第04章氨基酸、多肽与蛋白质7年制说课材料

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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1目 录氨基酸、多肽与蛋白质第四章Amino Acids，Peptides and Proteins目 录病例：老年痴呆症 蛋白质结构变化引起疾病记忆力明显减退，经常忘记刚刚说过的话或做过的事，对于熟悉的人或物品，不能回忆其名称。语言不流畅，经常间断，与人交流困难，睡眠欠佳，表情淡漠，反应迟钝。目 录分布广：所有器官、组织都含有蛋白质； 细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：占人体干重的45， 某些组织,例如脾、肺及横纹肌等高达80。蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物 体重要组成成分(结构蛋白)Protein derives from Gr

2、eek protos，meaning “first” or “foremost”.目 录目 录什么是蛋白质? 蛋白质（protein）是由许多氨基酸（amino acids）通过肽键（peptide bond） 相连形成的高分子含氮化合物。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*6目 录氨基酸第一节Amino Acids目 录一、组成人体蛋白质的20种氨基酸 均属于L-氨基酸自然界中氨基酸300余种，人体蛋白质氨基酸20种，均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。 COOH COOH H2NCH HCNH2 R R L-氨基酸 D-氨基酸目 录H甘氨酸CH3丙氨酸L-氨基酸的通式RC+NH

3、3COO-H目 录二、20种氨基酸的分类： 根据侧链结构和性质不同（一）非极性疏水性氨基酸（二）极性中性氨基酸（三）芳香族氨基酸（四）酸性氨基酸（五）碱性氨基酸目 录（一）非极性疏水性氨基酸：侧链是非极性（疏水）的氨基酸 订正P53目 录(二)极性中性氨基酸: 侧链是极性、不带电荷的氨基酸 -OH、-SH、-CO-N2H目 录(三)芳香族氨基酸： 侧链含芳香基团的氨基酸 （苯基、酚基和吲哚基）目 录(四)酸性氨基酸： 侧链含负性解离基团的氨基酸（羧基）目 录 (五)碱性氨基酸 侧链含正性解离基团氨基酸 氨基、胍基和咪唑基目 录几种特殊氨基酸 脯氨酸（亚氨基酸）CHCOO-目 录 半胱氨酸 +胱

4、氨酸二硫键-HH目 录三、氨基酸的理化性质（一）氨基酸具有两性解离性质氨基酸在不同酸碱度溶液中解离成带不同电荷的离子。在特定pH溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子程度相等的兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。等电点 （isoelectric point，pI）目 录pH=pIpHpI -H+H+ -H+H+pH25%。分类序列相似程度相同蛋白95 %亚家族8095 %家族5080%超家族2550%目 录（二）蛋白质的分子结构 蛋白质分子由氨基酸构成一条多肽链，分子量大，能折叠成一定的形状，形成具有空间结构的大分子。 蛋白质的分子结构：蛋白质分子各原子的空间排布和相互关系。

5、目 录一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构。二级结构：主链原子的空间排布。三级结构：主链和侧链原子的空间排布。 一条多肽链所有原子的空间排布。四级结构：多条肽链之间原子的空间排布。 O O O O NH2-CH-CNH-CH-CNH-CH-C-NH-CH-C- R R R R1951年Linus Pauling等提出蛋白质螺旋结构1952年丹麦科学家(Linderstrom-Lang)建议：目 录三、蛋白质的一级结构 由氨基酸残基的排列顺序决定蛋白质一级结构 ：(primary structure) 指蛋白质分子，从N端到C端的氨基酸残基排列顺序。形成一级结构的化学键： 肽键（主要化学键）、二

6、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，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。细胞的环境因素影响蛋白质分子的空间构象。目 录目 录蛋白质数据库Genebank：NCBI网站： National Center for Biotechnology Information http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/目 录四、蛋白质的二级结构 多肽链主链局部特殊构象蛋白质二级结构：(secondary structure) 蛋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，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。主链骨架原子：N-H、C、C=O重复排列。 O

