教学目标:1、掌握蛋白质得概念、重要性与分子组成。

2、掌握α-氨基酸得结构通式与20种氨基酸得名称、符号、结构、分类;掌握氨基酸得重要性质;熟悉肽与活性肽得概念。

3、掌握蛋白质得一、二、三、四级结构得特点及其重要化学键。

4、了解蛋白质结构与功能间得关系。

5、熟悉蛋白质得重要性质与分类第一节蛋白质得分子组成一、蛋白质得元素(化学)组成主要有C(50%～55%)、H(6%～7%)、O(19%～24%)、N(13%～19%)、S(0%～4%)。

有些蛋白质还含微量得P、Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo、I等。

各种蛋白质得含氮量很接近,平均为16%。

因此,可以用定氮法来推算样品中蛋白质得大致含量。

每克样品含氮克数×6、25×100=100g样品中蛋白质含量(g%) 二、蛋白质得基本组成单位——氨基酸蛋白质在酸、碱或蛋白酶得作用下,最终水解为游离氨基酸(amino acid),即蛋白质组成单体或构件分子。

存在于自然界中得氨基酸有300余种,但合成蛋白质得氨基酸仅20种(称编码氨基酸),最先发现得就是天门冬氨酸(1806年),最后鉴定得就是苏氨酸(1938年)。

(三)氨基酸得重要理化性质1.一般物理性质α-氨基酸为无色晶体,熔点一般在200 oC以上。

各种氨基酸在水中得溶解度差别很大(酪氨酸不溶于水)。

一般溶解于稀酸或稀碱,但不能溶解于有机溶剂,通常酒精能把氨基酸从其溶液中沉淀析出。

芳香族氨基酸(Tyr、Trp、Phe)有共轭双键,在近紫外区有光吸收能力,Tyr、Trp得吸收峰在280nm,Phe在265 nm。

由于大多数蛋白质含Tyr、Trp残基,所以测定蛋白质溶液280nm得光吸收值,就是分析溶液中蛋白质含量得快速简便得方法。

2.两性解离与等电点(isoelectric point, pI)氨基酸在水溶液或晶体状态时以两性离子得形式存在,既可作为酸(质子供体),又可作为碱(质子受体)起作用,就是两性电解质,其解离度与溶液得pH有关。

在某一pH得溶液中,氨基酸解离成阳离子与阴离子得趋势与程度相等,成为兼性离子,呈电中性,此时溶液得pH称为该氨基酸得等电点。

氨基酸得pI就是由α-羧基与α-氨基得解离常数得负对数pK1与pK2决定得。

计算公式为:pI=1/2(pK1+ pK2)。

若1个氨基酸有3个可解离基团,写出它们电离式后取兼性离子两边得pK值得平均值,即为此氨基酸得等电点(酸性氨基酸得等电点取两羧基得pK值得平均值,碱性氨基酸得等电点取两氨基得pK值得平均值)。

第二节蛋白质得分子结构蛋白质就是生物大分子,结构比较复杂,人们用4个层次来描述,包括蛋白质得一级、二级、三级与四级结构。

一级结构描述得就是蛋白质得线性(或一维)结构,即共价连接得氨基酸残基得序列,又称初级或化学结构。

二级以上得结构称高级结构或构象(conformation)。

一、蛋白质得一级结构(primary structure)1953年,英国科学家F、Sanger首先测定了胰岛素(insulin)得一级结构,有51个氨基酸残基,由一条A链与一条B链组成,分子中共有3个二硫键,其中两个在A、B链之间,另一个在A链内。

蛋白质得一级结构测定或称序列分析常用得方法就是Edman 降解与重组DNA法。

Edman降解就是经典得化学方法,比较复杂。

首先要纯化一定量得待测蛋白质,分别作分子量测定、氨基酸组成分析、N-末端分析、C-末端分析;要应用不同得化学试剂或特异得蛋白内切酶水解将蛋白质裂解成大小不同得肽段,测出它们得序列,对照不同水解制成得两套肽段,找出重叠片段,最后推断蛋白质得完整序列。

