五蛋白质化学及氨基酸代谢.pptx

二、蛋白质的氨基酸组成二、蛋白质的氨基酸组成 蛋白质的种类很多，功能各异，但各种天然蛋白质在蛋白质的种类很多，功能各异，但各种天然蛋白质在酸、碱或酶的作用下水解，最终都生成各种酸、碱或酶的作用下水解，最终都生成各种-氨基酸，氨基酸，实验证明，氨基酸是蛋白质的基本组成单位。参与蛋白实验证明，氨基酸是蛋白质的基本组成单位。参与蛋白质组成的常见氨基酸由质组成的常见氨基酸由2020种，除脯氨酸为亚氨基酸外，种，除脯氨酸为亚氨基酸外，其余的均为其余的均为-氨基酸。其结构通式如下：氨基酸。其结构通式如下：CCOOHHH2NRL-氨基酸CCOOHHRNH2D-氨基酸 式中式中R为为-氨基酸的侧链基团，除甘氨酸外，其余氨基酸的侧链基团，除甘氨酸外，其余19种种-氨基酸分子中的氨基酸分子中的碳原子均为不对称碳原子，因此，每碳原子均为不对称碳原子，因此，每种氨基酸都有种氨基酸都有D D型和型和L L型两种立体异构体，组成天然蛋白型两种立体异构体，组成天然蛋白质的质的-氨基酸都为氨基酸都为L L型。型。第1页/共71页（一）氨基酸的分类（一）氨基酸的分类 根据氨基酸侧链根据氨基酸侧链R基团的结构不同，可将它们分为脂基团的结构不同，可将它们分为脂肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。（见肪族氨基酸、芳香族氨基酸和杂环族氨基酸。（见P100）（二）氨基酸的性质（二）氨基酸的性质 1 1、物理性质、物理性质 氨基酸都是无色晶体，熔点较高，一般在氨基酸都是无色晶体，熔点较高，一般在200以上。以上。氨基酸有的无味、有的甜味、有的苦味，谷氨酸的单氨基酸有的无味、有的甜味、有的苦味，谷氨酸的单钠盐有鲜味，是味精的主要成分。氨基酸能溶于水，钠盐有鲜味，是味精的主要成分。氨基酸能溶于水，各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，但难溶于有机各种氨基酸在水中的溶解度差别很大，但难溶于有机溶剂。溶剂。2 2、化学性质、化学性质 （1 1）两性性质）两性性质 第2页/共71页 氨基酸分子中既有碱性的氨基（氨基酸分子中既有碱性的氨基（-NH-NH2 2),),又有酸性的羧又有酸性的羧基（基（-COOH-COOH），因此，氨基酸是两性化合物。实验证明，），因此，氨基酸是两性化合物。实验证明，氨基酸在水溶液或结晶状态都以两性离子形式存在，氨基酸在水溶液或结晶状态都以两性离子形式存在，在反应既可作为质子供体，又可作为质子受体，故氨在反应既可作为质子供体，又可作为质子受体，故氨基酸是两性电解质。基酸是两性电解质。CHCOO-RNH2阴离子pHpICHCOO-RNH3+两性离子pH=pICHCOOHRNH3+阳离子pHpIH+HO-H+HO-调节溶液调节溶液pH，使氨基酸羧基的负电荷和氨基的正电荷，使氨基酸羧基的负电荷和氨基的正电荷相等，即氨基酸所带的净电荷为零，在电场中不发生移相等，即氨基酸所带的净电荷为零，在电场中不发生移动，此时溶液的动，此时溶液的pH称为氨基酸的称为氨基酸的等电点等电点，用，用pI表示。表示。等电点时，氨基酸的溶解度最小，易沉淀，利用此性等电点时，氨基酸的溶解度最小，易沉淀，利用此性质可分离制备氨基酸。质可分离制备氨基酸。第3页/共71页 （2 2）与茚三酮反应）与茚三酮反应-氨基酸与茚三酮水溶液共热，生氨基酸与茚三酮水溶液共热，生成蓝紫色化合物（脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮溶液共热呈成蓝紫色化合物（脯氨酸、羟脯氨酸与茚三酮溶液共热呈黄色），此颜色反应可用于氨基酸的定性和定量测定。黄色），此颜色反应可用于氨基酸的定性和定量测定。（3 3）与亚硝酸反应）与亚硝酸反应 氨基酸能与亚硝酸反应，生成羟基氨基酸能与亚硝酸反应，生成羟基酸和水，并放出氮气。酸和水，并放出氮气。第4页/共71页R CH COOHNH2+HNO2R CH COOHOH+N2+H2O 反应定量完成，通过测定所产生氮气的量，可计算氨反应定量完成，通过测定所产生氮气的量，可计算氨基酸的含量，此方法叫做范斯莱克氨基氮测定法。基酸的含量，此方法叫做范斯莱克氨基氮测定法。三、蛋白质的结构三、蛋白质的结构 蛋白质按化学组成可分为蛋白质按化学组成可分为单纯蛋白质单纯蛋白质和和结合蛋白质结合蛋白质。单纯蛋白质：仅有氨基酸组成的蛋白质称为单纯蛋白单纯蛋白质：仅有氨基酸组成的蛋白质称为单纯蛋白质。质。