第三节 蛋白质的分子结构蛋白质是由一条(单体蛋白质)或多条(寡聚蛋白质)具有确定的氨基酸序列的多肽链以特殊方式结合而成的生物大分子蛋白质与多肽并无严格的界线，通常是将分子量在6000道尔顿以上的多肽称为蛋白质蛋白质分子量变化范围很大, 从大约6000到1000000道尔顿甚至更大(N AA=M/110, 128-18)1编辑课件ppt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蛋白黄素蛋白n2编辑课件ppt单纯蛋白质分类n3编辑课件ppt结合蛋白质分类n4编辑课件ppt 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n5编辑课件ppt蛋白质的形状和大小形状纤维状球状膜蛋白蛋白质的相对分子量从大约60001106或更大一些。
单体蛋白质(monomeric protein)：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)n6编辑课件ppt蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次一级结构(primary structure)：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n7编辑课件pptn8编辑课件pptn9编辑课件ppt蛋白质的构象和结构组织层次：蛋白质的构象和结构组织层次：蛋白质的构象蛋白质的构象：指蛋白质在天然状态下所特有的空间结构指蛋白质在天然状态下所特有的空间结构；结构组织层次结构组织层次：一级（共价键）、二级（氢键）、三级（一级（共价键）、二级（氢键）、三级（多种非共价键）和四级（亚基缔合）多种非共价键）和四级（亚基缔合）n10编辑课件ppt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：n11编辑课件ppt 一.基本问题-肽一个氨基酸的氨基与另一个氨基酸的羧基之间失水形成的酰胺键称为肽键，所形成的化合物称为肽 （公认的pro组织方式，证据？）由两个氨基酸组成的肽称为二肽，由多个氨基酸组成的肽则称为多肽（寡肽？）组成多肽的氨基酸单元称为氨基酸残基 12编辑课件pptn在多肽链中，氨基酸残基按一定的顺序排列，这种排列顺序称为氨基酸顺序n通常在多肽链的一端含有一个游离的-氨基，称为氨基端或N-端；在另一端含有一个游离的-羧基，称为羧基端或C-端n氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始，以C-端氨基酸残基为终点的排列顺序如上述五肽可表示为： Ser-Val-Tyr-Asp-Gln 1.多肽肽链写法：游离-氨基在左，游离-羧基在右，氨基酸之间用“-”表示肽键。
13编辑课件ppt 2. 肽键 肽键的特点是氮原子上的孤对电子(2s2)与羰基具有明显的共轭作用(共振相互作用)组成肽键的6个原子处于同一平面(肽平面)14编辑课件ppt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 大多数情况下(除Pro)，肽键呈反式构型sp2sp2sp2sp3共振杂化体15编辑课件ppt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16编辑课件ppt3. 肽的物理和化学性质：游离-NH2：PH活性低，化学性质相似(与AA中比较)游离-COOH：PH活性低，化学性质相似(与AA中比较)侧链R基： PH活性和化学性质与AA中相似17编辑课件ppt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 净电荷的计算(P166-167)18编辑课件ppt 4.天然存在的重要多肽 在生物体中，多肽最重要的存在形式是作为蛋白质的亚单位但是，也有许多分子量比较小的多肽以游离状态存在这类多肽通常都具有特殊的生理功能，常称为活性肽如：脑啡肽；激素类多肽；抗生素类多肽；谷胱甘肽(GSH)；蛇毒多肽等19编辑课件ppt 谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），广泛存在于生物细胞中，含有自由的巯基，具有很强的还原性，可作为体内重要的还原剂，保护某些蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化，使其处于活性状态 20编辑课件ppt21编辑课件ppt +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COO- +H3N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COO- Met-脑啡肽 Leu-脑啡肽22编辑课件ppt 二. 蛋白质的一级结构 1. 蛋白质的一级结构(Primary structure)包括： (1)组成蛋白质的多肽链数目. (2)多肽链的氨基酸顺序， (3)多肽链内或链间二硫键的数目和位置。