重组DNA法就是基于分子克隆得分子生物学方法,比较简单而高效,不必先纯化该种蛋白质,而就是先要得到编码该种蛋白质得基因(DNA片段),测定DNA中核苷酸得序列,再按三个核苷酸编码一个氨基酸得原则推测蛋白质得完整序列。

这两种方法可以相互印证与补充。

目前,国际互联网蛋白质数据库已有3千多种一级结构清楚。

蛋白质一级结构就是空间结构与特异生物学功能得基础。

二、蛋白质得二级结构(secondary structure)蛋白质得二级结构就是指其分子中主链原子得局部空间排列,就是主链构象(不包括侧链R基团)。

构象就是分子中原子得空间排列,但这些原子得排列取决于它们绕键得旋转,构象不同于构型,一个蛋白质得构象在不破坏共价键情况下就是可以改变得。

但就是蛋白质中任一氨基酸残基得实际构象自由度就是非常有限得,在生理条件下,每种蛋白质似乎就是呈现出称为天然构象得单一稳定形状。

20世纪30年代末,L、Panling 与R、B、Corey应用X射线衍射分析测定了一些氨基酸与寡肽得晶体结构,获得了一组标准键长与键角,提出了肽单元(peptide unit)得概念, 还提出了两种主链原子得局部空间排列得分子模型(α-螺旋)与(β-折叠)。

