蛋白质的结构与功能.ppt

蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 Structure and Function of ProteinStructure and Function of Protein 第第1 1章章 蛋白蛋白质的的结构与功能构与功能Chapter 1 Structure and Function of ProteinChapter 1 Structure and Function of ProteinChapter 1 Structure and Function of ProteinChapter 1 Structure and Function of Protein重点与难点重点与难点：氨基酸的分类氨基酸的分类肽键和肽肽键和肽蛋蛋白白质质一一、二二、三三、四四结结构构的的概概念念和和维维持持这这些些结结构构的的化学键化学键蛋白质两性解离、等电点及变性与沉淀蛋白质两性解离、等电点及变性与沉淀蛋白质一级结构与功能的关系蛋白质一级结构与功能的关系血红蛋白的变构现象血红蛋白的变构现象一、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)通通过肽键过肽键(peptidebond)相连形成的高分子含氮化合物。相连形成的高分子含氮化合物。Protein：Amacromoleculecomposedofoneormorepolypeptidechains.Eachpolypeptidechainshasacharacteristicsequenceofaminoacidslinkedbypeptidebonds.Themolarmassisusuallyabove100,000二、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高，例如脾、肺及横纹肌等高达例如脾、肺及横纹肌等高达80。作为生物催化剂（酶）作为生物催化剂（酶）代谢调节作用代谢调节作用免疫保护作用免疫保护作用物质的转运和存储物质的转运和存储运动与支持作用运动与支持作用参与细胞间信息传递参与细胞间信息传递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.氧化供能氧化供能内蒙古先后发现两块肉样的软物太岁太岁-是生物吗是生物吗？蛋白质分子中主要的元素组成是：蛋白质分子中主要的元素组成是：C、H、O、N、S等。等。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。由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以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%n蛋白质元素组成的特点第一第一节 蛋白蛋白质的分子的分子组成成一、组成人体蛋白质的20种氨基酸均属于L-氨基酸aminoacid：Anorganicacidwithan-carbonatomlinkedtoacarboxylicacid,anaminogroup,ahydrogenatom,andasidechain(theRgroup).Twentydifferentaminoacidsarethebuildingblocksofproteins.存在自然界中的氨基酸有存在自然界中的氨基酸有300余种，但余种，但组成人体组成人体蛋白质的氨基酸仅有蛋白质的氨基酸仅有20种，且均属于种，且均属于L-氨基酸氨基酸（除（除脯氨酸和甘氨酸外）。脯氨酸和甘氨酸外）。这这20种氨基酸都有各自的遗传密码。种氨基酸都有各自的遗传密码。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RC+NH3COO-HL型和D型的由来 甘油醛的旋光性左旋甘油左旋甘油左旋甘油左旋甘油醛醛的构型的构型的构型的构型右旋甘油右旋甘油右旋甘油右旋甘油醛醛的构型的构型的构型的构型按原子序数法确定了按原子序数法确定了按原子序数法确定了按原子序数法确定了L L型和型和型和型和D D型氨基酸，但型氨基酸，但型氨基酸，但型氨基酸，但现现在在在在L L和和和和D D已已已已经经不代表氨基不代表氨基不代表氨基不代表氨基酸的旋光性，只代表氨基酸的酸的旋光性，只代表氨基酸的酸的旋光性，只代表氨基酸的酸的旋光性，只代表氨基酸的绝对绝对构型。构型。构型。构型。非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸极性中性氨基酸极性中性氨基酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸酸性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸碱性氨基酸二、氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进行可根据侧链结构和理化性质进行分类分类(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸基酸(三三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸rpyr(四四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸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）在在体体内内，一一些些特特殊殊蛋蛋白白质质分分子子中中还还含含有有其其它它氨氨基基酸酸，如如胱胱氨氨酸酸、胶胶原原蛋蛋白白中中的的羟羟脯脯氨氨酸酸及及羟羟赖赖氨氨酸酸等等，它它们们都都是是在在蛋蛋白白质生物合成之后，相应的氨基酸残基被修饰形成的。