第二章蛋白质结构与功能-沈-06.ppt

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沈沈勤勤南通大学基础医学院南通大学基础医学院生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学BiochemistryandMolecularBiologyBiochemistryandMolecularBiology第一章第一章绪绪论论v发展史发展史1.蛋白质是生命的主要基础物质蛋白质是生命的主要基础物质（20世纪初）世纪初）2.物质代谢通路的描绘物质代谢通路的描绘（20世纪世纪30年代，用同位素示踪技术）年代，用同位素示踪技术）3.生物遗传的遗传物质基础是核酸生物遗传的遗传物质基础是核酸（19世纪世纪70年代发现核酸年代发现核酸）4.遗传信息传递中心法则的建立遗传信息传递中心法则的建立（20世纪中期世纪中期）5.基因工程技术的发展基因工程技术的发展（1970年发现了限制性内切酶年发现了限制性内切酶.）6.基因组研究的发展基因组研究的发展（1986年提出人类基因组计划年提出人类基因组计划,2003完成完成）7.细胞信号转导机理的研究细胞信号转导机理的研究（1965年提出第二信使学说年提出第二信使学说.）8.我国科学工作者的贡献我国科学工作者的贡献（1965年人工合成胰岛素年人工合成胰岛素.）9.与生物化学有关的诺贝尔奖与生物化学有关的诺贝尔奖-v与其他科学的关系与其他科学的关系v本书的内容本书的内容第二章第二章蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能v蛋白质的的分子组成蛋白质的的分子组成v蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构v蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系v蛋白质理化性质及其应用蛋白质理化性质及其应用一、什么是蛋白质一、什么是蛋白质?

蛋蛋白白质质（protein）是是由由许许多多氨氨基基酸酸（aminoacids）通通过过肽肽键键（peptidebond）相相连连形形成成的的高分子高分子含氮化合物含氮化合物。

二、蛋白质的生物学重要性二、蛋白质的生物学重要性1.蛋白质是生物蛋白质是生物体重要组成成分体重要组成成分分分布布广广：

所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细胞的各个部分都含有蛋白质。

细胞的各个部分都含有蛋白质。

含含量量高高：

蛋蛋白白质质是是细细胞胞内内最最丰丰富富的的有有机机分分子子，占占人人体体干干重重的的45，某某些些组组织织含含量量更更高，例如脾、肺及横纹肌等高达高，例如脾、肺及横纹肌等高达80。

11）作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）22）代谢调节作用）代谢调节作用（激素激素）33）免疫保护作用）免疫保护作用（抗原抗原,抗体抗体）44）物质的转运和存储）物质的转运和存储（血红蛋白血红蛋白,载脂蛋白载脂蛋白）55）运动与支持作用）运动与支持作用（肌动和肌球蛋白肌动和肌球蛋白）66）参与细胞间信息传递）参与细胞间信息传递（膜蛋白等膜蛋白等）2.蛋白质具有重要的蛋白质具有重要的生物学功能生物学功能3.氧化供能氧化供能蛋蛋白白质质的的分分子子组组成成TheMolecularComponentofProtein第第一一节节CHONPS氨氨基基酸酸蛋白质蛋白质元素元素生生命命蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成组成蛋白质的元素组成蛋白质的元素主要有主要有C（50-55%）、H（6-8%）、O（19-24%）、N（13-19%）和和S（0-4%）。

有些蛋白质含有少量有些蛋白质含有少量磷磷或金属元素或金属元素铁、铁、铜、锌、锰、钴铜、锌、锰、钴、钼钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘。

各种蛋白质的含氮量很接近，平均为各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16。

由由于于体体内内的的含含氮氮物物质质以以蛋蛋白白质质为为主主，因因此此，只只要要测测定定生生物物样样品品中中的的含含氮氮量量，就就可可以以根根据据以以下公式推算出蛋白质的大致含量：

下公式推算出蛋白质的大致含量：

100克样品中蛋白质的含量克样品中蛋白质的含量（g%）=每克样品含氮克数每克样品含氮克数6.251001/16%蛋白质元素组成的特点蛋白质元素组成的特点一、蛋白质中的氨基酸一、蛋白质中的氨基酸v存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300余余种种，但但组组成成人人体体蛋蛋白白质质的的氨氨基基酸酸仅仅有有20种种，且且均均属属L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。

（甘氨酸除外）。

v氨氨基基均均连连接接在在紧紧靠靠羧羧基基的的-碳原子上故称-氨基酸。

氨基酸氨基酸-组成蛋白质的基本单位组成蛋白质的基本单位H甘氨酸甘氨酸CH3丙氨酸丙氨酸L-L-氨基酸的通式氨基酸的通式R侧链侧链-CH3,-SH-H-COOH,-CH2OH-NH2,-CONH2氨基酸结构通式氨基酸结构通式COOHCNH2HRNHN1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸2.极性中性氨基酸极性中性氨基酸3.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸氨基酸的分类氨基酸的分类:

（一一）非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸这类氨基酸的特征是在水中的溶解度较小这类氨基酸的特征是在水中的溶解度较小,当当R基团趋于增大时基团趋于增大时,其疏水作用增强。

其疏水作用增强。

疏水作用强的氨基酸常处于蛋白质分子疏水作用强的氨基酸常处于蛋白质分子的内部的内部,或在生物膜的疏水环境。

或在生物膜的疏水环境。

*2020种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下:

1.非极性疏水性氨基酸非极性疏水性氨基酸结构式结构式中文名中文名英文名英文名三字符三字符一字符一字符PI

（二）

（二）极性中性氨基酸极性中性氨基酸这类氨基酸的这类氨基酸的R基团基团有极性但不能解离有极性但不能解离，易溶，易溶于水于水（三）（三）酸性氨基酸酸性氨基酸（四）（四）碱性氨基酸碱性氨基酸天冬氨酸和谷氨酸天冬氨酸和谷氨酸,R基团含羧基基团含羧基,解离使分子解离使分子带负电带负电.赖氨酸赖氨酸,精氨酸和组氨酸精氨酸和组氨酸.R基团含氨基基团含氨基,解离分解离分子带正电子带正电.结构式结构式中文名中文名英文名英文名三字符三字符一字符一字符PI天冬氨酸天冬氨酸asparticacidAspD2.97谷氨酸谷氨酸glutamicacidGluE3.22赖氨酸赖氨酸lysineLysK9.74精氨酸精氨酸arginineArgR10.76组氨酸组氨酸histidineHisH7.593.酸性氨基酸酸性氨基酸4.碱性氨基酸碱性氨基酸结构式结构式中文名中文名英文名英文名三字符三字符一字符一字符PI半胱氨酸半胱氨酸（CysCys）+胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH22-NH+22CHCHCOO2CHCH羟脯氨酸羟脯氨酸;羟赖氨酸羟赖氨酸;羟基谷氨酸羟基谷氨酸;这些氨基酸是翻译后修饰而来这些氨基酸是翻译后修饰而来,体内没有相体内没有相应的遗传密码应的遗传密码二、肽键与肽二、肽键与肽*肽肽键键是是由由一一个个氨氨基基酸酸的的-羧羧基基与与另另一一个个氨氨基酸的基酸的-氨基脱水缩合而形成的化学键。

氨基脱水缩合而形成的化学键。

（一）肽键

（一）肽键（peptidebond）+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键*肽肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。

合物。

*两分子氨基酸缩合形成两分子氨基酸缩合形成二肽二肽，三分子氨，三分子氨基酸缩合则形成基酸缩合则形成三肽三肽*肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全，被称为不全，被称为氨基酸残基氨基酸残基（residue）。

*由十个以内由十个以内氨基酸氨基酸相连而相连而成成的的肽肽称为称为寡寡肽肽（oligopeptide），由更多的氨基酸相连形由更多的氨基酸相连形成的肽称成的肽称多肽多肽（polypeptide）。

N末端：

多肽链中有末端：

多肽链中有自由氨基自由氨基的一端的一端C末端：

多肽链中有末端：

多肽链中有自由羧基自由羧基的一端的一端多肽链有两端多肽链有两端*多多肽肽链链（polypeptidechain）是是指指许许多多氨氨基酸之间以肽键连接而成的一种结构。

基酸之间以肽键连接而成的一种结构。

*主主链链和和侧侧链链：

肽肽链链中中肽肽单单元元是是多多肽肽链链的的骨骨架架或或主主链链基基团团构构成成侧侧链链，在在骨骨架架上上向外伸出向外伸出多肽链方向是从端多肽链方向是从端端端肽，肽键肽，肽键N-N-端端C-C-端端氨基酸残基氨基酸残基OHCN肽键肽键蛋白质的分类蛋白质的分类蛋白质的形状蛋白质的形状球状蛋白质球状蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质蛋白质组成成分蛋白质组成成分结合蛋白质结合蛋白质单纯蛋白质单纯蛋白质只含有氨基酸只含有氨基酸,其水解产物只有氨基酸其水解产物只有氨基酸含有非蛋白部分含有非蛋白部分-辅酶辅酶蛋白质的功能蛋白质的功能酶酶,转运蛋白转运蛋白,结构蛋白结构蛋白蛋蛋白白质质的的分分子子结结构构TheMolecularStructureofProtein第第二二节节一级结构一级结构（primarystructure）二级结构二级结构（secondarystructure）三级结构三级结构（tertiarystructure）四级结构四级结构（quaternarystructure）蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括:

高级结构高级结构定义定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。

蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。

一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构主要的化学键主要的化学键肽键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。

，有些蛋白质还包括二硫键。

123n一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。

功能的基础。

（一一）、蛋白质的一级结构测定原则蛋白质的一级结构测定原则分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成分析已纯化蛋白质的氨基酸残基组成测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基测定多肽链的氨基末端与羧基末端为何种氨基酸残基把肽链水解成片段，分别进行分析把肽链水解成片段，分别进行分析测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用测定各肽段的氨基酸排列顺序，一般采用Edman降解法降解法一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸一般需用数种水解法，并分析出各肽段中的氨基酸顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨顺序，然后经过组合排列对比，最终得出完整肽链中氨基酸顺序的结果。

基酸顺序的结果。

通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列通过核酸来推演蛋白质中的氨基酸序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列按照三联密码的原则推演出氨基酸的序列分离编码蛋白质的基因分离编码蛋白质的基因测定测定DNA序列序列排列出排列出mRNA序列序列已知一级结构的蛋白质的数量已相当可观已知一级结构的蛋白质的数量已相当可观,并以并以更快的速度增长更快的速度增长.InternetInternet上有若干重要的蛋白质数据库上有若干重要的蛋白质数据库:

（Updated:

（Updatedproteindatabases）;proteindatabases）;例如例如:

EMBL（EMBL（europeaneuropeanmolecularbiologylaboratorymolecularbiologylaboratorydatalibrary）datalibrary）GenbankGenbank（geneticsequencedatabank）（geneticsequencedatabank）PIR（proteinIdentificationResourceSequencePIR（proteinIdentificationResourceSequenceDatabase）Database）二、蛋白质的空间结构二、蛋白质的空间结构蛋