7、O O O NH2-CH-CNH-CH-CNH-CH-C-NH-CH-C-OH R R R R目 录（一）肽键是一个刚性的平面（肽键平面）键长： CN：0.149 C=N：0.127 肽键：0.132肽键具有部分双键性质 O O CC NC CC = N+C H H目 录肽键平面：参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平面，此一平面称之。肽单元：肽键平面的6个原子构成的单元结构称之。 C1和C2在平面上所处的位置为反式构型。目 录 H O R2 H H O R4 NH2CC = NCC = N CC = NCC R1 H H O R3 H H O目 录 -螺旋 ( -helix

8、) -折叠 ( -pleated sheet ) -转角 ( -turn ) 无规卷曲 ( random coil ) （二）蛋白质二级结构的主要形式：维系二级结构的主要化学键： 氢键肽键平面通过C旋转或折叠形成的主链结构。目 录1、-螺旋是常见的蛋白质二级结构-螺旋：多肽链肽键平面通过C旋转， 形成一种螺旋的结构。目 录目 录结构特点:右手螺旋，R基团伸向螺旋的外侧。旋转一圈: 3.6个氨基酸残基，螺距0.54nm。螺旋稳定因素: 每个肽链的C=O, 与第4个氨基酸残基的N-H形成氢键。两性特点：每隔34个aa有1个极性或非极性aa，肽链具有亲水性或疏水性。目 录2、-折叠使多肽链形成片层结

9、构-折叠：多肽链肽键平面通过C折叠， 形成一种伸展形的折纸状结构。目 录目 录结构特点：折纸状结构：以C为转折点，R基团在 折纸状结构的上下方。稳定因素：两条肽链或一条肽链两段之间 的C=O 与N-H 形成氢键。两段肽链走向： 平行：N端到C端同方向，肽链间距0.65nm； 反平行: N端到C端不同方向, 肽链间距0.70nm。 蛋白质的二级结构主要以螺旋和 -折叠为主，许多蛋白质既有螺旋又有 -折叠。目 录3、-转角-转角：肽链1800回折，回折角形成的结构。4、无规卷曲：没有确定规律性的部分肽链结构。 结构特点：4个氨基酸残基组成，第1个残基的C=0 与第4个残基的N-H形成氢键。第二个残

10、基常为Pro.目 录目 录（三）模体是蛋白质的超二级结构超二级结构：2个或2个以上具有二级结构的肽段相互接近、相互作用形成有规则的二级结构组合，称为超二级结构。常见的超二级结构： 、 目 录模体(motif)： 具有特定潜在功能作用的超二级结构。 蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽段，相互接近形成一个特殊的空间结构，并发挥专一的功能 。常见的模体结构：螺旋-环-螺旋锌指结构亮氨酸拉链结构。目 录钙结合蛋白的模体 （螺旋-环-螺旋） 在环(无规卷曲)中亲水侧链的氧原子通过氢键与Ca2+结合。目 录钙结合蛋白中结合钙离子的模体 锌指结构 DNA结合蛋白的模体（锌指结构） 1个螺旋，两个反平行

11、-折叠组成，形似手指。 N-末端1对Cys， C-末端1对His， 容纳结合一个Zn2+。 螺旋能镶嵌于DNA的大沟中，与DNA结合。目 录（四）氨基酸残基侧链对二级结构形成的影响 R基团电荷影响螺旋的形成： 酸或碱性氨基酸集中的区域，同性相斥，不利螺旋。 R基团大小影响螺旋的形成： （Phe、Try、Ile）集中的区域，不利螺旋。 Gly，Pro不能形成典型的螺旋。 折叠的氨基酸R基团较小。目 录五、蛋白质三级结构：多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布三级结构：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位置。 包括主链和侧链

