第二章蛋白质的结构与功能Word文档下载推荐.docx

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100g样品中蛋白质含量（g%）＝每克样品中含氮克数×

6.25×

100

二、蛋白质的基本组成单位——氨基酸

（thebasicunitofproteincomposition——aminoacid）

氨基酸（aminoacid）是组成蛋白质的基本单位。

（一）氨基酸的命名（略）

（二）氨基酸的结构特点

自然界中的氨基酸有300余种，组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种。

都有相应的遗传密码，故又称为编码氨基酸。

氨基酸的结构通式可用下式表示（R为氨基酸侧链）：

虽然各种氨基酸结构各不相同，但都具有如下特点：

1.组成蛋白质的氨基酸都是α-氨基酸。

即氨基均连在α-碳原子上。

脯氨酸为α-亚氨基酸。

2.除甘氨酸外，其余氨基酸的α-碳原子是不对称碳原子，有两种不同的构型，即L型和D型。

组成人体蛋白质的氨基酸都是L型，即L-α-氨基酸。

（三）氨基酸的分类

氨基酸的按侧链的结构和理化性质可分为４类：

非极性侧链氨基酸：

甘氨酸（Gly），丙氨酸（Ala），缬氨酸，亮氨酸，异亮氨酸，丙氨酸，脯氨酸（Pro）；

侧链为烃基、吲哚环或甲硫基等非极性疏水集团。

非电离极性侧链氨基酸：

色氨酸，丝氨酸，酪氨酸，半胱氨酸（Cys），蛋氨酸（Met），天冬酰胺，谷氨酰胺，苏氨酸；

侧链上带有羟基、巯基或酰氨基等极性基团，具有亲水性，中性水溶液中不电离，但羟基和巯基在碱性溶液中可电离出Ｈ＋而带负电荷。

酸性氨基酸：

天冬氨酸，谷氨酸（Glu）；

碱性氨基酸：

赖氨酸，精氨酸，组氨酸。

20种氨基酸中，甘氨酸分子量最小，脯氨酸属亚氨基酸，但其亚氨基仍能与另一羧基形成肽链，它形成的肽键N原子上没有H，所以不可能形成氢键，结果凡是出现脯氨酸的部位，肽键走向转折，不能形成α螺旋。

胱氨酸是由两个半胱氨酸脱氢后以二硫键结合而成，蛋白质中的半胱氨酸多数是以胱氨酸形式存在。

（四）氨基酸的理化性质：

1.具有两性解离的特性，在晶体状态下几纯水溶液中主要以两性离子存在。

熔点高，除甘氨酸、丙氨酸及亮氨酸外都不溶于无水乙醇，几乎全不溶于乙醚。

2.化学性质

（１） 

两性游离与等电点：

由于所有氨基酸都含有一个碱性的氨基和一个酸性的α羧基，因此氨基酸是两性电解质，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称为该氨基酸的等电点（isoelectricpoint,pI）。

