蛋白质的一级结构

《蛋白质的一级结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《蛋白质的一级结构（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、蛋白质的分子结构I一、蛋白质的一级结构（Primary structure）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序通过肽键连接起来的多肽链结 构。肽键：一个氨基酸的a -COOH和相邻的另一个氨基酸的a -NH2脱水形成共价键。1）构成肽链的氨基酸已残缺不全，称为氨基酸残基；2）肽链中的氨基酸的排列顺序，一般-NH端开始，由N指向C,即多肽链有方向性，N端为头，C端为尾。肽的颜色反应：多肽可与多种化合物作用，产生不同的颜色反应。这些显色反应，可用于多肽的定性或定量 鉴定。如黄色反应，是由硝酸与氨基酸的苯基（酪氨酸和苯丙氨酸）反应生成二硝基苯衍生物而显 黄色。多肽的双

2、缩脲反应是多肽特有的颜色反应;双缩脲是两分子的尿素经加热失去一分子NH3而得 到的产物。双缩脲能够与碱性硫酸铜作用，产生兰色的铜-双缩脲络合物，称为双缩脲反应。含有两个以上 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，生成紫红色或蓝紫色络合物。 这是多肽定量测定的重要反应.（二）天然活性肽1. 谷胱甘肽（GSH）：三肽（Glu-Cys-Gly），谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸广泛存在于生物细胞中，含有自由的-SH，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。2. 促甲状腺素释放激素：三肽（焦谷氨酰组氨酰脯氨酸），可促进甲状腺素

3、的释放。3. 短杆菌素S：环十肽，含有D-苯丙氨酸、鸟氨酸，对革兰氏阴性细菌有破坏作用，主要作用于细胞膜。4. 青霉素：含有D一半胱氨酸和D一缬氨酸的二肽衍生物。主要破坏细菌的细胞壁粘肽的合成引起溶菌。蛋白质的结构蛋白质是由一条或多条多肽（polypeptide）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。-、蛋白质的一级结构p1681. 定义一一1969年，国际纯化学与应用化学委员会（IUPAC） 规定：蛋白质的一级结构指蛋白质多肽连中 AA的排列顺序

4、，包括二硫键的位置。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，现在已经有上千种不同蛋白质的一级结构被测定。（1）测定蛋白质一级结构的要求p168a、样品必需纯（97%以上）；b、知道蛋白质的分子量；c、知道蛋白质由几个亚基组成；（2）测定步骤p168A. 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。如果蛋白质只含一条多肽链，则蛋白质的摩尔数?（蛋白质分子量/110=蛋白质的摩尔数）应于

5、末端基的摩 尔数相等；若后者是前者的倍数，说明该蛋白质是由多条多肽链组成。B. 多肽链的拆分。p169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）.C. 二硫键的断裂p169几条多肽链通过二硫键交联在一起。可在8mol/L尿素或6mol/L盐酸胍存在下，用过量的-巯基乙醇（还原 法）处理，使二硫键还原为巯基，然后用烷基化试剂（ICH2COOH）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

6、甲酸氧化法拆分多肽链间的二硫键。巯基（-SH）的保护D. 分析多肽链的N-末端和C-末端。p169多肽链端基氨基酸分为两类：N-端氨基酸（amino-terminal）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。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）。 p169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

7、性质，检测灵敏度可以达到1 10-9mol。N-端氨基酸分析法苯异硫氰酸酯法(PITC) p137,170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。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。羧肽酶是一种肽链外切酶，它能从多肽链的C-端逐个的

8、水解AA。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。E. 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。P169二. 多肽链的选择性降解1. 酶解法：胰蛋白酶，糜蛋白酶，胃蛋白酶，嗜热菌蛋白酶，羧肽酶和氨肽酶(1) 。胰蛋白酶Trypsinase : R1=Lys和Arg侧链(专一性

9、较强，水解速度快)。R2=Pro水解受抑。马来酸酐保护Lys,只水解Arg1,2-环己二酮保护Arg，只水解Lys(2) .糜蛋白酶或胰凝乳蛋白酶p173 (Chymotrypsin)： R1=Phe, Trp,Tyr时水解快；R1= Leu， Met和His水解稍慢。R2=Pro水解受抑。(3) .胃蛋白酶p174Pepsin： R1和R2 = Phe, Trp, Tyr; Leu以及其它疏水性氨基酸水解速度较快。R1=Pro水解受抑。酶的最适pH2。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。(4) .嗜热菌蛋白酶thermolysin： R2=Phe, Trp, Tyr; L

