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1、蛋白质的结构和功能 212一一 Molecularbiophysics1.1 Structure and Function of protein1.2 Nucleic acid1.3 Interaction of Biomacromolecule1.4 Transition of States and Energy in Biomacromolecule31.1 Structure and Function of protein1.1.1 Chemical composition1.1.2 Amino Acid1.1.3 Properties of Protein1.1.4 Space con
2、figuration1.1.5 Relationship between structure and function4碳碳C，氢，氢H，氧，氧O，氮，氮N，硫，硫S微量元素：磷微量元素：磷P，铁，铁Fe，铜，铜Cu，碘，碘I，等，等1.1.1 Chemical composition51.1.2 Amino Acid6Ionization of Amino Acid 阳阳离子离子 两性离子两性离子 阴阴离子离子7Isoelectric Points定义定义 将将氨氨基基酸酸水水溶溶液液的的酸酸碱碱度度加加以以适适当当调调节节，使使羧羧基基与与氨氨基基的的电电离离程程度度相相等等，即即氨氨基基
3、酸酸所所带带正正负负电电荷荷数数目目正正好相同，此时溶液的好相同，此时溶液的pHpH称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。应用应用 不不同同氨氨基基酸酸侧侧链链不不同同，等等电电点点不不同同，可可用用电电泳泳分分离离鉴定氨基酸、蛋白质，也可作为医学诊断的手段。鉴定氨基酸、蛋白质，也可作为医学诊断的手段。8Classification of Amino Acid极性氨基酸非极性氨基酸极性不带电荷极性带正电荷极性带负电荷R基团极性脂肪族氨基酸R基团结构芳香族氨基酸杂环族氨基酸杂环亚氨基酸9 1 1. .1 1. .3 3 Properties of Protein Properties of
4、Protein 10111213按形状分类按形状分类14 151.1.4 1.1.4 Space Configuration Space Configuration 161.1.蛋蛋白白质质的的一一级级结结构构：由由共共价价键键结结合合在在一一起起的的氨氨基酸残基的排列序列；基酸残基的排列序列；2.2.蛋蛋白白质质的的二二级级结结构构：主主链链上上原原子子的的局局部部空空间间排排列列，不不包包括括与与其其它它链链段段之之间间的的相相互互关关系系及及侧侧链链结结构构；-螺螺旋旋结结构构（、3 31010）、-片片层层结结构构（ 折折叠叠、 卷卷曲曲 ）、无无规规卷卷曲曲结结构构、其其它它结构结构
5、 3.3.蛋蛋白白质质的的三三级级结结构构： 螺螺旋旋、折折叠叠、 卷卷曲曲及及无无规规卷卷曲曲等等二二级级结结构构的的多多肽肽链链在在三三维维空空间间的排列方式。的排列方式。4.4.蛋蛋白白质质的的四四级级结结构构：具具有有三三级级结结构构的的蛋蛋白白质质亚亚单单位位通通过过非非共共价价键键缔缔合合的的结结果果，稳稳定定四四级级结结构构的力或键与稳定三级结构的那些键相同。的力或键与稳定三级结构的那些键相同。17Primary Structure 一级结构一级结构-氨基酸残基的排列顺序氨基酸残基的排列顺序作用力：肽键作用力：肽键（ 氨氨基基酸酸的的羧羧基基和和下下一一个个氨氨基基酸酸的的氨氨基
6、基的的共共价价结结合合）是是一一级级结结构构的的主主要要化化学学键键。多多肽是有方向性的，即肽是有方向性的，即N-N-端和端和C-C-端。端。一级结构是蛋白质功能的基础一级结构是蛋白质功能的基础1819多肽链多肽链肽链主链上的重复结构称为肽单位（肽链主链上的重复结构称为肽单位（peptide unit)20Secondary Structure 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构(Secondary structure)(Secondary structure)是指多肽链向单一方向卷曲而形成的有周期是指多肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复的主体结构构象。性重复的主体结构构象。 作用力：氢键作
7、用力：氢键二级结构的主要元件二级结构的主要元件（secondary structure secondary structure elementelement）1.1.螺旋螺旋2.2.折叠片折叠片3.3.无规卷曲无规卷曲4.4.回折（回折（- -转角）转角）21-helix 螺螺旋旋：肽肽链链骨骨架架形形成成每每周周3.63.6个个氨氨基基酸酸的的右右手手螺螺旋旋，每每个个肽肽的的N-HN-H基基团团都都与与相相距距3 3个个氨氨基基酸酸残残基基的的C=OC=O基基团团间形成氢键间形成氢键螺螺旋旋：是是角角蛋蛋白白中中最最常常见见、最最典典型型、含含量量最最丰丰富富的的二二级级结结构构，1950