12、原子。 具有功能作用的完整蛋白质分子。主要化学键：非共价键疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力。以疏水键为主要作用，不牢固，易被破坏。目 录目 录 肌红蛋白 (Mb) 的三级结构 N 端 C端Mb的结构特点： 153个氨基酸残基组成球状单链蛋白分子。 8个螺旋占75%，间隔无规卷曲。 含1个血红素辅基目 录（二）三级结构可含有功能各异的结构域磷酸甘油醛脱氢酶的NAD+结合结构域和催化结构域结构域：蛋白质分子折叠形成，相对致密的，具有一定功能作用的局部区域，称为结构域。 结构域是蛋白质的活性部位，是蛋白质局部肽链所有原子排布。目 录纤连蛋白分子的结构域 目 录(四) 根据结构域可

13、对蛋白质进行分类根据结构域可将球状蛋白质分为4类：反平行螺旋结构域（全-结构）平行或混合型折叠片结构域（，-结构）反平行折叠片结构域(全-结构)富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）目 录A. 全-结构域 B. 平行或混合型折叠片结构域C. 全-结构域 D. 富含二硫键结构域目 录（五）分子伴侣参与蛋白质的折叠分子伴侣(chaperone)：能为其它蛋白质分子提供合适 环境，使之折叠成具有天然构象蛋白质的分子。本质：蛋白质：热休克蛋白、伴侣分子、核质蛋白。 作用： 分子伴侣能与未折叠肽段疏水部分可逆反复结合，防止错误聚集发生，使肽链正确折叠。 分子伴侣能与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，

14、再诱导其正确折叠。 分子伴侣能使二硫键形成正确的配对。 目 录伴侣蛋白在蛋白质折叠中的作用 目 录六、蛋白质的四级结构四级结构：两条或两条以上具有独立三级结构的多肽链之间的空间排布及相互接触部位的布局和相互作用。亚基（subunit)：具有独立三级结构的多肽链。 （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。）稳定因素：非共价键，疏水键为主。形式：均一四级结构：相同亚基组成。同聚体 非均一四级结构：不相同亚基组成。异聚体目 录血红蛋白的四级结构（二）亚基通过亚基间的相互作用联系在一起目 录（三）生物体内有很多由多亚基组成的蛋白质 胰岛素受体：4个亚基组成(22) ，亚基与亚基形

15、成单体(monomer)，2个单体形成二聚体(dimer)。 目 录血红蛋白的一、二、三、四级结构目 录一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构。二级结构：主链原子的局部空间排布。 超二级结构:几个二级结构的组合 模体:具有功能作用的超二级结构 结构域:局部主链和侧链原子的空间排布三级结构：主链和侧链原子的空间排布。 一条多肽链所有原子的空间排布。四级结构：多条肽链之间原子的空间排布。单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*75目 录蛋白质结构与功能的关系Structure and Function of Proteins第三节目 录（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构与功

16、能的关系牛核糖核酸酶的一级结构二硫键目 录 天然状态，有催化活性 尿素、 -巯基乙醇 去除尿素、-巯基乙醇非折叠状态，无活性目 录（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构象以及功能也相似。（胰岛素） 目 录 氨基酸残基序号 胰岛素 A5 A6 A10 B30 人 Thr Ser Ile Thr 猪 Thr Ser Ile Ala 狗 Thr Ser Ile Ala 兔 Thr Gly Ile Ser 牛 Ala Gly Val Ala 羊 Ala Ser Val Ala 马 Thr Ser Ile Ala哺乳动物胰岛素氨基酸序列的差异目 录促肾上腺皮质激素(ACTH)和促黑激素(-MSH, -MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也可促进皮下黑色素生成但作用较弱。 目 录(三)氨基酸序列提供重要的生物化学信息一级结构与物种进化间存在关系。 同源蛋白的氨基酸序列相似性程度与功能相关。目 录细胞色素c一级结构与生物进化物种进化越接近的生物，细胞色素一级结构越相似目 录（四）重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病一级结构影响空间结构，影响