质生物合成之后，相应的氨基酸残基被修饰形成的。甘氨酸甘氨酸无旋光性无旋光性 半胱氨酸半胱氨酸 +胱氨酸胱氨酸二硫键二硫键-HH-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-S+NH3S-CH2-CH-COO-+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3-OOC-CH-CH2-SH+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3HS-CH2-CH-COO-+NH3三、三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质种氨基酸具有共同或特异的理化性质n两性解离及等电点两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。的酸碱度。等电点等电点(isoelectricpoint,pI)在在某某一一pH的的溶溶液液中中，氨氨基基酸酸解解离离成成阳阳离离子子和和阴阴离离子子的的趋趋势势及及程程度度相相等等，成成为为兼兼性性离离子子，呈呈电电中中性性。此此时时溶液的溶液的pH值值称为该氨基酸的称为该氨基酸的等电点等电点。（一）氨基酸具有两性解离的性质（一）氨基酸具有两性解离的性质pH=pI+OH-pHpI+H+OH-+H+pHpI氨基酸的兼性离子氨基酸的兼性离子 阳离子阳离子阴离子阴离子（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质色氨酸、酪氨酸的最色氨酸、酪氨酸的最大吸收峰在大吸收峰在280nm附近附近。大大多多数数蛋蛋白白质质含含有有这这两两种种氨氨基基酸酸残残基基，所所以以测测定定蛋蛋白白质质溶溶液液280nm的的光光吸吸收收值值是是分分析析溶溶液液中中蛋蛋白白质含量的快速简便的方法。质含量的快速简便的方法。芳香族氨基酸的紫外吸收芳香族氨基酸的紫外吸收（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物氨氨基基酸酸与与茚茚三三酮酮水水合合物物共共热热，可可生生成成蓝蓝紫紫色色化化合物，其最大吸收峰在合物，其最大吸收峰在570nm处。处。由由于于此此吸吸收收峰峰值值与与氨氨基基酸酸的的含含量量存存在在正正比比关关系系，因此可作为氨基酸定量分析方法。因此可作为氨基酸定量分析方法。四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成的多肽链肽肽键键(peptidebond)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氨基酸的个氨基酸的-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。peptidebond：Acovalentlinkageformedbetweenthe-carboxylgroupofoneaminoacidandthe-aminogroupofanother.Alsoknownasanamidebond.（一）（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽氨基酸通过肽键连接而形成肽(peptide)+-HOH甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸肽键肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。肽是由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。peptide:Twoormoreaminoacidscovalentlyjoinedbypeptidebonds.两两分分子子氨氨基基酸酸缩缩合合形形成成二二肽肽，三三分分子子氨氨基基酸酸缩缩合则形成三肽合则形成三肽肽肽链链中中的的氨氨基基酸酸分分子子因因为为脱脱水水缩缩合合而而基基团团不不全全，被称为氨基酸残基被称为氨基酸残基(residue)。由由十十个个以以内内氨氨基基酸酸相相连连而而成成的的肽肽称称为为寡寡肽肽(oligopeptide)，由由更更多多的的氨氨基基酸酸相相连连形形成成的的肽肽称称多多肽肽(polypeptide)。N末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-氨基氨基的一端的一端C末端：多肽链中有末端：多肽链中有游离游离-羧基羧基的一端的一端carboxyl-terminalresidue：The amino acid residue in a polypeptide chain with a free-carboxyl group.n多肽链有两端：多肽链有两端：polypeptide:A long chain of amino acids linked by peptide bonds;the molecular weight is generally less than 10,000.