浙大生物化学课件2：蛋白质2.pptx

1、生 物 化 学浙江大学浙江大学生命科学学院生命科学学院江江辉辉第二章 蛋白质化学第三节 蛋白质的结构蛋白质的结构蛋白质的结构n一级结构：一级结构：即初级结构，是指蛋白质多肽链的氨基酸顺序。即初级结构，是指蛋白质多肽链的氨基酸顺序。n二二级级结结构构：是是指指蛋蛋白白质质多多肽肽链链主主链链在在空空间间的的走走向向，一一般般为为有有规规律律的的空空间间排排列列，是是主主链链的的构构象象，而而不不涉涉及及侧侧链链基基团团的的空间上的关系。空间上的关系。n超二级结构超二级结构n结构域结构域n三级结构：三级结构：是指蛋白质分子中所有原子的三维空间排列。是指蛋白质分子中所有原子的三维空间排列。n四四级级

2、结结构构：是是研研究究多多亚亚基基蛋蛋白白质质分分子子内内各各亚亚基基间间的的相相互互关关系和空间位置。系和空间位置。一、蛋白质的一级结构一、蛋白质的一级结构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。n1954年年英英国国生生化化学学家家Sanger报报道道了了胰胰岛岛素素的的一一级级结结构构，是是世世界界上上第第一一例例确确定定一一级级结结构构的的蛋蛋白白质质。Sanger由由此此1958年获年获Nobel化学奖。化学奖。n1965年年我我国国科科学学家家完完成成了了结结晶晶牛牛胰胰岛岛素素的的合合成成，是是世世界上第一例人工合成蛋白质。界上第一

3、例人工合成蛋白质。n蛋蛋白白质质的的一一级级结结构构由由遗遗传传信信息息决决定定，其其一一级级结结构构决决定定高高级级结结构构，一一级级结结构构是是基基本本结结构构。但但一一级级结结构构并并不不是是决定蛋白质空间构象的唯一因素。决定蛋白质空间构象的唯一因素。蛋白质一级结构测定的意义蛋白质一级结构测定的意义n许许多多先先天天性性疾疾病病是是由由于于某某一一重重要要的的蛋蛋白白质质的的一一级级结结构构发发生生了了差差错错引引起起的的。如如血血红红蛋蛋白白亚亚基基6位位Glu被被Val代代替替（基基因因突突变变），即即表表现现为为镰镰刀刀状状贫贫血血，为为世世上上最最常常见见的的血血红红蛋蛋白白病病

4、。若若亚亚基基6位位Glu被被Lys取取代代引引起起另另一一类贫血：血红蛋白类贫血：血红蛋白C病。病。n比比较较不不同同生生物物细细胞胞色色素素C的的一一级级结结构构可可以以帮帮助助了了解解物物种种间间的的进进化化关关系系，物物种种间间越越接接近近，则则细细胞胞色色素素C的的一一级级结结构越相似。构越相似。n通通过过蛋蛋白白质质一一级级结结构构的的序序列列比比对对，预预测蛋白质的功能测蛋白质的功能（b）每每个个肽肽键键的的形形成成都都丢丢失失一一个个水水分分子子，故故肽肽键键中中的的氨氨基基酸称氨基酸残基。酸称氨基酸残基。（c）各各种种肽肽链链的的主主链链结结构构一一样样，但但侧侧链链R基基即

5、即氨氨基基酸酸残残基基的顺序不同。的顺序不同。（d）一一条条多多肽肽链链通通常常在在一一端端含含有有一一个个游游离离的的末末端端氨氨基基，称称N端；另一端含一个游离的末端羧基，称端；另一端含一个游离的末端羧基，称C端。端。1、肽和肽键结构、肽和肽键结构（a）肽链骨架）肽链骨架2、肽的命名、肽的命名n从从N端端氨氨基基酸酸开开始始，称称某某氨氨基基酰酰某某氨氨基基酰酰某某氨氨基基酸酸n氨氨基基酸酸的的顺顺序序是是从从N-端端的的氨氨基基酸酸残残基基开开始始，以以C-端端氨氨基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：基酸残基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为：Ser-Gly-Tyr-Ala-

6、Val或者或者SGYAV3、蛋白质一级结构的分析、蛋白质一级结构的分析总体思路：总体思路：1、将将蛋蛋白白质质水水解解成成肽肽段段测测定定各各个个肽肽段段中中氨氨基酸序列：基酸序列：2、用用两两种种或或两两种种以以上上的的专专一一性性的的水水解解方方法法，各各自得到一套肽段文库自得到一套肽段文库用片断重叠法拼凑；用片断重叠法拼凑；3、如如有有两两个个以以上上亚亚基基，先先分分离离：如如有有二二硫硫键键，先打断。先打断。具体步骤具体步骤1.分离纯化分离纯化2.氨基酸组成（酸水解、碱水解）氨基酸组成（酸水解、碱水解）3.末端分析末端分析亚基数量亚基数量4.亚基的拆分（二硫键的打断）亚基的拆分（二硫

