吉林农大生化课件--——蛋白质

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1、（1）成肽反应：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。,4、氨基酸的重要化学反应,（2）与茚三酮反应 茚三酮在弱酸中与-氨基酸共热，引起氨基酸的氧化脱氨，脱羧反应，最后，茚三酮与反应产物氨和还原茚三酮反应，生成紫色物质（max=570nm）。由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。Pro、Hy-Pro与茚三酮反应直接形成黄色化合物（ max=440nm）,（3）桑格（Sanger) 反应 ：2.4一二硝基氟苯（DNFB） 氨基酸DNFBDNP氨基酸 黄色，层析法鉴定, 用于测定多肽的N-末端氨基酸,OH,OH,(4)埃德曼反应(Adman

2、 reaction） 异硫氰酸苯酯，PITC 氨基酸PITC PTC 氨基酸（苯氨基硫甲酰氨 基酸） PTH-氨基酸（苯 乙内酰硫脲氨基酸） 无色，可以用层析法分离 鉴定。 用来鉴定多肽的N-末端氨基酸,强H,第三节 蛋白质的分子结构 Molecular Structure of Protein,一、 蛋白质结构的层次,高级结构,三级结构,四级结构,化学结构,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,二、 肽与肽键 1、概念,肽（peptide）：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。 肽键（peptide bond）：氨基酸间脱水后形成的 共价键称肽键（酰胺键）。 肽

3、是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。,氨基酸残基(residue) 肽链中的每个氨基酸单位，被称为,* 两分子氨基酸缩合形成二肽，三分子氨基酸缩合则形成三肽，有几个氨基酸残基就叫几肽。,* 由十个以内氨基酸相连而成的肽称为寡肽(oligopeptide)，由更多的氨基酸相连形成的肽称多肽(polypeptide)。,* 多肽链(polypeptide chain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。,N 末端：多肽链中有自由氨基的一端 C 末端：多肽链中有自由羧基的一端,多肽链有两端,B.中文名称：丝氨酰甘氨酰酪氨酰丙氨酰亮氨酸 C.三字母写法： Ser-Gly-Tyr-Ala-Le

4、u或 D .单字母写法：,2、肽的表示法:,A.结构式表示法,N末端,C末端,牛核糖核酸酶,3、 天然存在的活性肽 （1） 谷胱甘肽(glutathione, GSH) GluCysGly红细胞中的巯基缓冲剂。参与氧化还原过程，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。,（2） 短杆菌肽（抗生素）和缬氨霉素 短杆菌肽是由短杆菌产生的10肽环。抗革兰氏阳性细菌，临床用于治疗化脓性病症。 L-OrnL-LeuD-PheL-ProL-ValL-OrnL-LeuD-Phe L-ProL-Val (3) 脑啡肽（5肽） Met- 脑啡肽： TyrGlyGlyPheMet 具有镇痛

5、作用。,三、蛋白质一级结构 （一）蛋白质一级结构的定义及表示法 一级结构（又称化学结构或共价结构）： 是指蛋白质分子中氨基酸残基的排列顺序，包括二硫键的位置和数目。,主要的化学键：肽键，有些蛋白质还包括二硫键。,一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。,蛋白质的表示法与肽相同，多用缩写符号来表示肽链的结构和名称。,（二）蛋白质测序的一般步骤 （1） 测定蛋白质分子中多肽链的数目 （2） 拆分蛋白质分子中的多肽链。 （3） 断裂链内二硫键。 （4） 分析多肽链的N末端和C末端。 （5） 测定多肽链的氨基酸组成。 （6） 多肽链部分裂解成肽段。 （7） 测定各个肽段的氨基酸顺序 （8） 确