结合蛋白质：由蛋白质组分与非蛋白质（糖、脂、核结合蛋白质：由蛋白质组分与非蛋白质（糖、脂、核酸维生素衍生物及金属离子等）共同组成的蛋白质称为酸维生素衍生物及金属离子等）共同组成的蛋白质称为结合蛋白质。结合蛋白质。第5页/共71页 蛋白质的结构有不同的层次，为了便于研究和认识，蛋白质的结构有不同的层次，为了便于研究和认识，可分为可分为一级结构、二级结构、三级结构和四级结构一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。不。不同的蛋白质其结构层次不同，有些只有一、二、三级结同的蛋白质其结构层次不同，有些只有一、二、三级结构，有些还有四级结构。构，有些还有四级结构。（一）蛋白质的一级结构（一）蛋白质的一级结构 一个氨基酸的一个氨基酸的-羧基和另一个氨基羧基和另一个氨基酸的酸的-氨基脱水缩合而成的化合物称氨基脱水缩合而成的化合物称为为肽肽。氨基酸之间脱水形成的共价键。氨基酸之间脱水形成的共价键称为称为肽键（酰胺键）肽键（酰胺键）。由两个氨基酸。由两个氨基酸缩合而成的肽称为缩合而成的肽称为二肽二肽，由三个氨基，由三个氨基酸缩合而成的肽称为酸缩合而成的肽称为三肽三肽，依次类推，依次类推，由多个氨基酸缩合而成的肽称为由多个氨基酸缩合而成的肽称为多肽多肽（多肽链（多肽链）。第6页/共71页H2N CH2C NO HR1CH2C NO HR2CH2C NO HR3CH2COR4NHCHRnCOOH肽键 多肽链含有多肽链含有-氨基的一端，称氨基的一端，称N端或氨基末端；含有端或氨基末端；含有-羧基的一端，称为羧基的一端，称为C端或羧基末端。书写时，通常将端或羧基末端。书写时，通常将N端写在左边，端写在左边，C端写在右边。端写在右边。蛋白质的一级结构蛋白质的一级结构是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺是指蛋白质肽链中氨基酸的排列顺序以及二硫键的位置。序以及二硫键的位置。牛胰岛素的一级结构1953年，森格尔（Sanger)等人首次测定了牛胰岛素的一级结构，1965年我国成功地合成了晶体的、比活力与天然胰岛素相等的胰岛素。第7页/共71页蛋白质的一级结构是最基本的结构，不仅决定其高蛋白质的一级结构是最基本的结构，不仅决定其高级结构，而且对它的生理功能也起着决定性作用。级结构，而且对它的生理功能也起着决定性作用。蛋白质一级结构研究的内容包括蛋白质的氨基酸组蛋白质一级结构研究的内容包括蛋白质的氨基酸组成、氨基酸排列顺序和二硫键的位置，肽链数目，末成、氨基酸排列顺序和二硫键的位置，肽链数目，末端氨基酸的种类等。端氨基酸的种类等。有些蛋白质不是简单的一条肽链，而是由有些蛋白质不是简单的一条肽链，而是由2 2条以上肽条以上肽链组成的，肽链之间通过二硫键连接起来；还有的在链组成的，肽链之间通过二硫键连接起来；还有的在一条肽链内部形成二硫键。二硫键在蛋白质分子中起一条肽链内部形成二硫键。二硫键在蛋白质分子中起着稳定空间结构的作用。着稳定空间结构的作用。一级结构是蛋白质的共价键结合的全部情况。一级结构是蛋白质的共价键结合的全部情况。第8页/共71页20 世纪50 年代末，美国学者Moore 等人完成牛胰核糖核酸酶全序分析。该酶由一条含124 个氨基酸残基的多肽链组成，分子内含有4 个链内二硫键，分子量为12600，是水解核糖核酸分子中磷酸二酯键的一种酶第9页/共71页（二）蛋白质的高级结构（二）蛋白质的高级结构 蛋白质分子的多肽链并不是线性伸展，而是按一定方蛋白质分子的多肽链并不是线性伸展，而是按一定方式折叠、盘绕或组装成特有的空间结构，称为式折叠、盘绕或组装成特有的空间结构，称为蛋白质的蛋白质的高级结构高级结构。它是蛋白质分子中所有原子在三维空间的排。它是蛋白质分子中所有原子在三维空间的排列分布和肽链的走向。列分布和肽链的走向。蛋白质的高级结构分为蛋白质的高级结构分为二级、三级和四级结构二级、三级和四级结构。1 1、蛋白质的二级结构、蛋白质的二级结构 蛋白质的二级结构蛋白质的二级结构是指多肽链是指多肽链本身通过氢键沿一定方向盘绕折叠而形成的构象，主要本身通过氢键沿一定方向盘绕折叠而形成的构象，主要有有螺旋、螺旋、折叠和折叠和转角，以及近年来发现的转角，以及近年来发现的环和无环和无规卷曲。规卷曲。第10页/共71页 酰胺平面：酰胺平面：酰胺平面是构成主链构象的基本单位，酰胺平面是构成主链构象的基本单位，是多肽链中从一个是多肽链中从一个-碳原子到相邻碳原子到相邻-碳原子之间的碳原子之间的结构。结构。