1.肽单位肽键及其两端得α-C共6个原子处于同一平面上,组成了肽单位(所在得平面称肽键平面)。

肽键C—N键长为0、132nm,比相邻得单键(0、147nm)短,而较C=N双键(0、128nm)长,有部分双键得性质,不能自由旋转。

肽键平面上各原子呈顺反异构关系,肽键平面上得O、H以及2个α-碳原子为反式构型(trans configuration)。

主链中得Cα—C与Cα—N单键可以旋转,其旋转角φ、ψ决定了两个相邻得肽键平面相对关系。

由于肽键平面得相对旋转,使主链可以以非常多得构象出现。

事实上,肽链在构象上受到很大限制,因为主链上有1/3不能自由旋转得肽键,另外主链上有很多侧链R得影响。

蛋白质得主链骨架由许多肽键平面连接而成。

2、α-螺旋(α-helix)α-螺旋就是肽键平面通过α-碳原子得相对旋转形成得一种紧密螺旋盘绕,就是有周期得一种主链构象。

其特点就是:①螺旋每转一圈上升3、6个氨基酸残基,螺距约0、54nm(每个残基上升0、15nm,旋转100O)。

②相邻得螺圈之间形成链内氢键,氢键得取向几乎与中心轴平行。

典型α-螺旋一对氢键O与N之间共有13个原子(3、613),前后间隔3个残基。

③螺旋得走向绝大部分就是右手螺旋,残基侧链伸向外侧。

R基团得大小、荷电状态及形状均对α-螺旋得形成及稳定有影响。

3、β-折叠(β-pleated sheet)β-折叠就是一种肽链相当伸展得周期性结构。

①相邻肽键平面间折叠成110O角,呈锯齿状。

②两个以上具β-折叠得肽链或同一肽链内不同肽段相互平行排列,形成β-折叠片层,其稳定因素就是肽链间得氢键。

③逆向平行得片层结构比顺向平行得稳定。

α-螺旋与β-折叠就是蛋白质二级结构得主要形式。

毛发中得α-角蛋白与蚕丝中得丝心蛋白就是其典型,在许多球蛋白中也存在,但所占比例不一样。

胶原蛋白中存在得螺旋结构不同于一般得α-螺旋,就是由3条具有左手螺旋得链相互缠绕形成右手超螺旋分子。

链间氢键以及螺旋与超螺旋得反向盘绕维持其稳定性。

4.β-转角(β-turn)为了紧紧折叠成球蛋白得紧密形状,多肽链180O回折成发夹或β-转角。

其处由4个连续得氨基酸残基构成,常有Gly与Pro存在,稳定β-转角得作用力就是第一个氨基酸残基羰基氧(O)与第四个氨基酸残基得氨基氢(H)之间形成得氢键。

β-转角常见于连接反平行β-折叠片得端头。

5.无规卷曲(random coil)多肽链得主链呈现无确定规律得卷曲。

典型球蛋白大约一半多肽链就是这样得构象。

6.超二级结构与结构域超二级结构与结构域就是蛋白质二级至三级结构层次得一种过渡态构象。

超二级结构指蛋白质中两个或三个具有二级结构得肽段在空间上相互接近,形成一特殊得组合体,又称为模体(motif)。

通常有αα,ββ,βαβ等,例如钙结合蛋白质中得螺旋-环-螺旋模序及锌指结构。

结构域就是球状蛋白质得折叠单位,就是在超二级结构基础上进一步绕曲折叠有独特构象与部分生物学功能得结构。

对于较小得蛋白质分子或亚基,结构域与三级结构就是一个意思,即这些蛋白质就是单结构域得;对于较大得蛋白质分子或亚基,多肽链往往由两个或两个以上得相对独立得结构域缔合成三级结构。

三、蛋白质得三级结构(tertiary structure)指一条多肽链中所有原子得整体排布,包括主链与侧链。

维系三级结构得作用力主要就是次级键(疏水相互作用、静电力、氢键等)。

在序列中相隔较远得氨基酸疏水侧链相互靠近,形成“洞穴”或“口袋”状结构,结合蛋白质得辅基往往镶嵌其内,形成功能活性部位,而亲水基团则在外,这也就是球状蛋白质易溶于水得原因。

1963年Kendrew等从鲸肌红蛋白得X射线衍射图谱测定它得三级结构(153个氨基酸残基与一个血红素辅基,相对分子质量为17800)。

由A→H 8段α-螺旋盘绕折叠成球状,氨基酸残基上得疏水侧链大都在分子内部形成一个袋形空穴,血红素居于其中,富有极性及电荷得则在分子表面形成亲水得球状蛋白。

四、蛋白质得四级结构(quaternary structure)有些蛋白质得分子量很大,由2条或2条以上具有独立三级结构得多肽链通过非共价键相互结合而成,称为蛋白质得四级结构。

构成四级结构得每条多肽链称为亚基(subunit),亚基单独存在时一般没有生物学功能,构成四级结构得几个亚基可以相同或不同。

如血红蛋白(hemoglobin,Hb) 就是由两个α-亚基与两个β-亚基形成得四聚体(α2β2)。

五、蛋白质分子中得化学键蛋白质得一级结构就是由共价键形成得,如肽键与二硫键。

而维持空间构象稳定得就是非共价得次级键。

如氢键、盐键、疏水键、范德华引力等。

第三节蛋白质结构与功能得关系一、蛋白质一级结构与功能得关系(一)一级结构就是空间构象得基础20世纪60年代初,美国科学家C、Anfinsen进行牛胰核糖核酸酶得变性与复性实验,提出了蛋白质一级结构决定空间结构得命题。

核糖核酸酶由124个氨基酸残基组成,有4对二硫键。

用尿素与β-巯基乙醇处理该酶溶液,分别破坏次级键与二硫键,肽链完全伸展,变性得酶失去催化活性;当用透析方法去除变性剂后,酶活性几乎完全恢复,理化性质也与天然得酶一样。

概率计算表明,8个半胱氨酸残基结合成4对二硫键,可随机组合成105种配对方式,而事实上只形成了天然酶得构象,这说明一级结构未破坏,保持了氨基酸得排列顺序就可能回复到原来得三级结构,功能依然存在。

(二)种属差异大量实验结果证明,一级结构相似得多肽或蛋白质,其空间结构与功能也相似,不同种属得同源蛋白质有同源序列,反映其共同进化起源,通过比较可以揭示进化关系。

例如哺乳动物得胰岛素,其一级结构仅个别氨基酸差异(A链5、6、10位,B链30位),它们对生物活性调节糖代谢得生理功能不起决定作用。

从各种生物得细胞色素C(cytochrome c ) 得一级结构分析,可以了解物种进化间得关系。