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1、第四章 蛋白质的共价结构一、蛋白质通论二、肽三、蛋白质一级结构的测定四、蛋白质的氨基酸序列与生物功能五、肽与蛋白质的人工合成DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省一、蛋白质通论蛋白质(Protein)是生物体的基本组成成份。在人体内蛋白 质的含量很多，约占人体固体成分的45%，它的分布很广， 几乎所有的器官组织都含蛋白质，并且它又与所有的生命活 动密切联系。 机体新陈代谢过程中的一系列化学反应几乎都依赖于生物催化剂酶 的作用，而酶的本质就是蛋白质；调节物质代谢的激素有许多也是蛋 白质或它的衍生物；其它诸如肌肉的收缩，血液的凝固，免疫功能， 组
2、织修复以及生长、繁殖等主要功能无一不与蛋白质相关。近代分子 生物学的研究表明，蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性、神 经冲动的发生和传导以及高等动物的记忆等方面都起着重要的作用。 DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省（一）蛋白质的化学组成和分类单纯蛋白质的元素组成为C 5055%、H 6%7%、O 19%24% 、N 13%19%，除此之外还有S 04%。有的蛋白质含有P、I 。少数含Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo等金属元素。 各种蛋白质的含氮量很接均为16%。由于体内组织的主 要含氮物是蛋白质，因此，只要测定生物样品中的氮含量，就
3、 可以按下式推算出蛋白质大致含量： 蛋白质含量蛋白氮6.25（凯氏(Kjedahl)定氮法的计算基础）DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省单纯蛋白质（simple protein)：仅由氨基酸组成， 不含其它化学成分。缀合蛋白质(conjugated protein)：除含有氨基酸外 的各种化学成分作为其结构的一部分。非蛋白质部分 称为辅基(prosthetic group)或配体(ligand)。单纯蛋白质（按溶解度分类）清蛋白球蛋白谷蛋白谷醇溶蛋白组蛋白鱼精蛋白硬蛋白缀合蛋白质（按非氨基酸成分分类）糖蛋白脂蛋白核蛋白磷蛋白金属蛋白血红素
4、蛋白黄素蛋白组 成DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省单纯蛋白质分类DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省结合蛋白质分类DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省蛋白质 （按生物学功能分类）酶调节蛋白转运蛋白贮存蛋白收缩和游动蛋白结构蛋白支架蛋白保护和开发蛋白异常蛋白DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省（二）蛋白质的形状和大小形状纤维状球状膜蛋白球状蛋白质globular protein
5、分子对称性佳，外形接 近球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质 属于这一类。 Eg.血红蛋白、血清球蛋白。 纤维状蛋白质fibrous protein 对称性差，分子类似纤 维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质肌球蛋白。 和不溶性纤维状蛋白质胶原、弹性蛋白 膜蛋白质membrane protein细胞的各种膜系统结合而存 在，与膜内的非极性相相互作用，疏水侧链伸向外侧，亲水 氨基酸残基较胞质少。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省分子大小蛋白质的相对分子量从大约60001106或更大一些。单体蛋白质(monomeric pro
6、tein)：仅由一条多肽链组成。 其相对分子量除以110估计氨基酸残基的数目。寡聚蛋白质(oligomeric protein)：由两条或多条多肽链组 成。每条多肽链称为亚基(subunit)。多酶体系DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省l蛋白质分子量的上下 限是人为规定的，因为 这决定于蛋白质和分子 量概念的定义。l有些寡聚蛋白质的分 子量可高达数百万甚至 数千万。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省（三）蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次一级结构(primary structure)：
7、多肽链的氨基酸序列。二级结构(secondary structure)：多肽链中主链原子的局 部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。三级结构(tertiary structure)：蛋白质的多肽链在各种二 级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三 维空间结构。四级结构(quarternary structure)：具有二条或二条以上 独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级 键相互组合而形成的空间结构。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院
8、柯世省柯世省DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省四、蛋白质功能的多样性蛋白质的序列异构现象是蛋白质生物功能多样性和物种 特异性的结构基础。蛋白质的生物学功能： 1.催化；2.调节；3.转运；4.贮存；5.运动；6.结构成分； 7.支架作用；8.防御与进攻；9.异常功能；蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能最 复杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过 程。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本 的命题。生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动 的体现者，具有以下主要功能：DateDate台州学院生