6、定肽段在多肽链中的顺序。 （9） 确定多肽链中二硫键的位置。,（三） 测序前的准备工作 1、 蛋白质的纯度鉴定 纯度97%以上，均一。 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)要求一条带 DNS-Cl（二甲氨基萘磺酰氯）法测N端氨基酸 2、测定分子量，估算氨基酸残基数，确定肽链数 SDS-PAGE 凝胶过滤法 沉降系数法,蛋白质分子量= aa数目*110,四、蛋白质的二级结构,（一）概念 二级结构：多肽主链骨架的局部空间构象。主要有-螺旋、折叠、-转角、无规卷曲。,构型 在一个化合物分子中，原子的空间排列，这种排 列的改变，会涉及到共价键的生成与破坏，但与 氢键无关。 构象 多肽链中的一切原子，由于单键

7、的旋转而产生不 同的空间排布，这种空间排布的改变，仅涉及到 氢键等次级键的生成与破坏，但不涉及共价键的 生成与断裂。,（二） 肽单位（肽单元）与二面角,肽单元,参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，C1和C2在平面上所处的位置为反式(trans)构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单位(peptide unit)或称肽单元 。,两面角（dihedral angle） 在多肽链里，C碳原子刚好位于互相连接的两个肽平面的交线上。C碳原子上的C-N和C-C都是单键，可以绕键轴旋转，其中以C-N旋转的角度称为，而以C-C旋转的角度称为，这就是-碳原子上的一对二面角。,当()旋

8、转键两侧的主链呈顺式时，规定() =0 从C沿键轴方向看，顺时针旋转的 ()角为正值，反之为负值。 和同时为0的构象实际不存在 二面角（、）所决定的构象能否存在，主要取决于两个相邻肽单位中非键合原子间的接近有无阻碍。 C上的R基的大小与带电性影响和。,（三） 二级结构的基本类型 1、 螺旋 （1） 螺旋的一般特征（内容）： 多肽链主链骨架围绕一个中心轴盘绕，形成右手螺旋手。每一螺旋圈包含3.6个a.a残基，每圈螺距0.54nm，每个aa残基沿轴上升0.15nm,绕轴旋转100。,相邻的螺圈之间形成链内氢键。氢键的方向与螺旋的方向几乎平行。 与a-碳原子相连的R侧链，位于a螺旋的外侧，对螺旋的形

9、成和稳定有较大的影响。,R侧链对-螺旋的影响 多肽链上连续出现带同种电荷基团的氨基酸残基,(如Lys，或Asp，或Glu)，不能形成稳定的螺旋。如多聚Lys、多聚Glu。 Gly在肽中连续存在时，不易形成螺旋。 R基大（如Ile）不易形成螺旋。 Pro（脯氨酸）中止螺旋。 R基较小，且不带电荷的氨基酸利于螺旋的形成。如多聚丙氨酸在pH7的水溶液中自发卷曲成螺旋。,2、 -折叠(-pleated sheet) 两条或多条几乎完全伸展的多肽链（或同一肽链的不 同肽段）侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的NH和 C=0之间形成氢链，这样的多肽构象就是-折叠片。 每一个多肽链称为一个-折叠股。,平行式：所

10、有参与-折叠的肽链的N端在同一方向。 反平行式：肽链的极性一顺一倒，N端间隔相同 反平-折叠比平行的更稳定。,3、 -转角（-turn） 也称-回折（reverse turn）、-弯曲（-bend） 球状蛋白质分子中出现的180回折，由第一个a.a残 基的C=O与第四个氨基酸残基的N-H间形成氢键。 转角的特征： 由多肽链上4个连续的氨基酸残基组成。 主链骨架以180返回折叠。 第一个a.a残基的C=O与第四个a.a残基的N-H生成氢键 C1与C4之间距离小于0.7nm 多数由亲水氨基酸残基组成。,4、 无规卷曲 没有规律的多肽链主链骨架构象。 往往与生物活性有关,无规卷曲是用来阐述没有确定规