多多肽肽链链(polypeptidechain)是是指指许许多多氨氨基基酸酸之之间间以以肽键连接而成的一种结构。肽键连接而成的一种结构。N末端末端C末端末端牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶表：多肽与蛋白质的比较表：多肽与蛋白质的比较多多肽肽蛋蛋白白质质共同点共同点都是氨基酸的多聚物都是氨基酸的多聚物分子大小分子大小氨基酸残基数氨基酸残基数举例举例较小较小30ACTH（39个氨基酸残基）较大较大50胰岛素（51个氨基酸残基）构构象象不不稳稳定定稳稳定定通常将通常将氨基酸残基数目在氨基酸残基数目在5050个以上，且具有特定空个以上，且具有特定空间结构的构的肽称蛋白称蛋白质；凡氨基酸残基数目在；凡氨基酸残基数目在5050个以个以下，且无特定空下，且无特定空间结构者称多构者称多肽。（二）体内存在多种重要的生物活性肽生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物体内具有一定生物学活性的肽类物质称生物活性肽生物活性肽。重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。重要的有谷胱甘肽、神经肽、肽类激素等。1.谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathione,GSH)GSH过氧过氧化物酶化物酶H2O22GSH2H2OGSSG GSH还原酶还原酶NADPH+H+NADP+nGSH与与GSSG间的转换间的转换 谷胱甘谷胱甘肽的生理功用：的生理功用：解毒作用解毒作用：与毒物或：与毒物或药物物结合，消除其毒性合，消除其毒性作用；作用；参与氧化参与氧化还原反原反应：作：作为体内重要的体内重要的还原原剂；保保护巯基基酶的活性的活性：使：使巯基基酶的活性基的活性基团-SH-SH维持持还原状原状态；维持持红细胞膜胞膜结构的构的稳定定：消除氧化：消除氧化剂对红细胞膜胞膜结构的破坏作用。构的破坏作用。蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein 第二节第二节n蛋白质的分子结构包括蛋白质的分子结构包括:高级高级结构结构一级结构一级结构(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)蛋白质的一、二、三、四级结构是人为划分的。蛋白质的一、二、三、四级结构是人为划分的。蛋白质的高级结构属于空间结构，即蛋白质的高级结构属于空间结构，即构象构象(conformation)构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。构象是由于有机分子中单键的旋转所形成的。蛋白质的构象通常由蛋白质的构象通常由非共价键（次级键）非共价键（次级键）来维系。来维系。Configuration.The spatial arrangement in which atoms are covalently linked in a molecule.Conformation.The spatial arrangement of atoms in a protein is called its conformation.The three-dimensional arrangement adopted by a molecule,usually a complex macromolecule.Molecules with the same configuration can have more than one conformation.n定义定义:蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从蛋白质的一级结构指在蛋白质分子从N-端至端至C-端端的的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序。lprimarystructure：Inapolymer,thesequenceofaminoacidsandanyinterchainandintrachaindisulfidebondsofaprotein.Thissequenceisspecifiedbygeneticinformation.一、一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构的一级结构维系蛋白质一级结构的主要化学键为维系蛋白质一级结构的主要化学键为肽键，肽键，有些蛋白质有些蛋白质还包含二硫键还包含二硫键。一级结构是蛋白质最基本的结构，它是由基因上遗传密一级结构是蛋白质最基本的结构，它是由基因上遗传密码的排列顺序所决定的。码的排列顺序所决定的。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，但不是决定蛋白质空间构象的但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素唯一因素。胰胰岛素素（InsulinInsulin）由由5151个个氨氨基基酸酸残残基基组成成，分分为A A、B B两两条条链。A A链2121个氨基酸残基，个氨基酸残基，B B链3030个氨基酸残基。个氨基酸残基。测定蛋白定蛋白质的一的一级结构的主要意构的主要意义：l 一一级结构是研究高构是研究高级结构的基构的基础。