其中最重要的是多肽链的氨基酸顺序，它是蛋白质生物功能的基础2.蛋白质的一级结构的测定 蛋白质氨基酸顺序的测定是蛋白质化学研究的基础自从1953年F.Sanger测定了胰岛素的一级结构以来，现在已经有上万种不同蛋白质的一级结构被测定 23编辑课件ppt(1) (1) 测定蛋白质的一级结构的要求测定蛋白质的一级结构的要求 A.样品必需纯（97%以上）； B.知道蛋白质的分子量；(2)测定步骤测定步骤 测定蛋白质分子中多肽链的数目：通过测定末端氨基酸残基的摩尔数与蛋白质分子量之间的关系，即可确定多肽链的数目 24编辑课件ppt 多肽链的拆分：由多条多肽链组成的蛋白质分子，必须先进行拆分几条多肽链借助非共价键连接在一起，称为寡聚蛋白质，如，血红蛋白为四聚体，烯醇化酶为二聚体；可用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍处理，即可分开多肽链(亚基). 二硫键的断裂：几条多肽链通过二硫键交联在一起可在用8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在下，用过量的-巯基乙醇处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂保护生成的巯基，以防止它重新被氧化可以通过加入盐酸胍方法解离多肽链之间的非共价力；应用过甲酸氧化法或巯基还原法拆分多肽链间的二硫键。
25编辑课件ppt 巯基的保护 测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸成分的分子比； 分析多肽链的N-末端和C-末端 末端氨基酸的测定：多肽链端基氨基酸分为两类，N-端氨基酸和C-端氨基酸在肽链氨基酸顺序分析中，最重要的是N-端氨基酸分析法末端氨基酸测定的主要方法有：26编辑课件ppt A A、二硝基氟苯（、二硝基氟苯（DNFBDNFB）法：）法： N-N-末端末端游离氨基 酸水解后，酸水解后，N-N-末端末端AAAA成为黄色成为黄色DNP-AADNP-AA衍生物衍生物 排除侧链排除侧链DNPDNP衍生物的干扰：用有机溶剂抽提，衍生物的干扰：用有机溶剂抽提， 侧链侧链DNPDNP衍生物留衍生物留在水相在水相B B、丹磺酰氯法、丹磺酰氯法: : 在碱性条件下，丹磺酰氯（二甲氨基萘磺酰氯）可以与N-端氨基酸的游离氨基作用，得到丹磺酰-氨基酸此法的优点是丹磺酰-氨基酸有很强的荧光性质，检测灵敏度可以达到110-9M27编辑课件pptC C、苯异硫氰酸酯、苯异硫氰酸酯 (PITC)(PITC)法：法： N-N-末端末端游离氨基的反应，生成PTH-AA衍生物可用有机溶剂抽提、干燥后做鉴定D D、肼解法：、肼解法：此法是多肽链C-端氨基酸分析法。
多肽与肼在无水条件下加热，C-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肼化物能够与苯甲醛缩合成不溶于水的物质而与C-端氨基酸分离n-1)28编辑课件ppt D D、氨肽酶法：、氨肽酶法：氨肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的N-端逐个的向里水解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，按反应时间和氨基酸残基释放量作动力学曲线，从而知道蛋白质的N-末端残基顺序最常用的氨肽酶是亮氨酸氨肽酶，水解以亮氨酸残基为N-末端的肽键速度最大E、羧肽酶法：羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端逐个的水解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C-末端残基顺序目前常用的羧肽酶有四种：A,B,C和Y；A和B来自胰脏；C来自柑桔叶；Y来自面包酵母羧肽酶A能水解除Pro,Arg和Lys以外的所有C-末端氨基酸残基；B只能水解Arg和Lys为C-末端残基的肽键 多肽链断裂成多个肽段: 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肽碎片，并将其分离开来多肽的选择性降解的方法有：29编辑课件pptA.酶裂解法胰蛋白酶(trypsin) 这是最常用的蛋白水解酶，专一性强，只断裂赖氨酸或精氨酸的羧基参与形成的肽键。
得到的是以Arg或Lys为C-末端残基的肽段，肽段数目等于多肽链中Arg和Lys总数加1n30编辑课件ppt为了减少胰蛋白酶的作用位点，可以通过化学修饰将其侧链基因保护起来用马来酸酐可以保护Lys残基侧链上的NH2，胰蛋白酶就不会水解Lys竣基参与形成的肽键，只能断裂Arg羧基所形成的肽键；反之，如果用1，2环己二酮修饰Arg的胍基，则胰蛋白面只能裂解Lys羧基所形成的肽键如果想增加多肽链中胰蛋白酶的断裂点，可以用丫丙啶处理多肽链样品，这时Cys残基侧链被修饰成类似Lys的侧链，也具有NH2这样胰蛋白酶便能断裂Cys羧基端的肽键R1=Lys和Arg侧链（专一性较强，水解速度快）R2=Pro 水解受抑n31编辑课件ppt糜蛋白酶(chymotrypin)或胰凝乳蛋白酶(Chymotrypsin)：它断裂Phe、Trp和Tyr及其它疏水氨基酸的羧基参与形成的肽键断裂键邻近的基团是碱性的，裂解能力增加；是酸性的，裂解能力将减弱肽链水解位点R1=Phe, Trp,Tyr时水解快; R1= Leu，Met和His水解稍慢R2=Pro 水解受抑n32编辑课件ppt肽链水解位点胃蛋白酶(pepsin) 它要求被断裂键两侧的残基都是疏水性氨基酸，如Phe-Phe。
此外与糜蛋白酶不同的是酶作用的最适pH，前者是pH2，后者是pH8-9，由于二硫键在酸性条件下稳定，因此确定二硫键位置时，常用胃蛋白酶来水解R1和R2Phe, Trp, Tyr; Leu。