(1)(1)肽单位是一个刚性的平面结构，肽键中羰基碳原子与肽单位是一个刚性的平面结构，肽键中羰基碳原子与氮原子之间所形成的键不能自由旋转，这样使得肽单位氮原子之间所形成的键不能自由旋转，这样使得肽单位所包含的六个原子处于同一个平面上，这个平面又称为所包含的六个原子处于同一个平面上，这个平面又称为酰胺平面（酰胺平面（amide planeamide plane）或肽平面（）或肽平面（peptide plane).peptide plane).0.132nm0.147nmC=N C=N 0.127nm第11页/共71页(2)(2)肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反的位肽平面中羰基氧与亚氨基氢几乎总是处于相反的位置置,虽然肽平面中的羰基氧与亚氨基氢可以有顺式和反虽然肽平面中的羰基氧与亚氨基氢可以有顺式和反式两种排布，但由于连接在相邻两个式两种排布，但由于连接在相邻两个-碳上的侧链基碳上的侧链基团之间的立体干扰不利于顺式构象的形成，而有利于伸团之间的立体干扰不利于顺式构象的形成，而有利于伸展的反式构象的形成，所以蛋白质中几乎所有的肽单位展的反式构象的形成，所以蛋白质中几乎所有的肽单位都是反式构象都是反式构象。第12页/共71页(3(3)C和亚氨基和亚氨基N 及及C与羰基与羰基C 之间的键是单键，可之间的键是单键，可以自由旋转以自由旋转,-碳原子与羰基碳原子之间的键是一个纯碳原子与羰基碳原子之间的键是一个纯粹的单键粹的单键,-碳原子与亚氨基氮原子之间的键也是一个碳原子与亚氨基氮原子之间的键也是一个纯粹的单键，因此，可以自由旋转。纯粹的单键，因此，可以自由旋转。C-N 键旋转的角键旋转的角度通常用度通常用表示；表示；C-C 键旋转的角度用键旋转的角度用表示，它们表示，它们被称为被称为C原子的二面角（原子的二面角（dihedral angle）或肽单位二）或肽单位二面角面角.第13页/共71页 螺旋：螺旋：由于多由于多肽链分子中各价键肽链分子中各价键之间有一定的角度，之间有一定的角度，而组成肽链的氨基而组成肽链的氨基酸残基中又含有许酸残基中又含有许多酰胺键，所以多酰胺键，所以一一条肽链就可通过酰条肽链就可通过酰胺键上的羧基氧与胺键上的羧基氧与某一酰胺基上的氨某一酰胺基上的氨基氢形成氢键，基氢形成氢键，从从而使多肽链按一定而使多肽链按一定方式绕成螺旋状。方式绕成螺旋状。第14页/共71页-螺旋结构具有以下主要特征：螺旋结构具有以下主要特征：（1）-螺旋结构是一个类似棒状的结构，从外观看，螺旋结构是一个类似棒状的结构，从外观看，紧密卷曲的多肽链主链构成了螺旋棒的中心部分，所有紧密卷曲的多肽链主链构成了螺旋棒的中心部分，所有氨基酸残基的氨基酸残基的R 侧链伸向螺旋的外侧，这样可以减少立侧链伸向螺旋的外侧，这样可以减少立体障碍。肽链围绕其长轴盘绕成右手螺旋体。体障碍。肽链围绕其长轴盘绕成右手螺旋体。（2）-螺旋每圈包含螺旋每圈包含3.6 个氨基酸残基，螺距个氨基酸残基，螺距0.54nm，即螺旋每上升一圈相当于向上平移，即螺旋每上升一圈相当于向上平移0.54nm。相邻两个。相邻两个氨基酸残基之间的轴心距为氨基酸残基之间的轴心距为0.15nm，每个残基绕轴旋转，每个残基绕轴旋转100。-螺旋有左手螺旋和右手螺旋，但所有研究过的天然螺旋有左手螺旋和右手螺旋，但所有研究过的天然蛋白质的蛋白质的-螺旋都是右手螺旋。螺旋都是右手螺旋。第15页/共71页（3）-螺旋结构的稳定主要靠链内的氢键维持。螺旋螺旋结构的稳定主要靠链内的氢键维持。螺旋中每个氨基酸残基的羰基氧与它后面第中每个氨基酸残基的羰基氧与它后面第4 个氨基酸残个氨基酸残基的基的-氨基氮上的氢之间形成氢键，所有氢键与长轴氨基氮上的氢之间形成氢键，所有氢键与长轴几乎平行。螺旋内的一个氢键对结构的稳定性的作用几乎平行。螺旋内的一个氢键对结构的稳定性的作用并不大，但并不大，但-螺旋内的许多氢键的总体效应却能稳定螺旋内的许多氢键的总体效应却能稳定螺旋的构象。实际上，螺旋的构象。实际上，-螺旋结构是最稳定的二级结螺旋结构是最稳定的二级结构。构。第16页/共71页蛋白质多肽链是否能形成蛋白质多肽链是否能形成-螺旋体以及螺旋体的稳螺旋体以及螺旋体的稳定程度如何，与它的定程度如何，与它的氨基酸组成和排列顺序氨基酸组成和排列顺序有很大关系，有很大关系，而且而且R 基的电荷性质基的电荷性质，R 基的大小基的大小都会影响到螺旋的形都会影响到螺旋的形成。成。有些氨基酸出现在有些氨基酸出现在-螺旋中的次数要比其它氨基酸螺旋中的次数要比其它氨基酸的多，例如的多，例如丙氨酸丙氨酸带有小的、不带电荷的侧链，它很适带有小的、不带电荷的侧链，它很适合填充在合填充在-螺旋构象中。螺旋构象中。