l 可以可以从分子水平从分子水平阐明蛋白明蛋白质的的结构与功能的构与功能的关系。关系。l 可以可以为生物生物进化理化理论提供依据提供依据 l 可以可以为人工合成蛋白人工合成蛋白质提供参考提供参考顺序。序。二、二、多肽链的局部主链构象为蛋白质多肽链的局部主链构象为蛋白质二级结构二级结构定义定义:蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象残基侧链的构象。secondarystructure：Thelocalizedconformationofaprotein.Asthepolypeptidechainfolds,itformscertainlocalizedarrangementsofadjacentaminoacids.n主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 （一）参与肽键形成的（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上个原子在同一平面上参参与与肽肽键键的的6个个原原子子C 1、C、O、N、H、C 2位位于于同同一一平平面面，C 1和和C 2在在平平面面上上所所处处的的位位置置为为反反式式(trans)构构型型，此此同同一一平平面面上上的的6个个原子构成了所谓的原子构成了所谓的肽单元肽单元(peptideunit)。peptideunit:Thesixatomsofthepeptidegroup(C 1、C、O、N、H、C 2)lieinasingleplane,withtheoxygenatomofthecarbonylgroupandthehydrogenatomoftheamidenitrogentranstoeachother.ThepeptideCONbondsareunabletorotatefreelybecauseoftheirpartialdouble-bondcharacter.RotationispermittedabouttheNOC-andtheC-OCbonds.由于由于C=OC=O双双键中的中的电子云与子云与N N原子上的未共用原子上的未共用电子子对发生生“电子共子共振振”，使，使肽键具有部分双具有部分双键的性的性质，不能自由旋，不能自由旋转。C1和和C2在平面上所处的位置为在平面上所处的位置为反式反式(trans)构型构型 l由由于于-碳碳原原子子与与其其他他原原子子之之间均均形形成成单键，因因此此两两相相邻的的肽键平平面面可以作相可以作相对旋旋转。多肽链可以看成由多肽链可以看成由C串联起来的无数个酰胺平面组成串联起来的无数个酰胺平面组成 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleatedsheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (randomcoil)（二）（二）-螺旋结构是常见的蛋白质二级结构螺旋结构是常见的蛋白质二级结构n蛋白质二级结构蛋白质二级结构-helix:Ahelicalconformationofapolypeptidechain,usuallyright-handed,withmaximalintrachainhydrogenbonding;oneofthemostcommonsecondarystructuresinproteins.Linus Carl Pauling （1901-1994）USA.The Nobel Prize in Chemistry 1954 1.1.-螺旋螺旋 (helix)是多个肽键平面通过是多个肽键平面通过碳原子旋转，相互之间碳原子旋转，相互之间紧密盘曲成稳固的右手螺旋的构象形式。紧密盘曲成稳固的右手螺旋的构象形式。Pauling和和Corey于于1965年提出。年提出。n-螺旋螺旋左手螺旋左手螺旋右手螺旋右手螺旋结构要点：结构要点：1）右手螺旋右手螺旋，螺旋的每圈有螺旋的每圈有3.6个氨基酸残基，螺旋个氨基酸残基，螺旋间距离为间距离为0.54nm，每个残基沿轴旋转每个残基沿轴旋转100。2）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上）每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢键（的氢形成氢键（hydrogenbond），），氢键的走向平氢键的走向平行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。行于螺旋轴，所有肽键都能参与链内氢键的形成。C (NHCCO)3 NOHHR3.613 (ns)3)R侧链基团伸向螺旋的外侧。侧链基团伸向螺旋的外侧。RRRRRRRRR螺旋的横截面螺旋的横截面4）Pro的的N上缺少上缺少H，不能形成氢键，经常出现在不能形成氢键，经常出现在-螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。螺旋的端头，它改变多肽链的方向并终止螺旋。l极大的极大的R R侧链基基团（存在空（存在空间位阻）位阻）l连续存在的存在的R R侧链带有相同有相同电荷荷的的R R侧链（同种（同种电荷的荷的互斥效互斥效应）纤维状蛋白质l-折迭折迭(-pleated sheet)-pleated sheet)-pleated sheet)-pleated sheet)是由若干是由若干肽段或段或肽链排列起排列起来所形成的来所形成的相当伸展的相当伸展的片片层构象构象。