（２） 

一个氨基酸分子的α-羧基与另一个氨基酸分子的α-氨基脱水缩合形成的酰胺键称为肽键（peptidebond），是多肽及蛋白质的主要化学键。

（３）紫外吸收性质：

色氨酸，酪氨酸及苯丙氨酸的最大吸收峰在２８０ｎｍ波长附近，所以测定280nm的光吸收值是蛋白含量的快速测定方法。

（４）茚三酮反应（Ninbydrinreaction），氨基酸与茚三酮的水合物共热可缩合成蓝紫色的化合物，后者的最大吸收峰在５７０ｎｍ左右。

脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮反应生成黄色化合物，同时释放ＣＯ２。

（五）氨基酸的连接方式

（theconjunctionmethodof　Aminoacidsinprotein）

1.肽键与肽在蛋白质分子中，氨基酸通过肽键相互连接。

肽键是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合形成的酰胺键（-CO-NH-）。

氨基酸通过肽键连接而成的化合物称为肽。

由两个氨基酸形成的肽称为二肽，由三个氨基酸形成的肽称三肽。

通常将10个以内的氨基酸形成的肽称为寡肽（oligopeptide），十肽以上者称为多肽（polypeptide）。

多肽成链状，称为多肽链。

肽链中的氨基酸因脱水缩合已不是完整的氨基酸，故称为氨基酸残基（residue）。

蛋白质就是由许多氨基酸残基借肽键相互连接形成的多肽链。

多肽链有两端，有自由氨基的一端称氨基末端（aminoterminal）或N端，通常写在多肽链的左侧。

有自由羧基的一端称羧基末端（carboxylterminal）或C端，通常写在多肽链的右侧。

多肽链中氨基酸残基的顺序编号是从N端开始，因此肽的命名也从N端开始。

2.医学上重要的肽生物体内存在许多具有生物活性的低分子肽，称为生物活性肽。

它们具有重要的生理功能。

（1）谷胱甘肽（glutathione,GSH）：

是由谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸组的三肽，结构式如下：

GSH是体内重要的还原剂。

其分子中半胱氨酸巯基可保护细胞内含巯

基的蛋白质或酶免遭氧化，维持蛋白质或酶的活性。

此外GSH的巯基可与外源性的毒物、药物等结合，阻断这些物质与DNA、RNA以及蛋白质

结合，从而对机体起到保护作用。

（2）肽类激素和神经肽：

①肽类激素：

如神经垂体分泌的抗利尿激素是9肽，促肾上腺皮质激素是39肽等。

这些肽在调节物质代谢方面起重要作用。

②神经肽：

是一些在神经传导中发挥信号作用的肽，如脑啡肽（5肽）和强啡肽（17肽）等。

它们都是具有类吗啡作用的活性肽，有很强的镇痛作用。

第二节蛋白质的分子结构

（Numeratorconstructionof　protein）

蛋白质分子是由许多氨基酸通过肽键相连形成的生物大分子，每种蛋白质都有其特定的结构并执行独特的功能。

蛋白质的分子结构可分为一级、二级、三级和四级。

一级结构是蛋白质的基本结构，二级、三级、四级结构称为空间结构或构象。

蛋白质的各种生物学功能和性质是由其结构所决定的。

一、蛋白质的一级结构（primarystructure）

蛋白质分子中氨基酸的排列顺序称为蛋白质的一级结构。

这种排列顺序是遗传信息所决定的。

维持一级结构的主要化学键是肽键，有些蛋白质还含有二硫键，是由两个半胱氨酸残基的巯基脱氢氧化生成。

胰岛素是世界上第一个被确定一级结构的蛋白质。

它由A、B两条链组成，A链有21个氨基酸残基，B链有30个氨基酸残基，它们之间靠两个二硫键连接在一起，A链内部还有一个二硫键。

胰岛素的一级结构

的阐明，对揭示某些疾病的发病机制、指导疾病治疗有十分重要的意义。

各种蛋白质的基本结构都是多肽链，由于所含氨基酸总数、各种氨基酸所占比例、氨基酸在肽链中的排列顺序不同，就形成了结构多样、功能各异的蛋白质。

蛋白质一级结构的研究，是在分子水平上阐述蛋白质结构与其功能关系的基础。

蛋白质一级结构的阐明，对揭示某些疾病的发病机制、指导疾病治疗有十分重要的意义。

二、蛋白质的空间结构

蛋白质分子的多肽链并非呈线形伸展，而是折叠和盘曲构成特有的比较稳定的空间结构。

蛋白质的生物学活性和理化性质主要决定于空间结构的完整，因此仅仅测定蛋白质分子的氨基酸组成和它们的排列顺序并不能完全了解蛋白质分子的生物学活性和理化性质。

例如球状蛋白质（多见于血浆中的白蛋白、球蛋白、血红蛋白和酶等）和纤维状蛋白质（角蛋白、胶原蛋白、肌凝蛋白、纤维蛋白等），前者溶于水，后者不溶于水，显而易见，此种性质不能仅用蛋白质的一级结构的氨基酸排列顺序来解释。