而有些氨基酸则基本上不会出现在而有些氨基酸则基本上不会出现在-螺旋中，如多螺旋中，如多肽链中有肽链中有脯氨酸脯氨酸时时-螺旋就被中断，这是因为脯氨酸的螺旋就被中断，这是因为脯氨酸的-亚氨基上氢原子参与肽键形成后就再没有多余的氢原亚氨基上氢原子参与肽键形成后就再没有多余的氢原子形成氢键，所以在有脯氨酸存在的地方就不能形成子形成氢键，所以在有脯氨酸存在的地方就不能形成-螺旋结构。螺旋结构。第17页/共71页又如又如多聚异亮氨酸多聚异亮氨酸的的R 侧链体积大，造成空间阻碍，侧链体积大，造成空间阻碍，所以不能形成所以不能形成-螺旋体。螺旋体。另外，另外，多聚精氨酸多聚精氨酸由于由于R 侧链带正电荷，所以互相侧链带正电荷，所以互相排斥，也不能形成排斥，也不能形成-螺旋体。螺旋体。同样，同样，谷氨酸谷氨酸和和天冬氨酸天冬氨酸的侧链有游离的羧基，带的侧链有游离的羧基，带负电荷，由于负电荷之间的斥力，使这个区域的负电荷，由于负电荷之间的斥力，使这个区域的-螺旋螺旋不稳定，而只在酸性溶液中羧基的解离度减小时才能形不稳定，而只在酸性溶液中羧基的解离度减小时才能形成稳定的成稳定的-螺旋结构。螺旋结构。丙氨酸脯氨酸天冬氨酸谷氨酸异亮氨酸精氨酸第18页/共71页由于各种不同蛋白质的一级结构不同，所以不同蛋由于各种不同蛋白质的一级结构不同，所以不同蛋白质分子中白质分子中-螺旋结构的比例也很不相同。螺旋结构的比例也很不相同。如肌红蛋白和血红蛋白主要是由如肌红蛋白和血红蛋白主要是由-螺旋结构组成的，螺旋结构组成的，而有些蛋白质几乎不含而有些蛋白质几乎不含-螺旋结构，如螺旋结构，如-球蛋白和肌球蛋白和肌动蛋白。动蛋白。有些蛋白，如毛发、皮肤、指甲中的有些蛋白，如毛发、皮肤、指甲中的-角蛋白几乎角蛋白几乎全是全是-螺旋结构组成的纤维蛋白，而且组成螺旋结构组成的纤维蛋白，而且组成-角蛋白的角蛋白的-螺旋还以三股或七股并列拧成螺旋束，彼此间靠二硫螺旋还以三股或七股并列拧成螺旋束，彼此间靠二硫键交联在一起，于是形成了强度大的长纤维状蛋白质。键交联在一起，于是形成了强度大的长纤维状蛋白质。第19页/共71页 折叠：折叠：折叠是多肽链折叠而成的锯齿状片层结构，折叠是多肽链折叠而成的锯齿状片层结构，存在于纤维状蛋白和球状蛋白中，存在于纤维状蛋白和球状蛋白中，-折叠结构的形成一折叠结构的形成一般需要两条或两条以上的肽段共同参与，即两条或多条般需要两条或两条以上的肽段共同参与，即两条或多条几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻肽链主链几乎完全伸展的多肽链侧向聚集在一起，相邻肽链主链上的氨基和羰基之间形成有规则的氢键，维持这种结构上的氨基和羰基之间形成有规则的氢键，维持这种结构的稳定。的稳定。-折叠结构的特点如下：折叠结构的特点如下：第20页/共71页（1 1）在）在-折叠结构中，多肽链几乎是完全伸展的。折叠结构中，多肽链几乎是完全伸展的。相邻的两个氨基酸之间的轴心距为相邻的两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm0.35nm。侧链。侧链R R 交替交替地分布在片层的上方和下方，以避免相邻侧链地分布在片层的上方和下方，以避免相邻侧链R R 之间的之间的空间障碍。空间障碍。（2 2）在）在-折叠结构中，相邻肽链主链上的折叠结构中，相邻肽链主链上的C=O C=O 与与N-H N-H 之间形成氢键，氢键与肽链的长轴近于垂直。所有之间形成氢键，氢键与肽链的长轴近于垂直。所有的肽键都参与了链间氢键的形成，因此维持了的肽键都参与了链间氢键的形成，因此维持了-折叠折叠结构的稳结构的稳定。定。（3 3）相邻肽链的走向可以是平行和反平行两种。在）相邻肽链的走向可以是平行和反平行两种。在平行的平行的-折叠结构中，相邻肽链的走向相同，氢键不折叠结构中，相邻肽链的走向相同，氢键不平行。在反平行的平行。在反平行的-折叠结构中，相邻肽链的走向相折叠结构中，相邻肽链的走向相反，但氢键近于平行。从能量角度考虑，反平行式更为反，但氢键近于平行。从能量角度考虑，反平行式更为稳定。稳定。第21页/共71页-折叠结构也是蛋白质构象中经常存在的一种结构折叠结构也是蛋白质构象中经常存在的一种结构方式。如蚕丝丝心蛋白几乎全部由堆积起来的反平行方式。如蚕丝丝心蛋白几乎全部由堆积起来的反平行-折叠结构组成，折叠结构组成，-角蛋白是平行的。球状蛋白质角蛋白是平行的。球状蛋白质中也广泛存在这种结构，如溶菌酶、核糖核酸酶、木中也广泛存在这种结构，如溶菌酶、核糖核酸酶、木瓜蛋白酶等球状蛋白质中都含有瓜蛋白酶等球状蛋白质中都含有-折叠结构。