8、1950年年PaulingPauling首首先先揭揭示示。有有左左右右手手螺螺旋旋两两种种，天然大多数为右手螺旋。天然大多数为右手螺旋。22-pleated sheet -pleated sheet 折折叠叠：蛋蛋白白质质二二级级结结构构中中另另一一个个重重要要结结构构类类型型。氢氢键键主主要要在在链链间间而而不是链内。不是链内。23反平行式反平行式 平行式平行式24Random Coil 无无规规卷卷曲曲（randon randon coilcoil） 或或 称称 卷卷 曲曲(coil),(coil),泛泛指指那那些些不不能能归归入入明明确确的的二二级级结结构构如如折折叠叠片片或或螺螺旋旋的
9、的多肽区段。多肽区段。2526- -buglebugle 27Supersecondary Structure 是是介介于于蛋蛋白白质质二二级级结结构构和和三三级级结结构构之之间间的的空空间间结结构构，是是指指在在多多肽肽链链内内顺顺序序上上相相互互邻邻近近的的二二级级结结构构常常常常在在空空间间折折叠叠中中靠靠近近，彼彼此此相相互互作作用，形成规则的二级结构聚集体。用，形成规则的二级结构聚集体。 Domain 是是蛋蛋白白质质构构象象中中二二级级结结构构与与三三级级结结构构之之间间的的一一个个层层次次，在在较较大大的的蛋蛋白白质质分分子子中中，由由于于多多肽肽链链上上相相邻邻的的超超二二级级
10、结结构构紧紧密密联联系系，形形成成两两个个或或多多个个在在空空间间上上可可以以明显区别于其他蛋白质亚基结构。明显区别于其他蛋白质亚基结构。28Simple supersecondary structure 29Complicated supersecondary structure30Tertiary Structure 是线状、螺旋片状结构的进一步卷曲和折叠，形成球是线状、螺旋片状结构的进一步卷曲和折叠，形成球形或椭圆形的结构，它是蛋白质分子在二级结构的基形或椭圆形的结构，它是蛋白质分子在二级结构的基础上进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定础上进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定
11、构象的蛋白质分子。构象的蛋白质分子。三级结构构象的典型三级结构构象的典型 肌红蛋白肌红蛋白31-折叠折叠-螺旋螺旋连接环连接环32Sample环氧合酶环氧合酶-2 组织蛋白酪氨酸磷酸酶组织蛋白酪氨酸磷酸酶33The Force needed to maintain the Tertiary Structure氢键氢键离子键离子键偶极与偶极间的相互作用偶极与偶极间的相互作用疏水作用疏水作用二硫键二硫键34Quartermary structure 许许多多蛋蛋白白质质由由两两个个或或多多个个多多肽肽链链构构成成，这这些些肽肽链链都都成成折折叠叠的的-螺螺旋旋，每每条条多多肽肽链链称称为为蛋白质的
12、亚基。蛋白质的亚基。稳稳定定三三级级结结构构的的力力同同样样可可以以维维系系亚亚基基在在一一起起，这一水平称为四级结构。这一水平称为四级结构。各各亚亚基基之之间间呈呈现现特特定定的的三三维维空空间间排排布布，并并以以非共价键相连接。非共价键相连接。35血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构血血红红蛋蛋白白由由两两条条 球球蛋蛋白白链和两条链和两条 球蛋白链组成球蛋白链组成 球蛋白链就是球蛋白链就是 亚基亚基 球蛋白链就是球蛋白链就是 亚亚基基36抗体的四级结构抗体的四级结构所所有有的的抗抗体体都都是是由由两两条条重重链链和和两两条条轻轻链链通通过过非非共共价价键键和和共共价价键键( (二二硫硫键
13、键) )聚聚合而成合而成3738一级结构与构象、功能的关系一级结构与构象、功能的关系 蛋蛋白白质质特特定定的的构构象象和和功功能能是是由由其其一一级级结结构构所所决决定的。定的。 主要从两方面影响蛋白质的功能活性，即主要从两方面影响蛋白质的功能活性，即 a a 直接参与蛋白质的功能活性区直接参与蛋白质的功能活性区 b b 在蛋白质构象中处于关键位置在蛋白质构象中处于关键位置 有有些些一一级级结结构构同同源源性性较较小小的的蛋蛋白白质质高高级级结结构构非非常相似常相似 （如不同物种血红蛋白），也具非常相似的功能。（如不同物种血红蛋白），也具非常相似的功能。1.1.51.1.5 Relations
14、hip bewteen Relationship bewteen struture and function struture and function39蛋白质构象与功能的关系蛋白质构象与功能的关系蛋白质变性蛋白质变性(Denaturation)(Denaturation) 天天然然构构象象一一旦旦发发生生变变化化，必必然然会会影影响响到到它它的的活活性性。如如发发生生破破坏坏性性的的变变化化，蛋蛋白白质质的的生生物物活性就会丧失，此即蛋白质的变性。活性就会丧失，此即蛋白质的变性。40具有别构效应具有别构效应(allosteric effect) 当当某某种种小小分分子子物物质质特特异异地地
15、与与某某种种蛋蛋白白质质（或或酶酶）结结合合后后（结结合合部部位位多多在在远远离离活活性性部部位位的的另另一一部部位位，通通常常称称为为别别位位），能能够够引引起起该该蛋蛋白白质质（或或酶酶）的的构构象象发发生生微微妙妙而而有有规规律律的的变变化化，从从而而使使其其活活性性发发生生变变化化（活活性性可可以以从从无无到到有有或或从从有有到到无无，也也可可以以从从低低到到高高或或从从高高到低），这种现象称为别构效应。到低），这种现象称为别构效应。 具具有有这这种种特特性性的的蛋蛋白白质质或或酶酶称称为为别别构构蛋蛋白白质质或或别别构酶，引起这种效应的小分子物质称为别构效应剂构酶，引起这种效应的小分子物质称为别构效应剂。
