第02章蛋白质的结构与功能.

第二章蛋白质的结构与功能StructureandFunctionofProtein主要内容蛋白质的分子组成蛋白质的分子结构蛋白质的理化性质蛋白质的分类什么是蛋白质?蛋白质(protein)是由许多氨基酸(aminoacids)通过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。蛋白质是生命的物质基础1.催化功能2.调节功能3.支持功能4.运输功能5.营养功能6.运动功能7.防御功能8.识别功能9.信息传递功能10.凝血与抗凝血功能蛋白质的生物学功能蛋白质的种类繁多大肠杆菌约含蛋白质3000种，人体内含蛋白质10万余种。蛋白质是细胞中含量最丰富的生物大分子约占人体固体成分的45%，可达细胞干重的70%。蛋白质的分子组成TheMolecularComponentofProtein第一节一、蛋白质的元素组成主要有C、H、O、N和S。有些蛋白质含有少量磷、硒或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。100克样品中蛋白质的含量(g%)=每克样品含氮克数×6.25×1001/16%蛋白质元素组成的特点测氮的方法：凯氏定氮法二、组成蛋白质的基本单位——氨基酸蛋白质受酸、碱或蛋白酶水解产生游离氨基酸。因此，组成蛋白质的基本单位是——氨基酸(aminoacid)。H2NCHCCH3OHO-氨基丙酸（丙氨酸）H2NCHCHOHO-氨基乙酸（甘氨酸）（一）氨基酸的命名1.系统命名法以羧基为母体，碳原子的位次以阿拉伯数字或希腊字母标示。2.俗称1.组成蛋白质的氨基酸都是α-氨基酸（脯氨酸为α-亚氨基酸）。α-碳原子，即与-COOH相邻碳原子。氨基均连在α-碳原子上，故为α-氨基酸。（二）氨基酸的结构特点2.组成人体蛋白质的氨基酸都是L型，即L-α-氨基酸。不同的氨基酸其侧链不同，除甘氨酸外，其余氨基酸的α-碳原子分别连接4个不同原子或基团，是手性碳原子，有两种不同的构型，即L型和D型。R代表氨基酸侧链氨基酸的结构通式可用下式表示：H2NCHRCOOHCOO-CHRH3N+或L-α-氨基酸D-α-氨基酸CNH2RCOOHHCHRCOOHNH2（三）氨基酸的分类存在自然界中的氨基酸有300余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种，且都有特异的遗传密码，为编码氨基酸。根据侧链基团的结构和性质不同将20种氨基酸分为4类：1.非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸3.酸性氨基酸4.碱性氨基酸1.非极性疏水氨基酸侧链为烃基、吲哚环、甲硫基等疏水性基团。这类氨基酸在水中的溶解度小于极性中性氨基酸。2.极性中性氨基酸侧链为羟基、巯基、或酰氨基等极性基团，有亲水性，但在中性水溶液中不电离的氨基酸。3.酸性氨基酸侧链上有羧基，在水溶液中能释放出H+而带负电荷的氨基酸。有谷氨酸、天冬氨酸。4.碱性氨基酸侧链上有氨基、胍基或咪唑基，在水溶液中能结合H+而带正电荷的氨基酸。有赖氨酸、精氨酸和组氨酸等。蛋白质分子中几种特殊的氨基酸1.脯氨酸是亚氨基酸。2.不少半胱氨酸在蛋白质中以胱氨酸形式存在。2个半胱氨酸脱氢以二硫键结合形成胱氨酸。3.被修饰的氨基酸羟脯氨酸、羟赖氨酸等。甘氨酸—结构最简单的氨基酸H2NCHCHOHO-氨基乙酸（甘氨酸）几种特殊氨基酸•脯氨酸（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3半胱氨酸+胱氨酸二硫键-HH-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3甘氨酸glycineGlyG5.97丙氨酸alanineAlaA6.00缬氨酸valineValV5.96亮氨酸leucineLeuL5.98异亮氨酸isoleucineIleI6.02苯丙氨酸phenylalaninePheF5.48脯氨酸prolineProP6.301.非极性疏水性氨基酸色氨酸tryptophanTryW5.89丝氨酸serineSerS5.68酪氨酸tyrosineTryY5.66半胱氨酸cysteineCysC5.07蛋氨酸methionineMetM5.74天冬酰胺asparagineAsnN5.41谷氨酰胺glutamineGlnQ5.65苏氨酸threonineThrT5.602.极性中性氨基酸天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸glutamicacidGluE3.22赖氨酸lysineLysK9.74精氨酸arginineArgR10.76组氨酸histidineHisH7.593.酸性氨基酸4.碱性氨基酸编码氨基酸的结构甘氨酸Glycine脂肪族氨基酸H2NCHCHOHO-氨基乙酸氨基酸的结构脂肪族氨基酸H2NCHCCH3OHO甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine-氨基丙酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine脂肪族氨基酸H2NCHCCHOHOCH3CH3-氨基异戊酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine脂肪族氨基酸H2NCHCCH2OHOCHCH3CH3-氨基异己酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine脂肪族氨基酸-氨基--甲基戊酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine脯氨酸Proline亚氨基酸HNCOHO-吡咯烷基--羧酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine脯氨酸Proline甲硫氨酸Methionine含硫氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2SCH3-氨基--甲硫基丁酸氨基酸的结构甘氨酸Glycine丙氨酸Alanine缬氨酸Valine亮氨酸Leucine异亮氨酸Ileucine脯氨酸Proline甲硫氨酸Methionine半胱氨酸Cysteine含硫氨基酸-氨基--巯基丙酸氨基酸的结构芳香族氨基酸苯丙氨酸PhenylalanineH2NCHCCH2OHO-氨基--苯基丙酸氨基酸的