折叠结构。第22页/共71页 -转角结构：转角结构：-转角结构又称为转角结构又称为-弯曲、弯曲、-回折、回折、发夹结构和发夹结构和U U型转折等。蛋白质分子多肽链在形成空间型转折等。蛋白质分子多肽链在形成空间构象的时候，经常会出现构象的时候，经常会出现180180的回折（转折），回折的回折（转折），回折处的结构就称为处的结构就称为-转角结构，一般由四个连续的氨基转角结构，一般由四个连续的氨基酸组成。在构成这种结构的四个氨基酸中，第一个氨基酸组成。在构成这种结构的四个氨基酸中，第一个氨基酸的羧基和第四个氨基酸的氨基之间形成氢键。甘氨酸酸的羧基和第四个氨基酸的氨基之间形成氢键。甘氨酸和脯氨酸容易出现在这种结构中。在某些蛋白质中也有和脯氨酸容易出现在这种结构中。在某些蛋白质中也有三个连续氨基酸形成的三个连续氨基酸形成的-转角结构，第一个氨基酸的转角结构，第一个氨基酸的羰基氧和第三个氨基酸的亚氨基氢之间形成氢键。羰基氧和第三个氨基酸的亚氨基氢之间形成氢键。环环:近年来发现的普遍近年来发现的普遍存在于球状蛋白质中的一存在于球状蛋白质中的一种新的二级结构。由于其种新的二级结构。由于其形状像希腊字母形状像希腊字母,故称故称环。环。第23页/共71页2 2、蛋白质的三级结构、蛋白质的三级结构 多肽链在二级结构的基础上，多肽链在二级结构的基础上，主链构象和侧链构象相互作用，进一步折叠盘绕成特主链构象和侧链构象相互作用，进一步折叠盘绕成特定的球状分子结构，称为定的球状分子结构，称为蛋白质的三级结构蛋白质的三级结构。三级结构蛋白质分子或亚基内的所有原子的空间排三级结构蛋白质分子或亚基内的所有原子的空间排列，但不涉及亚基间的关系。它主要靠氢键、离子键、列，但不涉及亚基间的关系。它主要靠氢键、离子键、疏水键和范德华力等非共价键维持，但绝大多数蛋白疏水键和范德华力等非共价键维持，但绝大多数蛋白质中二硫键对蛋白质的稳定和三级结构的形成也起到质中二硫键对蛋白质的稳定和三级结构的形成也起到很重要的作用。很重要的作用。它由它由616个氨基酸残基组成，而且第一个氨基酸残个氨基酸残基组成，而且第一个氨基酸残基的基的C和最后一个残基的和最后一个残基的C间的距离小于间的距离小于1nm.环几乎只出现在蛋白质分子的表面，而且以亲水环几乎只出现在蛋白质分子的表面，而且以亲水氨基酸残基为主，它们在分子识别过程中可能起重要作氨基酸残基为主，它们在分子识别过程中可能起重要作用。用。第24页/共71页在在纤维蛋白纤维蛋白分子中，螺旋肽链一般为平行排列，例分子中，螺旋肽链一般为平行排列，例如角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白的三级结构都是如此。如角蛋白、丝心蛋白、胶原蛋白的三级结构都是如此。在在球状蛋白球状蛋白中，螺旋肽链是盘绕成特有的三级结构，如中，螺旋肽链是盘绕成特有的三级结构，如抹香鲸肌红蛋白的三级结构。抹香鲸肌红蛋白的三级结构。-角蛋白和头发的结构肌红蛋白的三级结构高分辨图示意图第25页/共71页（1 1）具备三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，都有）具备三级结构的蛋白质一般都是球蛋白，都有近似球状或椭球状的外形，而且整个分子排列紧密，内近似球状或椭球状的外形，而且整个分子排列紧密，内部有时只能容纳几个水分子。部有时只能容纳几个水分子。（2 2）大多数疏水性氨基酸侧链都埋藏在分子内部，）大多数疏水性氨基酸侧链都埋藏在分子内部，它们相互作用形成一个致密的疏水核，这对稳定蛋白质它们相互作用形成一个致密的疏水核，这对稳定蛋白质的构象有十分重要的作用，而且这些疏水区域常常是蛋的构象有十分重要的作用，而且这些疏水区域常常是蛋白质分子的功能部位或活性中心。白质分子的功能部位或活性中心。（3 3）大多数亲水性氨基酸侧链都分布在分子的表面，）大多数亲水性氨基酸侧链都分布在分子的表面，它们与水接触并强烈水化，形成亲水的分子外壳，从而它们与水接触并强烈水化，形成亲水的分子外壳，从而使球蛋白分子可溶于水。使球蛋白分子可溶于水。3 3、维持蛋白质构象的作用力：、维持蛋白质构象的作用力：蛋白质的三级结构有以下共同特点：蛋白质的三级结构有以下共同特点：第26页/共71页蛋白质的构象包括从二级结构到四级结构的所有高蛋白质的构象包括从二级结构到四级结构的所有高级结构，其稳定性主要依赖于大量的非共价键，又称次级结构，其稳定性主要依赖于大量的非共价键，又称次级键，其中包括氢键、离子键、疏水键和范德华力。此级键，其中包括氢键、离子键、疏水键和范德华力。