7、键的打断）5.各个亚基氨基酸组成、末端分析各个亚基氨基酸组成、末端分析6.亚基用两种或两种以上的亚基用两种或两种以上的专一性水解方法专一性水解方法肽段文库肽段文库7.肽段测序肽段测序8.肽段序列拼凑成亚基序列肽段序列拼凑成亚基序列蛋白质专一性水解方法蛋白质专一性水解方法n酶解法：酶解法：n胰蛋白酶（碱性氨基酸胰蛋白酶（碱性氨基酸Lys和和Arg的羧基形成的肽键）的羧基形成的肽键）n胰胰凝凝乳乳蛋蛋白白酶酶（侧侧链链含含芳芳香香环环的的氨氨基基酸酸的的羧羧基基形形成成的肽键）的肽键）n胃胃蛋蛋白白酶酶（疏疏水水性性氨氨基基酸酸的的羧羧基基和和疏疏水水性性氨氨基基酸酸的的氨基形成的肽键）氨基形成的

8、肽键）n化化学学裂裂解解法法：溴溴化化氰氰（高高度度专专一一地地在在甲甲硫硫氨氨酸酸羧基形成地肽键处断裂肽链）羧基形成地肽键处断裂肽链）4、肽段测序、肽段测序nN-末端分析之一：末端分析之一：Sanger法（二硝基氟苯反应）法（二硝基氟苯反应）nN-末端分析之二：末端分析之二：Edman降解（降解（N-段测序）段测序）nEdman降降解解的的优优点点：除除了了N-段段氨氨基基酸酸，其其它它肽肽段段不不被被水水解解，可以继续被测定可以继续被测定无水其它其它N-末端分析方法末端分析方法n丹磺酰氯法（丹磺酰氯法（DNS法）法）n氨肽酶法氨肽酶法C-末端分析末端分析n肼解法肼解法n还原法还原法n羧肽酶

9、法羧肽酶法二硫键的拆分二硫键的拆分二、蛋白质的二级结构二、蛋白质的二级结构二二级级结结构构：多多肽肽链链中中各各原原子子在在局局部部空空间间或或一一段段肽肽链链的的氨氨基基酸酸残残基基的的空空间间排排布布方方式式。为为主主链链构构象象，不不涉涉及侧链构象。及侧链构象。n构型与构象构型与构象n构型：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向构型：立体异构体中取代原子或基团在空间的取向构型的改变涉及到共价键的破坏或形成构型的改变涉及到共价键的破坏或形成n构象：取代基团在单键旋转时可能形成的不同的立体构象：取代基团在单键旋转时可能形成的不同的立体结构结构构构象象的的改改变变不不涉涉及及共共价价键键的的断

10、断裂裂，构构象象可可以以是是无无数数种，其中交叉型的构象最稳定，重叠型的最不稳定。种，其中交叉型的构象最稳定，重叠型的最不稳定。肽单元（肽单元（peptideunit），肽键平面），肽键平面n肽肽键键的的CN键键长长为为0.132nm，不不同同于于CN单单键键键键长长0.149nm，也也不不同同于于C=N双双键键键键长长0.127nm，其其有有一一定定程程度的双键性能，度的双键性能，C与与N不能以不能以CN为轴心自由旋转。为轴心自由旋转。n参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C1、C、O、N、H、C2被被约约束束于于一个平面上，称为肽键平面，为形成二级结构的基础。一个平面上，称为肽键平面，为形成

11、二级结构的基础。n两个肽平面以一个两个肽平面以一个C为中心发生旋转为中心发生旋转。二级结构类型二级结构类型1、-螺旋（螺旋（-helix）是蛋白质中最常见，是蛋白质中最常见，含量最丰富的二级结含量最丰富的二级结构。构。-螺旋的基本结构特征螺旋的基本结构特征1.每每圈圈螺螺旋旋含含有有3.6个个氨氨基酸残基。基酸残基。2.每每圈圈螺螺旋旋沿沿螺螺旋旋轴轴方方向向上升上升0.54nm。3.每每个个氨氨基基酸酸残残基基绕绕轴轴旋旋转转 100度度，沿沿 轴轴 上上 升升0.15nm。4.多多肽肽链链主主链链上上的的每每个个肽肽键键（N）中中的的羰羰基基氧氧原原子子都都与与其其后后的的第第四四个个氨氨