结构芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸TyrosineH2NCHCCH2OHOOH-氨基--对羟苯基丙酸氨基酸的结构芳香族氨基酸苯丙氨酸Phenylalanine酪氨酸Tyrosine色氨酸TryptophanTrpH2NCHCCH2OHOHN-氨基--吲哚基丙酸氨基酸的结构碱性氨基酸精氨酸ArginineH2NCHCCH2OHOCH2CH2NHCNH2NH-氨基--胍基戊酸氨基酸的结构碱性氨基酸精氨酸Arginine赖氨酸LysineH2NCHCCH2OHOCH2CH2CH2NH2，-二氨基己酸氨基酸的结构碱性氨基酸精氨酸Arginine赖氨酸Lysine组氨酸HistidineH2NCHCCH2OHONNH-氨基--咪唑基丙酸氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate酸性氨基酸H2NCHCCH2OHOCOHO-氨基丁二酸氨基酸的结构天冬氨酸Aspartate谷氨酸Glutamate酸性氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2COHO-氨基戊二酸氨基酸的结构丝氨酸Serine含羟基氨基酸H2NCHCCH2OHOOH-氨基--羟基丙酸氨基酸的结构丝氨酸Serine苏氨酸Threonine含羟基氨基酸H2NCHCCHOHOOHCH3-氨基--羟基丁酸氨基酸的结构天冬酰胺Asparagine含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCNH2O氨基酸的结构天冬酰胺Asparagine谷酰胺Glutamine含酰胺氨基酸H2NCHCCH2OHOCH2CNH2O（四）氨基酸的理化性质2.两性解离及等电点等电点(isoelectricpoint,pI)在某一pH的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点。1.物理性质都是白色晶体，熔点较高。能溶于强酸和强碱溶液；在水中的溶解度各不相同。+OH-pHpI+H++OH-+H+pHpI阳离子阴离子pH=pI氨基酸的兼性离子CHNH2COOHRCHNH2COOHRCHNH3+COO-RCHNH3+COO-RCHNH2COO-RCHNH2COO-RCHCOOHRNH3+CHCOOHRNH3+3.紫外吸收色氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的最大吸收峰在280nm附近。大多数蛋白质含有这三种氨基酸残基，所以测定蛋白质溶液280nm的光吸收值是分析溶液中蛋白质含量的快速简便的方法。4.茚三酮反应氨基酸与水合茚三酮共热，可生成蓝紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。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。脯氨酸和羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色化合物。三、氨基酸在蛋白质分子中的连接方式*肽键(peptidebond)是由一个氨基酸的-羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。（一）肽(peptide)NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH2-CH-CHOOH甘氨酸NH-CH-CHOHOOH甘氨酸+-HOH甘氨酰甘氨酸肽键NH2-CH-C-N-CH-COOHHHHONH2-CH-C-N-CH-COOHHHHO*肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。*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……*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为氨基酸残基(residue)。*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)。N末端：多肽链中有自由氨基的一端多肽链有两端*多肽链(polypeptidechain)是指许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。H2NCHCONHCHR1R2CONHCHR3CONHCHR4COOH主链侧链N末端C末端多肽链的方向：N端C端C末端：多肽链中有自由羧基的一端（二）生物活性肽1.谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH的生理功能：清除氧化剂，保护含巯基蛋白质活性•体内许多激素属寡肽或多肽•神经肽(neuropeptide)2.多肽类激素及神经肽蛋白质的分子结构TheMolecularStructureofProtein第二节蛋白质的分子结构包括一级结构(primarystructure)二级结构(secondarystructure)三级结构(tertiarystructure)四级结构(quaternarystructure)高级结构定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构主要的化学键肽键，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。TheNobelPrizeinChemistry1958forhisworkonthestructureofproteins,especiallythatofinsulinFrederickSangerUnitedKingdomUniversityofCambridgeCambridge,UnitedKingdomb.1918TheNobelPrizeinChemistry1980forhisfundamentalstudiesofthebiochemistryofnucleicacids,withparticularregardtorecombinant-DNAfortheircontributionsconcerningthedeterminationofbasesequencesinnucleicacidsPaulBergWalterGilbertFrederickSanger1