此外，二硫键也在维持蛋白质空间构象的稳定中起重要作外，二硫键也在维持蛋白质空间构象的稳定中起重要作用。主要的次级键有以下几种：用。主要的次级键有以下几种：氢键：氢键：是次级键中发现最早的一种键，对蛋白质构是次级键中发现最早的一种键，对蛋白质构象的维持起重要作用，如象的维持起重要作用，如螺旋的形成、螺旋的形成、折叠中链与折叠中链与链之间的结合等。链之间的结合等。氢键是指一个电负性很强的原子共价氢键是指一个电负性很强的原子共价结合的氢原子与另一个电负性强的原子之间相互吸引形结合的氢原子与另一个电负性强的原子之间相互吸引形成的键。可表示为成的键。可表示为:X-HY-(X-HY-(如如X X为为N,YN,Y为为O)O)。氢键有两个特征，其一为饱和性，即一个氢供体只氢键有两个特征，其一为饱和性，即一个氢供体只能与一个氢受体形成一个氢键；其二是方向性，即氢键能与一个氢受体形成一个氢键；其二是方向性，即氢键的供体和受体在一条直线上最强，角度越大越弱。的供体和受体在一条直线上最强，角度越大越弱。第27页/共71页氢键的键能比较小，为氢键的键能比较小，为1330KJ/mol,是一种弱键，是一种弱键，但蛋白质中的氢键很多，所以对蛋白质分子的三维结但蛋白质中的氢键很多，所以对蛋白质分子的三维结构起了很大的作用。蛋白质分子中常见的氢键有氨基构起了很大的作用。蛋白质分子中常见的氢键有氨基酸的亚氨基与另一氨基酸的羧基之间形成的氢键，还酸的亚氨基与另一氨基酸的羧基之间形成的氢键，还有侧链之间如酪氨酸的酚羟基与侧链羧基之间形成的有侧链之间如酪氨酸的酚羟基与侧链羧基之间形成的氢键。氢键。离子键（盐碱、静电键、静电作用）：离子键（盐碱、静电键、静电作用）：是带正负电是带正负电荷的离子或基团因静电吸引而形成的键。荷的离子或基团因静电吸引而形成的键。蛋白质分子蛋白质分子中的离子键主要是一条肽链的侧链羧基与另一条肽链中的离子键主要是一条肽链的侧链羧基与另一条肽链的侧链氨基之间形成的键。的侧链氨基之间形成的键。一般蛋白质在水中离子键并不起重要作用，但蛋白一般蛋白质在水中离子键并不起重要作用，但蛋白质往往折叠成亲水面疏水核，离子键在疏水区很稳定，质往往折叠成亲水面疏水核，离子键在疏水区很稳定，吸引力也很强。吸引力也很强。第28页/共71页疏水键疏水键(疏水作用力疏水作用力):):蛋白质分子含有许多非极性侧蛋白质分子含有许多非极性侧链和一些极性很小的基团，这些非极性基团避开水相链和一些极性很小的基团，这些非极性基团避开水相互相聚集在一起而形成的作用力称为疏水键。互相聚集在一起而形成的作用力称为疏水键。例如缬例如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等氨基氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸等氨基酸的侧链基团具有疏水性，在水溶液中就会避开水而酸的侧链基团具有疏水性，在水溶液中就会避开水而聚集在一起，在蛋白质内部形成一个疏水核。由于非聚集在一起，在蛋白质内部形成一个疏水核。由于非极性侧链间的疏水作用，使多肽链折叠、盘绕成近似极性侧链间的疏水作用，使多肽链折叠、盘绕成近似球状的构象。由此可见，非极性侧链间的疏水作用对球状的构象。由此可见，非极性侧链间的疏水作用对三级结构的形成和稳定起着重要作用。三级结构的形成和稳定起着重要作用。范德华力（范德华相互作用、范德华键）：范德华力（范德华相互作用、范德华键）：当任何当任何两个原子相距两个原子相距0.30.4nm时，都有一种非特异性的吸引时，都有一种非特异性的吸引力，就称范德华力。力，就称范德华力。范德华力比氢键和离子键弱的多，范德华力比氢键和离子键弱的多，键能键能48KJ/mol,由于蛋白质分子里有大量的原子，所由于蛋白质分子里有大量的原子，所以范德华力在维持三、四级的结构的作用是不可忽视以范德华力在维持三、四级的结构的作用是不可忽视的。的。第29页/共71页维持蛋白质构象的作用力（维持蛋白质构象的作用力（a a）盐键；）盐键；(b)(b)氢键；氢键；(c)(c)二硫键；二硫键；(d)(d)疏水的相互作用疏水的相互作用 4 4、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多条肽链，每一条肽链都具有各自有些蛋白质分子含有多条肽链，每一条肽链都具有各自的三级结构。这些的三级结构。这些具有独立三级结构的多肽链彼此通过具有独立三级结构的多肽链彼此通过非共价键相互连接而形成的聚合体结构就是蛋白质的四非共价键相互连接而形成的聚合体结构就是蛋白质的四级结构级结构.