsnAsn-Ala-Ala-之间的肽键。之间的肽键。各种蛋白中各种蛋白中-AsnAsn-Gly-Gly-出现的概率很低。出现的概率很低。多多多多肽肽肽肽链链链链的的的的选选选选择择择择性性性性降降降降解解解解蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构 3.3.蛋白质一级结构举例蛋白质一级结构举例 （1 1）胰岛素
23、（）胰岛素（InsulinInsulin）英国英国SangerSangerA A链链B B链链一个链内二硫键和两个链间一个链内二硫键和两个链间二硫键，分子量二硫键，分子量57005700A A链链2121个个aaaa残基残基B B链链3030个个aaaa残基残基 （2 2）牛胰核糖核酸酶（）牛胰核糖核酸酶（RNaseRNase）一条多肽链，一条多肽链，124124AAAA残基组成，四残基组成，四 个链内二硫键，分子量个链内二硫键，分子量12600.12600.它是测出一它是测出一级结构的第一个酶分子。级结构的第一个酶分子。三、三、蛋白质的一级结构与生物功能蛋白质的一级结构与生物功能1.同源蛋白
24、质的种属差异与生物进化 同源蛋白质(homologous protein)是指在不同的有机体中实现同一功能的蛋白质。例如血红蛋白在不同的脊锥动物中行使相同的输氧功能。不同种属来源的同源蛋白质一般具有相同长 度或接近相同长度的多肽链。同源蛋白质同源蛋白质n不变残基(invariable residue)：同源蛋白质的氨基酸顺序中有许多位置的氨基酸对所有的种属来说都是相同的；n可变残基(variable residue)：其它位置的氨基酸对不同种属有相当大的变化。n顺序同源(sequence homology)现象：同源蛋白质的氨基酸顺序中所具有的相似性。n 顺序同源现象表明从中分离同源蛋白质的这
25、些生物在进化上有着共同的祖先。顺序同源的生物学意义顺序同源的生物学意义n在不同种属来源的细胞色素c中，可以变换的氯基酸残基数目与这些种属在系统发生上的位置有密切关系，即在进化位置上相距愈远，则氨基酸顺序之间的差别愈大;反之，亲缘关系越近，其顺序同源性越大。n细胞色素c的氨基酸顺序分析资料己被用来核对各个物种之间的分类学关系，以及绘制系统发生树进化树。n 根据进化树不仅可以研究从单细胞有机体到多细胞有机体的生物进化过程，而且可以粗略估计现存的各类种属生物在进化中的分歧时间。根据细胞色素c的顺序种属差异建立的进化树 2 一级结构的局部断裂与蛋白质的激活一级结构的局部断裂与蛋白质的激活n在动物体内的
26、某些生物化学过程中，蛋白质分在动物体内的某些生物化学过程中，蛋白质分子的部分肽链必须先按特定的方式断裂，然后子的部分肽链必须先按特定的方式断裂，然后才呈现生物活性。才呈现生物活性。n血液凝固时血纤维蛋白原血液凝固时血纤维蛋白原(fibrinogen)和凝血酶和凝血酶原原(thrombinogen)的复杂变化的复杂变化;n消化液中一系列蛋白水解酶原的激活消化液中一系列蛋白水解酶原的激活(activation)n许多多肽或蛋白质激素前体转变为活性的激素许多多肽或蛋白质激素前体转变为活性的激素形式等都属于这种情况。形式等都属于这种情况。血液凝固的生物化学机理血液凝固的生物化学机理n血液中包含着对立统
27、一的两个系统：血液中包含着对立统一的两个系统：n凝血系统和溶血系统。凝血系统和溶血系统。n这两个系统的相互制约，既保证血液在血管中这两个系统的相互制约，既保证血液在血管中畅通无阻，又保证一旦血管壁破损能及时堵漏。畅通无阻，又保证一旦血管壁破损能及时堵漏。n如果凝血因子都处于活性状态，血液有随时凝固而被如果凝血因子都处于活性状态，血液有随时凝固而被阻流的危险；阻流的危险；n如果血液没有凝血因子存在，那么动物一旦受到创伤如果血液没有凝血因子存在，那么动物一旦受到创伤将会流血不止。将会流血不止。血液凝固的生物化学机理血液凝固的生物化学机理n有机体解决这个矛盾的办法就是凝血因子以前有机体解决这个矛盾的
28、办法就是凝血因子以前体体(precursor)(precursor)的形式存在。的形式存在。n动物体受到创伤而流血时，这些前体将在其他因子作动物体受到创伤而流血时，这些前体将在其他因子作用下被激活，使血液迅速凝固而将创伤处封闭，这样用下被激活，使血液迅速凝固而将创伤处封闭，这样就能防止继续流血，起着保护机体的作用。就能防止继续流血，起着保护机体的作用。n凝血功能失调时，确有凝血而堵塞血管的危险，因此凝血功能失调时，确有凝血而堵塞血管的危险，因此血液中还存在另一个系统，血液中还存在另一个系统，即纤维蛋白溶酶原即纤维蛋白溶酶原，被激，被激活后转变成纤维蛋白溶酶，它的作用是使纤维蛋白溶活后转变成纤维蛋白溶酶，它的作用是使纤维蛋白溶解。这种与凝血相反的过程对于保持血液的流动性有解。这种与凝血相反的过程对于保持血液的流动性有重要意义。重要意义。酶原激活酶原激活n上述激活过程都是专一性很高的一级结构的局部水解作用，即肽链的局部断裂导致蛋白质生物功能的出现。n蛋白质分子的这一特性-酶原激活，酶原激活，具有重要的生物学意义。它是在生物进化过程中发展起来的，是蛋白质分子的结是蛋白质分子的结构与功能具有高度统一性的表现构与功能具有高度统一性的表现。