主链构象：

多肽主链骨架上各原子（包括各氨基酸残基的α-碳原子及肽键有关原子）的排布及相互关系。

侧链构象：

各氨基酸残基侧链基团（Ｒ基）中原子的排布及彼此关系。

蛋白质的空间结构就是指蛋白质的二级、三级和四级结构。

（一）蛋白质的二级结构（secondarystructure）

蛋白质的二级结构是指多肽链主链原子的局部空间排布，不涉及氨基酸残基侧链的构象。

1.形成二级结构的基础肽链中肽键（C-N）的键长为0.132nm，介于C-N单键长（0.149nm）和C=N双键长（0.123nm）之间，有部分双键性能，不能自由旋转，可出现顺反异构现象。

在肽键中与C-N相连的O和H为反式结构，这样使肽键中的C、O、N、H四个原子和与它们相邻的Cα处在同一平面内，这个平面称为肽键平面，又称肽单元。

肽键两端的Cα-N和Cα-C单键可以自由旋转，旋转的角度决定了两个相邻肽键平面的相对空间位置。

肽链的卷曲、折叠是由于肽键平面随Cα两侧单键的旋转而形成的。

肽键平面示意图

2．二级结构的基本形式主要有α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲等，维系蛋白质二级结构稳定的化学键是氢键。

（1）α-螺旋：

多肽链中肽键平面通过α-碳原子的相对旋转，沿长轴方向按规律盘绕成螺旋状，螺旋走向为顺时针方向，称右手螺旋。

每3.6个氨基酸残基盘绕一圈，螺距为0.54nm。

氨基酸侧链伸向螺旋外侧，其基团大小、形状及电荷性质均影响α-螺旋的形成。

螺旋与螺旋之间通过肽键的N-H与第四个肽键的羰基氧形成氢键，氢键的方向与长轴基本平行，因此维系蛋白质二级结构的化学键是氢键。

α-螺旋是人们对蛋白质结构所提出的第一种折叠类型，是球状蛋白质构象中最常见的存在形式，空间结构第一个被阐明的蛋白质（肌红蛋白）正好几乎完全是α-螺旋。

蛋白质分子的α－螺旋

（2）β-折叠：

又称β-片层，如幻灯片所示,在β-折叠结构中，多肽链充分伸展，每个肽单元以Cα为旋转点，依次折叠成锯齿状结构，氨基酸残基侧链交替地位于锯齿状结构的上下方。

所形成的锯齿状结构一般比较短，只含5～8个氨基酸残基。

两条以上的多肽链或一条多肽链中的若干肽段可互相靠拢，平行排列通过氢键相连，以维持β-折叠结构的稳定。

若两条肽链走向相同，即为顺向平行，反之则为逆向平行。

蛋白质分子中的β－片层结构

（3）β-转角：

β-转角常发生在肽链进行180ｏ回折时的转角上。

通常由4个氨基酸残基构成，其第一个残基的羰基氧（O）和第四个残基的氨基氢（H）可形成氢键，以维持β-转角的稳定。

（4）无规卷曲：

是指多肽链中除了以上几种比较规则的构象外，其余没有确定规律性的那部分肽链构象。

模序（motif）：

在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间结构，被称为模序。

蛋白质空间构象的形成，除一级结构为决定因素外，还需要一类分子伴侣（chaperon）的蛋白质参与。

蛋白质在合成时，可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。

分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。

此外分子伴侣对蛋白质分子中二硫键的形成起到重要作用。

（二）蛋白质的三级结构（tertiarystructure）

蛋白质的三级结构是指每一条肽链所有原子的空间排布，它包括主链构象和侧链构象，是在二级结构的基础上，由于侧链R基团的相互作用，进一步盘曲折叠而形成的。

分子量大的蛋白质在形成三级结构时，多肽链上相互邻近的二级结构紧密联系形成1个或数个发挥生物学功能的特定区域称之为“结构域”。

这种“结构域”可以是酶的活性中心或是受体与配体结合的部位，大多呈裂缝、口袋、洞穴状等。

蛋白质三级结构的形成和稳定主要靠多肽链侧链基团间所形成的次级键如氢键、离子键、二硫键、疏水键、范德华力等。

其中以疏水键最为重要。

由一条多肽链构成的蛋白质，必须具有三级结构才有生物学活性。

（三）蛋白质的四级结构（quaternarystructur