第30页/共71页具有四级结构的蛋白质中，每一个具有独立的三级具有四级结构的蛋白质中，每一个具有独立的三级结构的多肽链称为该蛋白质的亚单位或亚基。结构的多肽链称为该蛋白质的亚单位或亚基。亚基之间亚基之间通过其表面的次级键连接在一起，形成完整的寡聚蛋白通过其表面的次级键连接在一起，形成完整的寡聚蛋白质分子。亚基一般只有一条肽链组成，亚基单独存在时质分子。亚基一般只有一条肽链组成，亚基单独存在时没有活性，具有四级结构的蛋白质当缺少某一个亚基时没有活性，具有四级结构的蛋白质当缺少某一个亚基时也不具有生物活性。也不具有生物活性。有些蛋白质的四级结构是均一的，即由相同的亚基有些蛋白质的四级结构是均一的，即由相同的亚基组成，而有些则是不均一的，即由不同亚基组成。亚基组成，而有些则是不均一的，即由不同亚基组成。亚基一般以一般以、等命名。亚基的数目一般为偶数等命名。亚基的数目一般为偶数,个别为个别为奇数，亚基在蛋白质中的排布一般是对称的，奇数，亚基在蛋白质中的排布一般是对称的，对称性是对称性是具有四级结构的蛋白质的重要性质之一。具有四级结构的蛋白质的重要性质之一。第31页/共71页由两个亚基组成的蛋白质一般称为由两个亚基组成的蛋白质一般称为二聚体蛋白质二聚体蛋白质，由四个亚基组成的蛋白质一般称为由四个亚基组成的蛋白质一般称为四聚体四聚体，由多个亚，由多个亚基组成的蛋白质一般称为基组成的蛋白质一般称为寡聚体蛋白质或多体蛋白质寡聚体蛋白质或多体蛋白质。但并不是所有的蛋白质都具有四级结构，有些蛋白质但并不是所有的蛋白质都具有四级结构，有些蛋白质只有一条多肽链，如肌红蛋白，这种蛋白称为单体蛋只有一条多肽链，如肌红蛋白，这种蛋白称为单体蛋白。维持四级结构的作用力与维持三级结构的力是相白。维持四级结构的作用力与维持三级结构的力是相同的。同的。血红素第32页/共71页 四、蛋白质的性质四、蛋白质的性质 （一）两性性质（一）两性性质 在酸性溶液中，各种碱性基团与在酸性溶液中，各种碱性基团与H+结合，使蛋白质结合，使蛋白质带正电荷；在碱性溶液中，酸性基团离解出带正电荷；在碱性溶液中，酸性基团离解出H+，与溶，与溶液中的液中的OH-结合成水，使蛋白质带负电荷。当调节溶结合成水，使蛋白质带负电荷。当调节溶液的液的pH值使蛋白质所带的正负电荷相等，成为两性离值使蛋白质所带的正负电荷相等，成为两性离子，在电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，子，在电场中，既不向阳极移动，也不向阴极移动，此时溶液的此时溶液的pH值称为值称为蛋白质的等电点蛋白质的等电点（pI）。）。PrNH2COO-PrNH3+COO-PrNH3+COOHH+OH-H+OH-等电点时，蛋白质以两性离子的形式存在，静电荷为等电点时，蛋白质以两性离子的形式存在，静电荷为零，最不稳定，易沉淀析出，溶解度最小。利用此性质零，最不稳定，易沉淀析出，溶解度最小。利用此性质可分离和纯化蛋白质。可分离和纯化蛋白质。第33页/共71页 各种蛋白质的等电点不同，相对分子质量、颗粒大小、各种蛋白质的等电点不同，相对分子质量、颗粒大小、所带电荷也各不相同，在电场中移动的方向和速率也各不所带电荷也各不相同，在电场中移动的方向和速率也各不相同，因此通常利用电泳法来分析分离蛋白质。相同，因此通常利用电泳法来分析分离蛋白质。（二）胶体性质（二）胶体性质 蛋白质是高分子化合物，分子直径一般在蛋白质是高分子化合物，分子直径一般在1-100nm，达，达到了胶体的直径范围，因此蛋白质溶液为胶体溶液。具有到了胶体的直径范围，因此蛋白质溶液为胶体溶液。具有胶体溶液的性质，如胶体溶液的性质，如布朗运动布朗运动，丁达尔现象丁达尔现象和和电泳现象电泳现象，不能透过半透膜等。利用蛋白质不能透过半透膜的性质，不能透过半透膜等。利用蛋白质不能透过半透膜的性质，可用透析法分离纯化蛋白质。可用透析法分离纯化蛋白质。（三）蛋白质的变性（三）蛋白质的变性 天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其空间结构受到天然蛋白质受物理或化学因素的影响，其空间结构受到破坏，致使其理化性质和生物学活性发生改变，但并不破破坏，致使其理化性质和生物学活性发生改变，但并不破第34页/共71页坏蛋白质的一级结构，这种现象叫坏蛋白质的一级结构，这种现象叫蛋白质的变性蛋白质的变性，变性，变性后的蛋白质称为后的蛋白质称为变性蛋白质变性蛋白质。