Beta-sheet:A Beta-sheet:A sheetlikesheetlike structure formed by the structure formed by the interaction between two or more extended interaction between two or more extended polypeptide chains.It is the extended polypeptide chains.It is the extended conformation.conformation.结构特征构特征为：由若干条由若干条肽段或段或肽链平行或反平行排列平行或反平行排列组成成片状片状结构构；主主链骨架伸展呈骨架伸展呈锯齿状状；氨基酸残基的氨基酸残基的R R侧链伸出在锯侧链伸出在锯齿的上方或下方。齿的上方或下方。借相借相邻主主链之之间的的氢键维系。系。（三）（三）-折叠使多肽链形成片层结构折叠使多肽链形成片层结构-折迭包括平行式和反平行式两种折迭包括平行式和反平行式两种类型型 蚕蚕丝的的丝心蛋白二心蛋白二级结构构-折叠。折叠。-螺旋与螺旋与-折迭的比较折迭的比较表：表：-螺旋与螺旋与-折迭的比较折迭的比较形状形状氢键氢键R基团基团延伸性延伸性-螺旋螺旋螺旋状螺旋状链内链内较大较大较大较大-折迭折迭锯齿状锯齿状链内或链间链内或链间较小较小较小较小无无规卷曲卷曲(random coil)(random coil)：l无无规规卷卷曲曲是是用用来来阐阐述述没没有有确确定定规规律律性性的的那那部部分分肽肽链结构链结构(构象构象)。-转角转角(-turn)是多肽链是多肽链180回折部分所形成的一种二级回折部分所形成的一种二级结构。结构。The -turn,which makes a tight 180-degree turn,involves four amino acids.The first amino acid is hydrogen-bonded to the fourth.-turnoccur primarily at protein surfaces and often contain proline or glycine.（四）（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在-转角的角的结构特征构特征：主链骨架本身以大约主链骨架本身以大约180180回折回折;回折部分通常由四个氨基酸残基构成回折部分通常由四个氨基酸残基构成;第二个残基常为脯氨酸。第二个残基常为脯氨酸。构象依靠第一残基的构象依靠第一残基的-CO-CO基与第四残基的基与第四残基的-NH-NH基形成氢键来维系。基形成氢键来维系。RNaseRNase的分子的分子结构构-螺旋螺旋-折迭折迭-转角转角无规卷曲无规卷曲（五）模体（五）模体是具有特殊功能的超二级结构是具有特殊功能的超二级结构在许多蛋白质分子中，可发现二个或三个具有二级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，形成一个结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二有规则的二级结构组合，被称为级结构组合，被称为超二级结构超二级结构。二级结构组合形式有二级结构组合形式有3 3种：种：，。二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，二个或三个具有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个特殊的空间构象，称为形成一个特殊的空间构象，称为模体模体(motif)。模体是具有特殊功能的超二级结构。模体是具有特殊功能的超二级结构。钙结合蛋白中结合钙钙结合蛋白中结合钙离子的模体离子的模体锌指结构锌指结构-螺旋螺旋-转角（或环）转角（或环）-螺旋模体螺旋模体链链-转角转角-链模体链模体链链-转角转角-螺旋螺旋-转转角角-链模体链模体n模体常见的形式模体常见的形式（六）氨基酸残基的（六）氨基酸残基的侧链对侧链对二二级结级结构形成的影响构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或螺旋或-折叠，它就会折叠，它就会出现相应的二级结构。出现相应的二级结构。如如谷氨酸、丙氨酸是最强的螺旋形成残基，而缬氨酸、异亮谷氨酸、丙氨酸是最强的螺旋形成残基，而缬氨酸、异亮氨酸则是最强的折叠形成残基氨酸则是最强的折叠形成残基,Pro和和Gly主要分布在转角中主要分布在转角中。因。因此，可以根据每种氨基酸残基形成二级结构的倾向性或者统计规此，可以根据每种氨基酸残基形成二级结构的倾向性或者统计规律进行二级结构预测。律进行二级结构预测。例如：肽链例如：肽链Ala(A)-Glu(E)-Leu(L)-Met(M)倾向于形成倾向于形成 螺旋，螺旋，而肽链而肽链Pro(P)-Gly(G)-Tyr(Y)-Ser(S)则不会形成则不会形成 螺旋。螺旋。三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成蛋白质三级结构疏水键、离子键、氢键和疏水键、离子键、氢键和VanderWaals力等。力等。n主要的化学键主要的化学键:整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:Tertiarystructure：Theoverallthree-dimensionalconformationofaproteininitsnativefoldedstate.