9、命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省二、肽肽是氨基酸的线性聚合物，常称多肽链（peptide chain）。 蛋白质是由一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成 的大分子。（一）肽和肽键的结构蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式是肽键。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省肽链写法：游离-氨基在左，游离-羧基在右，氨基酸之间用 “-”表示肽键。H2N-丝氨酸-缬氨酸-酪氨酸-天冬氨酸-谷氨酰氨-COOH Ser-Val-Tyr-Asp-Gln（S-V-Y-D-Q）DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院
10、生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省肽键 肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有 明显的共轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonance structure） ，碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚 性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个-碳原子多处于同一个平 面上。多肽链可以看成由C串联起来的无数个酰胺平面组成DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省肽键 肽键中的
11、C-N键具有部分双 键性质，不能自由旋转。 在大多数情况下，以反式 结构存在。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省肽基的C、O和N原子间的共振相互作用共振产生的重要结果：限制绕肽键的自由旋转形成酰胺平面产生键的平均化肽键呈反式构型sp2sp2sp2sp3共振杂化体DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省（二）肽的物理和化学性质短肽的晶体是离子品格，在水溶液中以偶极离子存在。在 pH0-14范围内，肽键中的亚氨基不能解离。小肽的滴定曲线和氨基酸的滴定曲线很相似。肽的化学反应也和氨基酸一样，游离
12、的氨基、羧 基和R基可以发生与氨基酸中相应的基团类似的反反应。双 缩脲反应是肽和蛋白质所特有的，而为氨基酸所没有的一 个颜色反应。一般短肽的旋光度约等于组成该肽中各个氨基酸的旋光度的 总和，但较长的肽或蛋白质的旋光度则不能这样简单相加。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省（三）天然存在的活性肽生物体内游离存在着很多活性肽，具有各种特殊的生物 学功能。激素：脑啡肽、催产素、加压素、舒缓激肽抗生素：短杆菌肽、多粘菌素E、放线菌素D蕈的剧毒毒素：鹅膏蕈碱还原型谷胱甘肽鹅肌肽、肌肽天然肽中含有蛋白质中不存在的-肽键、丙氨酸和D 型氨基酸。DateD
13、ate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省脑啡肽 Met-脑啡肽 +H 3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- Leu-脑啡肽 +H 3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO-DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省牛催产素 牛加压素DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省环状八肽鹅膏蕈属中的剧 毒毒素DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省L-Leu-D-Phe-L-Pro-L-
14、Val L-Orn L-Orn L-Val-L-Pro-D-Phe-L-Leu短杆菌肽S(环十肽) 由细菌分泌的多肽，有时也都含有D-氨基酸和 一些不常见氨基酸，如鸟氨酸（Ornithine, 缩写为 Orn）。 DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省三、蛋白质一级结构的测定蛋白质的一级结构指多肽链中的氨基酸序列。（一）蛋白质测序的策略(1)测定蛋白质分子中多肽链的数目。(2)拆分蛋白质分子的多肽链。(3)测定多肽链的氨基酸组成。(4)分析多肽链的N末端和C末端残基。(5)断裂多肽链内的二硫键。(6)多肽链断裂成肽段。(7)测定各个肽段的氨基
15、酸顺序。(8)确定肽段在多肽链中的次序。(9)确定原多肽链中二硫键的位置。DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省将肽段顺序进行叠联以确定完整的顺序将肽段分离并测出顺序专一性裂解末端氨基酸测定二硫键拆开纯蛋白质蛋白质顺序测定 基本方法路线DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省（二）N-末端和C-末端氨基酸残基的鉴定1.N-末端分析（1）DNFB法；（2）DNS法（3）PITC法（4）氨肽酶法2.C-末端分析（1）肼解法；（2）还原法（3）羧肽酶法DateDate台州学院生命科学与医药化工学院台州学院生命科学与医药化工学院 柯世省柯世省 Sanger法。2,4-二硝基氟苯在碱性条件下，能够与 肽链N-端的游离氨基作用，生成二硝基苯衍生物（ DNP）。 在酸性条件下水解，得到黄色DNP-氨基酸。该产物 能够用乙醚抽提分离。不同的DNP-氨基酸可以用色 谱法进行鉴定。N N 末端基氨基