10、eu， Ile, Met以及其它疏水性强的氨基酸水解速度较快。R2=Pro或Gly水解受抑。R1或R3=Pro水解受抑。(5) .谷氨酸蛋白酶：R1=Glu、Asp(磷酸缓冲液)；R1=Glu (磷酸缓冲液或醋酸缓冲液)(6) .精氨酸蛋白酶：R1=Arg(7) .木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶荔枝病：荔枝为“南国第一佳果”。但过量进食后易患“低血糖症”，俗称“荔枝病”。荔枝内含有丰富的果 糖，过食后大量果糖来不及经肝脏转化酶转化成葡萄糖，而积聚在体内，使血液中葡萄糖含量严重不足。芒果皮炎：芒果有“热带果王”之称，滋味独特。芒果汁内的特异性蛋白和蛋白酶引起的即发型接触性皮肤反 应。波萝过敏症：菠萝有“

11、宴会水果”之称，内含菠萝蛋白酶的作用。这是一种蛋白水解酶，可使胃肠粘膜通透性 增大，使胃肠中异性大分子蛋白渗透进血液中，而引起胃肠道乃至全身过敏反应。菠萝所含的生物碱及蛋白酶， 能使血凝块消散与抑制血液凝块的形成。对冠状动脉和脑动脉血管栓塞所引起之病有缓解作用。柿结石症：含大量柿胶酚、单宁和果胶质。空腹服少量，就会致胃脘疼痛，消化不良等症，原因为果胶与胃酸 凝结成不溶性物质一一胃柿结石。正常人也宜饱餐后食，且忌与螃蟹、山芋和菱角等同食。樱桃：含过量铁和氢氰甙，故过食后可引起铁中毒，甚至氰化物中毒而死亡。李时珍在本草纲目中有关于 过食樱桃致死的记载，以告诫后人。2. 化学法：可获得较大的肽段p1

12、74(1) .漠化氰(Cyanogen bromide)水解法，它能选择性地切割由Met的羧基所形成的肽键。(2) .羟胺(NH2OH):专一性断裂-Asn-Gly-之间的肽键。也能部分裂解-Asn-Leu-之间的肽键以及-Asn-Ala- 之间的肽键。各种蛋白中-Asn-Gly -出现的概率很低。测定步骤F. 分离肽段测定每个肽段的氨基酸顺序。p169Edman (苯异硫氰酸酯法)氨基酸顺序分析法实际上也是一种N-端分析法。此法的特点是能够不断重复循环， 将肽链N-端氨基酸残基逐一进行解离。p176测定每条多肽链的氨基酸组成G. 确定肽段在多肽链中的次序。利用两套或多套肽段的氨基酸顺序彼此间

13、的交错重叠，拼凑出整条多肽链的氨基酸顺序。H. 确定原多肽链中二硫键的位置。一般采用胃蛋白酶处理含有二硫键的多肽链(切点多；酸性环境下防止二硫键发生交换)。将所得的肽段利用Brown及Hartlay的对角线电泳技术进行分离。蛋白质的一级结构p180氨基酸顺序测定步骤测定蛋白质分子中多肽链的数目；多肽链的拆分；二硫键的断裂；测定每条多肽链的氨基酸组成，并计算出氨基酸的成分比；分析多肽链的N-末端和C-末端；多肽链断裂成多个肽段；测定每个肽段的氨基酸顺序；确定肽段在多肽链中的次序；确定原多肽链中二硫键的位置。其它氨基酸测序法用测定核酸的顺序推测蛋白质的顺序。三、蛋白质的一级结构与生物功能I. 同源

14、蛋白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；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。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。顺序同源现象表明从中分离同源蛋白质的这些生物在进化上有着共

15、同的祖先。顺序同源的生物学意义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。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一进化树。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。2 一级结构的局部断裂与蛋白质的激活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，然后才呈现生物活性。血液凝固时血纤维蛋白原(fibrinogen)和凝血酶原(thrombinogen)的复杂变化；消化液中一系列蛋白水解酶原的激活(activation)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。血液凝固的生物化学机理血液中包含着对立统一的两个系统：凝血系统和溶血系统。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。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；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