（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位置的相对空间位置肌红蛋白（肌红蛋白（Mb）N 端端 C端端蛋白质三级结构的蛋白质三级结构的特点特点外形呈球状或纤维状外形呈球状或纤维状球状蛋白质形成疏水区（分子内部）和亲水区球状蛋白质形成疏水区（分子内部）和亲水区（分子表面（分子表面）维系三级结构的化学键主要是维系三级结构的化学键主要是R之间的次级键之间的次级键可表现生物学活性并形成结构域（可表现生物学活性并形成结构域（domain)是含单一肽链蛋白质的最高结构形式是含单一肽链蛋白质的最高结构形式所有蛋白质都具有所有蛋白质都具有三级三级结构结构纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域（二）结构域（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区是三级结构层次上的局部折叠区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧密的区域，并各行其功能，称为结构域域，并各行其功能，称为结构域 (domain)。（三）（三）分子伴侣分子伴侣参与蛋白质折叠参与蛋白质折叠分子伴侣分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而加速蛋通过提供一个保护环境从而加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。白质折叠成天然构象或形成四级结构。分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。如此重复进行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。诱导其正确折叠。分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。了重要的作用。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。亚基之间的结合主要是氢键和离子键。四、四、含有二条以上多肽链的蛋白质具有含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的布局和相互作用，称为位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级结构蛋白质的四级结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的亚基亚基 (subunit)。l维系系蛋蛋白白质四四级结构构的的是是氢键、盐键、范范氏氏引引力力、疏水疏水键等非共价等非共价键。l并非所有蛋白质分子均具有四级结构，含单一肽并非所有蛋白质分子均具有四级结构，含单一肽链的蛋白质最高结构形式是三级结构。链的蛋白质最高结构形式是三级结构。quaternarystructure：In proteins containing more than one polypeptide chain,the spatial arrangements of those chains(subunits)and the nature of contacts among them.subunit:subunit:The independently three-dimensional structure in a protein with quaternary structure.由由2个个亚亚基基组组成成的的蛋蛋白白质质四四级级结结构构中中，若若亚亚基基分分子子结结构构相相同同，称称之之为为同同二二聚聚体体(homodimer)，若若亚亚基基分分子子结结构构不不同同，则则称之为称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)。血红蛋白的四血红蛋白的四级结构级结构蛋白质四级结构特点：蛋白质四级结构特点：（3）亚基单独存在时无生物活性或活性很小，只有通过亚基相互聚合成四级结构时，蛋白质才具有完整的生物活性。（1）有多个亚基；（2）稳定性主要靠亚基间的疏水键相互作用维持，盐键、氢键、范德华力等次级键也有不同程度的作用。（4）构成更大分子的聚合体。蛋白质结构层次小结蛋白质结构层次小结一级结构（肽链结构，指多肽链中的氨基酸排列顺序）一级结构（肽链结构，指多肽链中的氨基酸排列顺序）二级结构（多肽链主链骨架盘绕折叠形成的有规律性的结构）二级结构（多肽链主链骨架盘绕折叠形成的有规律性的结构）超二级结构（超二级结构（模体，模体，相邻二级结构的聚集体）相邻二级结构的聚集体）结构域（在空间上可明显区分的相对独立的区域性结构）结构域（在空间上可明显区分的相对独立的区域性结构）三级结构（蛋白质中所有原子在空间的相对位置）三级结构（蛋白质中所有原子在空间的相对位置）四级结构（亚基聚合体）四级结构（亚基聚合体）五、蛋白质的分类n根据蛋白质组成成分根据蛋白质组成成分:单纯蛋白质单纯蛋白质结合蛋白质结合蛋白质 =蛋白质部分蛋白质部分 +非蛋白质部分非蛋白质部分n根据蛋白质形状根据蛋白质形状:纤维状蛋白质纤维状蛋白质球状蛋白质球状蛋白质六、蛋白质组学六、蛋白质组学（一）蛋白质组学基本概念（一）蛋白质组学基本概念蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表达的全部蛋白质，即部蛋白质，即“一种基因组所表达的全套蛋白质一种基因组所表达的全套蛋白质”。