11、律性的那部分肽链结构。 维系蛋白质二级结构的作用力是氢键,五、 超二级结构和结构域 1、超二级结构定义： 在蛋白质分子中，由若干个相邻的二级结构单元（-螺旋、-折叠、-转角及无规卷曲）组合在一起，彼此相互作用，形成有规则的、在空间上能够辨认的二级结构组合体，充当三级结构的构件。,2、类型 （1） aa结构（复绕-螺旋） 由两股或三股右手-螺旋彼此缠绕而成的左手超螺旋。 存在于-角蛋白，肌球蛋白，原肌球蛋白和纤维蛋白 原中。 （2） a结构 两段平行式的-折叠通过一段连接链（x结构）连接 而形成的超二级结构。 x单位 最简单的a结构是由二段平行式的 -链 和一段连接链组成 Rossmann折叠

12、最常见的a结构是由三段平行式的 -链和二段-螺旋构成 （3） 结构 曲折和回形拓扑结构,3、 结构域 （ domain，motif） 定义：在二级结构及超二级结构的基础上，多肽链进 一步卷曲折叠，组装成几个相对独立的、近似球 形的三维实体。 结构域是球状蛋白的折叠单位 较小的蛋白质分子或亚基往往是单结构域的。 结构域一般有氨基酸残基。 结构域之间常常有一段柔性的肽段相连，形成所谓的铰链区，使结构域之间可以发生相对移动。 结构域承担一定的生物学功能，几个结构域协同作用，可体现出蛋白质的总体功能。例如，脱氢酶类的多肽主链有两个结构域，一个为NAD+结合结构域，一个是起催化作用的结构域，两者组合成脱

13、氢酶的脱氢功能区。 结构域间的裂缝，常是酶的活性部位，也是反应物的出入口。,六、蛋白质的三级结构： 1、概念： 整个多肽链在二级结构、超二级结构和结构域的基础上盘旋、折叠，形成的特定的整个空间结构。三级结构是多肽链中所有原子在三维空间的排布方式。 2、 三级结构有以下特点： 许多在一级结构上相差很远的aa碱基在三级结构上相距很近。 球形蛋白的三级结构很密实，大部分的水分子从球形蛋白的核心中被排出，这使得极性基团间以及非极性基团间的相互用成为可能。 大的球形蛋白(200aa以上)，常常含有几个结构域。,肌红蛋白分子三级结构,3、 维持三级（空间）结构的作用力： （1）氢键 （2）范德华力（分子间

14、及基团间作用力）： 取向力： 极性基团间 诱导力： 极性与非极性基团间 分散力： 非极性基团间 （3）疏水相互作用 （4）离子键（盐键） （5）二硫键， 二硫键不指导多肽链的折叠，三级结构形成后，二硫键可稳定此构象。 （6）配位键。,七、蛋白质的四级结构,亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。,蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构。,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，称为蛋白质的亚基,第五节 多肽、蛋白质结构 与功能的关系,一、多肽结构与功能的关系,一级结构多肽链中个别氨基酸改变可能改变功能,二、同功能

15、蛋白质结构的种属差异 与保守性,同源蛋白质： 在不同的生物体内行使相同或相似功能 的蛋白质。 如：血红蛋白在不同的脊椎动物中都具有输送氧气的功能，细胞色素在所有的生物中都是电子传递链的组分。,1、胰岛素一级结构比较 有24个氨基酸残基位置始终不变：AB链上6个Cys 不变，其余18个氨基酸多数为非极性侧链，对稳定蛋白质的空间结构起重要作用。 其它可变氨基酸对稳定蛋白质的空间结构作用不大，但对免疫反应起作用。 猪与人接近，而狗则与人不同，因此可用猪的胰岛素治疗人的糖尿病。,2、 细胞色素C 一级结构对比较 分子量：12500左右 氨基酸残基：100个左右，单链。 25种生物中，细胞色素C的不变残基35个。 60种生物中，细胞色素C的不变残基27个。 亲源关系越近的，其细胞色素C的差异越小。 亲源关系越远的，其细胞色素C的差异越大。 人与黑猩猩 0 人与猴 1 人与狗 10 人与酵母 44,生物 与人不同的AA数目 黑猩猩 0 恒河猴 1 兔 9 袋鼠 10 牛、猪、羊、狗 11 马 12 鸡、火鸡 13 响尾蛇