能使蛋白质变性的因素很多，物理因素有加热、高压、能使蛋白质变性的因素很多，物理因素有加热、高压、紫外线、超声波、剧烈震荡及各种射线等；化学因素有紫外线、超声波、剧烈震荡及各种射线等；化学因素有强酸、强碱、重金属盐、有机溶胶、脲、三氯乙酸、苦强酸、强碱、重金属盐、有机溶胶、脲、三氯乙酸、苦味酸、浓乙醇等。味酸、浓乙醇等。变性后的蛋白质溶解度下降，粘度增高，失去原有的变性后的蛋白质溶解度下降，粘度增高，失去原有的生物活性。生物活性。（四）蛋白质的颜色反应（四）蛋白质的颜色反应 蛋白质分子中的某些氨基酸或某些特殊结构与某些试蛋白质分子中的某些氨基酸或某些特殊结构与某些试剂发生颜色反应，这些颜色反应常用于蛋白质的定性或剂发生颜色反应，这些颜色反应常用于蛋白质的定性或定量测定。定量测定。第35页/共71页1268472 6511058954011026405865728495124SHSHSHSHSHSHSHSH加8mol/L尿素，-巯基乙胺透析除8mol/L尿素，-巯基乙胺天然核糖核酸酶变性核糖核酸酶第36页/共71页 1 1、双缩脲反应、双缩脲反应 在碱性条件下，蛋白质溶液与硫酸铜在碱性条件下，蛋白质溶液与硫酸铜反应生成紫红色化合物，这是肽键的特征反应。此反应反应生成紫红色化合物，这是肽键的特征反应。此反应可用于蛋白质的定性或定量测定。可用于蛋白质的定性或定量测定。2 2、茚三酮反应、茚三酮反应 蛋白质能与水合茚三酮反应，生成蓝蛋白质能与水合茚三酮反应，生成蓝紫色物质。紫色物质。（五）蛋白质的酶促反应（五）蛋白质的酶促反应 蛋白质在稀酸、稀碱和酶的作用下都可以水解为蛋白质在稀酸、稀碱和酶的作用下都可以水解为-氨氨基酸。蛋白质在酶的作用下，分子中的肽键断裂，最后基酸。蛋白质在酶的作用下，分子中的肽键断裂，最后生成生成-氨基酸的过程称为氨基酸的过程称为蛋白质的酶促降解蛋白质的酶促降解。根据蛋白质水解酶的作用方式不同，蛋白质水解酶可根据蛋白质水解酶的作用方式不同，蛋白质水解酶可分为分为蛋白酶蛋白酶和和肽酶肽酶两类。两类。第37页/共71页 1 1、蛋白酶、蛋白酶 蛋白酶又叫蛋白酶又叫肽链内切酶肽链内切酶，只催化水解多肽，只催化水解多肽链内部的肽键。如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、链内部的肽键。如胃蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶等。无花果蛋白酶等。2 2、肽酶、肽酶 肽酶又叫肽酶又叫肽链端切酶肽链端切酶，能够从多肽链的一端，能够从多肽链的一端水解肽键，每次水解生成一个氨基酸或一个二肽。根据水解肽键，每次水解生成一个氨基酸或一个二肽。根据酶作用的专一性不同，肽酶可分为羧肽酶、氨肽酶和二酶作用的专一性不同，肽酶可分为羧肽酶、氨肽酶和二肽酶。肽酶。（1 1）羧肽酶）羧肽酶 羧肽酶只能从多肽链的游离羧基末端，水羧肽酶只能从多肽链的游离羧基末端，水解肽键生成氨基酸和二肽。解肽键生成氨基酸和二肽。（2 2）氨肽酶）氨肽酶 氨肽酶只能从多肽链的游离氨基末端，水氨肽酶只能从多肽链的游离氨基末端，水解肽键生成氨基酸和二肽。解肽键生成氨基酸和二肽。（3 3）二肽酶）二肽酶 二肽酶只能将二肽水解成氨基酸。二肽酶只能将二肽水解成氨基酸。第38页/共71页 在蛋白质的降解过程中，各种蛋白质水解酶协同作用，在蛋白质的降解过程中，各种蛋白质水解酶协同作用，最终将蛋白质水解成氨基酸。最终将蛋白质水解成氨基酸。蛋白质蛋白质多肽多肽氨基酸氨基酸二肽二肽氨基酸氨基酸蛋白酶蛋白酶肽酶肽酶二肽酶二肽酶第二节第二节 氨基酸的分解代谢氨基酸的分解代谢 氨基酸分子中都含有氨基和羧基，因此各种氨基酸都氨基酸分子中都含有氨基和羧基，因此各种氨基酸都有共同的代谢途径。但由于氨基酸的侧链基团不同，个有共同的代谢途径。但由于氨基酸的侧链基团不同，个别氨基酸还有特殊的代谢途径。我们主要介绍氨基酸的别氨基酸还有特殊的代谢途径。我们主要介绍氨基酸的共同代谢途径。共同代谢途径。氨基酸的共同代谢途径主要包括氨基酸的共同代谢途径主要包括脱氨基作用脱氨基作用和和脱羧基脱羧基作用作用。第39页/共71页CRHNH2COOHCORCOOHR CH2NH2+NH3+CO2脱氨基作用脱羧基作用 一、脱氨基作用一、脱氨基作用 氨基酸在酶的作用下脱去氨基的过程称为氨基酸在酶的作用下脱去氨基的过程称为脱氨基作用脱氨基作用，主要方式有主要方式有氧化脱氨基作用氧化脱氨基作用、转氨基作用转氨基作用和和联合脱氨基联合脱氨基作用作用。（一）氧化脱氨基作用（一）氧化脱氨基作用 -氨基酸在酶的催化下氧化生成氨基酸在酶的催化下氧化生成-酮酸，同时消耗酮酸，同时消耗O2并产生并产生NH3的过程，称为的过程，称为氧