（二）蛋白质组学研究技术平台（二）蛋白质组学研究技术平台 蛋白质组学是高通量，高效率的研究蛋白质组学是高通量，高效率的研究:双向电泳分离样品蛋白质双向电泳分离样品蛋白质 蛋白质点的定位、切取蛋白质点的定位、切取 蛋白质点的质谱分析蛋白质点的质谱分析 （三）蛋白质组学研究的科学意义（三）蛋白质组学研究的科学意义蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系TheRelationofStructureandFunctionofProtein第三节第三节（一）一级结构是空间构象的基础（一）一级结构是空间构象的基础一、蛋白质一级结构一、蛋白质一级结构是高级结构与功是高级结构与功能的基础能的基础牛核糖核酸酶的一牛核糖核酸酶的一级结构级结构二二硫硫键键（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能功能胰岛素氨基酸残基序号A5A6A10B30人ThrSerIleThr猪ThrSerIleAla狗ThrSerIleAla兔ThrGlyIleSer牛AlaGlyValAla羊AlaSerValAla马ThrSerIleAla（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于生物一些广泛存在于生物界的蛋白质如细胞色素界的蛋白质如细胞色素(cytochromeC)，比较它们，比较它们的一级结构，可以帮助了的一级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。解物种进化间的关系。镰刀状红细胞贫血：镰刀状红细胞贫血：由于基因突变导致由于基因突变导致血红蛋白血红蛋白-链第六位氨基酸残链第六位氨基酸残基由谷氨酸改变为缬氨酸基由谷氨酸改变为缬氨酸，血红蛋白的亲水性明显下降，从而发生聚，血红蛋白的亲水性明显下降，从而发生聚集，使红细胞变为镰刀状。集，使红细胞变为镰刀状。这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为“分子病分子病”。（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病-链 1 2 3 4 5 6 7Hb-A Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-LysHb-S Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Lys Val 取代Glu含氧-HbAO2O2粘性疏水斑点含氧HbS脱氧HbS疏水位点血红蛋白分子凝集蛋白质一级结构与功能的关系小结：蛋白质一级结构与功能的关系小结：1 1、一级结构不同，空间结构各异，功能不同、一级结构不同，空间结构各异，功能不同2 2、一级结构相似，空间结构相近，功能相同、一级结构相似，空间结构相近，功能相同3 3、一级结构中非关键部位氨基酸残基发生变化，、一级结构中非关键部位氨基酸残基发生变化，不影响生物活性。不影响生物活性。4 4、一级结构中关键部位氨基酸残基发生变化，可一级结构中关键部位氨基酸残基发生变化，可导致功能变化。导致功能变化。天然状态，有天然状态，有催化活性催化活性 尿素、尿素、-巯基乙醇巯基乙醇 去除尿素、去除尿素、-巯基乙醇巯基乙醇非折叠状态，无活性非折叠状态，无活性二、二、蛋白质的功能依赖特定空间结构蛋白质的功能依赖特定空间结构n肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白含有血红素辅基血红蛋白含有血红素辅基肌红蛋白肌红蛋白(myoglubin，Mb)是一个只有三级结构的单链蛋白质血红蛋白血红蛋白(hemoglubin，Hb)是具有4个亚基组成的四级结构的球状蛋白。（一）（一）血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似血红蛋白亚基与肌红蛋白结构相似Hb与Mb一样能可逆地与O2结合，Hb与O2结合后称为氧合Hb。氧合Hb占总Hb的百分数（称百分饱和度）随O2浓度变化而改变。l当当血血红蛋蛋白白的的一一个个亚基基与与氧氧分分子子结合合以以后后，可可引引起起其其他他亚基基的的构构象象发生生改改变，对氧氧的的亲和和力力增增加加，从从而而导致致整整个个分分子子的的氧氧结合合力力迅迅速速增增高高，使血使血红蛋白的氧蛋白的氧饱和曲和曲线呈呈“S”S”形。形。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合Hb和Mb的氧解离曲线不同，前者为S状曲线状曲线，后者为直角双曲线直角双曲线。Hb与02结合存在变构效应变构效应。血血红蛋白的蛋白的变构构Bindingaligandtoaspecificsiteinaproteintriggersaconformationalchangethataltersitsaffinityforotherligands.Ligand-inducedconformationalchangesinsuchproteinsarecalledallostericeffect.变构效应变构效应(allostericallosteric effect)effect)：