12、基基酸酸残残基基（N+4）上上的的酰酰胺胺基基形形成成氢氢键键，氢氢键键的方向与螺旋轴平行。的方向与螺旋轴平行。-螺旋结构形成的限制因素螺旋结构形成的限制因素:n凡凡是是有有Pro存存在在的的地地方方，不不能能形形成成因因Pro形形成的肽键成的肽键N原子上没有原子上没有H，不可能形成氢键。，不可能形成氢键。n静静电电斥斥力力若若一一段段肽肽链链有有多多个个Glu或或Asp相相邻邻，则则因因pH=7.0时时都都带带负负电电荷荷，防防碍碍螺螺旋旋的的形形成成；同同样样多多个个碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基在在一一段段肽肽段段内内，正正电电荷相斥，也防碍荷相斥，也防碍螺旋的形成。螺旋的形成。n位位阻阻

13、如如Asn、Leu侧侧链链很很大大，防防碍碍螺螺旋旋的的形成。形成。2、-折叠（折叠（-sheet）n是是蛋蛋白白质质中中另另一一种种常常见的二级结构。见的二级结构。n两两条条或或多多条条伸伸展展的的多多肽肽链链侧侧向向聚聚集集在在一一起起，相相邻邻肽肽链链主主链链上上的的NH和和C=O之之间间形形成成有规则的氢键。有规则的氢键。3、转角转角（turns）n球状蛋白中的一种二级结构，常出现在蛋白质的表面。球状蛋白中的一种二级结构，常出现在蛋白质的表面。n折折叠叠反反平平行行式式的的转转折折处处。第第一一个个残残基基的的C=O与与第第四四个残基的个残基的NH形成氢键。形成氢键。n脯脯氨氨酸酸和和

14、甘甘氨氨酸酸常常在在这这种种结结构构中中存存在在。脯脯氨氨酸酸具具有有环环状状结结构构和和固固定定的的角角，能能迫迫使使转转角角的的形形成成；甘甘氨氨酸酸缺缺少侧链，在少侧链，在转角中能很好地调整其他残基的空间阻碍。转角中能很好地调整其他残基的空间阻碍。4、无规卷曲、无规卷曲n泛泛指指那那些些不不能能被被列列入入明明确确的的二二级级结结构构，如如螺螺旋旋或折叠的多肽区段。或折叠的多肽区段。5、超二级结构、超二级结构n指指由由若若干干相相邻邻的的二二级级结结构构单单元元组组合合在在一一起起，彼彼此此相相互互作作用用，形形成成的的有有规规则则的的、在在空空间间结结构构上上能能够够辨辨认认的的二二级

15、结构组合体，又可称为级结构组合体，又可称为模体（模体（motif）。n蛋蛋白白质质空空间间构构象象的的正正确确形形成成除除一一级级结结构构为为决决定定因因 素素 外外，还还 需需 要要 一一 类类 称称 为为 分分 子子 伴伴 侣侣（chaperon）的蛋白质参加。的蛋白质参加。n分分子子伴伴侣侣可可防防止止错错误误的的聚聚集集发发生生，使使肽肽链链正正确确的的折折叠叠；也也可可与与错错误误聚聚集集的的肽肽段段结结合合，使使之之解解聚后，再诱导其正确折叠。聚后，再诱导其正确折叠。n分子伴侣对二硫键的形成起重要作用。分子伴侣对二硫键的形成起重要作用。6、结构域（、结构域（domain）n结结构构

16、生生物物学学定定义义：较较大大的的蛋蛋白白质质分分子子或或亚亚基基在在三三维维折折叠叠的的过过程程中中，多多肽肽链链往往往往先先形形成成两两个个或或两两个个以以上上的的相相对对独独立立的的三三维维实实体体，然然后后这这些些三三维维实实体体再再通通过过缔缔合合形形成成蛋蛋白白质质的的三三级级结结构构。一一般般将将这这种种相相对对独独立立的的三三维维实实体体称称为为结结构构域域或或域域结构。结构。n功功能能生生物物学学定定义义：蛋蛋白白质质分分子子中中能能独独立立执执行行某某项功能的单位。项功能的单位。肌钙蛋白的两个不同的钙结合域肌钙蛋白的两个不同的钙结合域聚酮合酶（聚酮合酶（PKS）结构域）结构域4、纤维状蛋白、纤维状蛋白-螺旋是螺旋是-角蛋白的角蛋白的基本结构单位基本结构单位A）-角蛋白：角蛋白：n属属于于不不溶溶性性的的纤纤维维蛋蛋白白。主主要要存存在在于于动动物物的的毛毛发发、皮皮肤肤、蹄蹄、角角、指指甲甲等等组织中。组织中。烫发的原理烫发的原理B）丝心蛋白）丝心蛋白n蚕丝、蜘蛛丝蚕丝、蜘蛛丝n以以反反平平行行-折折叠叠片片以以平平行行的的方方式式堆堆积成多层结构积成多层结构nGl