[生化]蛋白质的结构与功能.ppt

目录目录第一篇第一篇生物大分子的生物大分子的结构和功能构和功能目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能生物大分子：生物大分子：通常都有一定的分子结构规律，即通常都有一定的分子结构规律，即由一定的基本结构单位，按一定的由一定的基本结构单位，按一定的排列顺序排列顺序和和连连接方式接方式而形成的多聚体。而形成的多聚体。蛋白质蛋白质和和核酸核酸是体内主要的生物大分子，有不同是体内主要的生物大分子，有不同的结构特征，行使不同的功能的结构特征，行使不同的功能。目录目录蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能第一章第一章目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能本本章章主主要要内内容容第一节第一节 蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成第二节第二节 蛋白质的分子结构蛋白质的分子结构第三节第三节 蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系第四节第四节 蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质第五节第五节 蛋白质的分离、纯化与结构分析蛋白质的分离、纯化与结构分析目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能n什么是蛋白质什么是蛋白质?蛋蛋 白白 质质(protein)是是 由由 许许 多多 氨氨 基基 酸酸(amino acids)通通过过肽肽键键(peptide bond)相相连连形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能n蛋白质的生物学重要性蛋白质的生物学重要性分分布布广广：所所有有器器官官、组组织织都都含含有有蛋蛋白白质质；细细胞的各个部分都含有蛋白质。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4545，某某些些组组织织含含量量更更高高，例例如脾、肺及横纹肌等高达如脾、肺及横纹肌等高达8080。1.1.蛋白质是生物体重要组成成分蛋白质是生物体重要组成成分目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能作为生物催化剂（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.蛋白质具有重要的生物学功能蛋白质具有重要的生物学功能3.氧化供能氧化供能目录目录蛋白质的分子组成蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein第一节第一节目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能一、组成人体蛋白质的一、组成人体蛋白质的20种氨基酸种氨基酸均属于均属于L-氨基酸氨基酸 存存在在自自然然界界中中的的氨氨基基酸酸有有300300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2020种种，且均属且均属 L-L-氨基酸氨基酸（甘氨酸除外）。（甘氨酸除外）。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能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-H目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 COO-NH3+C H R COO-H C NH3+RL-Amino acidD-Amino acid目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能构成蛋白质的构成蛋白质的20种氨基酸种氨基酸(aa)的结构特点的结构特点:1.均为均为L氨基酸氨基酸(甘氨酸甘氨酸除外）除外），各种，各种aa的的R侧链各不相同侧链各不相同2.碳原子上均连有一个氨基碳原子上均连有一个氨基(脯氨酸脯氨酸除外除外)3.碳原子为不对称碳原子为不对称(手性手性)碳原子碳原子(甘氨酸甘氨酸除外）除外）目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能非极性脂肪族氨基酸非极性脂肪族氨基酸 6种。种。极性中性氨基酸极性中性氨基酸 6种。种。芳香族氨基酸芳香族氨基酸 3种。种。酸性氨基酸酸性氨基酸 2种。种。碱性氨基酸碱性氨基酸 3种。种。二、氨基酸二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质进可根据侧链结构和理化性质进行分类行分类目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能(一一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族氨基酸氨基酸目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能(二二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性中性氨基酸中性氨基酸目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能(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TrpTyr目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能(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目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能(五五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性氨基酸氨基酸目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能几种特殊氨基酸几种特殊氨基酸 1.1.脯氨酸脯氨酸（亚氨基酸）（亚氨基酸）CH2CHCOO-NH2+CH2CH2CH2CHCOO-NH2+CH2CH2蛋蛋白白质质多多肽肽中中ProPro残残基基的的存存在在将将会会增增加加其其结结构构区区域域的的刚刚性性，在在蛋蛋白白质质合合成成后后修修饰饰时时可可被被羟羟化化为为羟羟脯脯氨酸。氨酸。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 2.2.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目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2009年全国硕士研究生入学统一考试年全国硕士研究生入学统一考试西医综合试题西医综合试题25、在蛋白质的组成中，不是天然的氨、在蛋白质的组成中，不是天然的氨基酸是基酸是 A、精氨酸、精氨酸B、瓜氨酸、瓜氨酸 C、半胱氨酸、半胱氨酸 D、脯氨酸、脯氨酸目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能三、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 两性解离及等电点两性解离及等电点其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。（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 所有氨基酸都含有碱性的所有氨基酸都含有碱性的-氨基和酸性的氨基和酸性的-羧基，可在酸性溶液中与质子（羧基，可在酸性溶液中与质子（H+）结合成带）结合成带正电的阳离子，也可在碱性溶液中与正电的阳离子，也可在碱性溶液中与OH-结合，结合，失去质子变成带负电荷的阴离子，因此氨基酸是失去质子变成带负电荷的阴离子，因此氨基酸是一类两性电解质。一类两性电解质。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能pH=pI+OH-pHpI+H+pHC=O H-NC=O H-N。氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用。氢键在稳定蛋白质的空间结构上起着重要的作用。但氢键的键能较低但氢键的键能较低(12kJ/mol)(12kJ/mol)，易被破坏。，易被破坏。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能蛋白质分子中氢键的形成蛋白质分子中氢键的形成目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能2.2.疏水键：疏水键：非非极极性性物物质质在在含含水水的的极极性性环环境境中中存存在在时时，会会产产生生一一种种相相互互聚聚集集的的力力，这这种种力力称称为为疏疏水水键键或或疏疏水水作作用力用力(hydrophobic interaction)(hydrophobic interaction)。蛋蛋白白质质分分子子中中的的许许多多氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链也也是是非非极极性性的的，这这些些非非极极性性的的基基团团在在水水中中也也可可相相互互聚聚集集，形形成成疏疏水水键键，如如LeuLeu，IleIle，ValVal，PhePhe，AlaAla等等的的侧侧链链基团。基团。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能3.3.离子键：离子键：离子键离子键(salt bond)(salt bond)是是由带由带正电荷基团与带负电荷正电荷基团与带负电荷基团之间基团之间相互吸引而形成的化学键。相互吸引而形成的化学键。在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸在近中性环境中，蛋白质分子中的酸性氨基酸残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基残基侧链电离后带负电荷，而碱性氨基酸残基侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。侧链电离后带正电荷，二者之间可形成离子键。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能蛋白质分子中离子键的形成蛋白质分子中离子键的形成目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能4 4范德华氏引力（范德华氏引力（van der Waals force)van der Waals force)：原子之间存在的相互作用力。原子之间存在的相互作用力。由电子运动的不对称性造成的由电子运动的不对称性造成的目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能维系蛋白质分子构象的非共价键维系蛋白质分子构象的非共价键目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能1.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-端的端的氨基酸排列顺序。氨基酸排列顺序。一、一、氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构氨基酸的排列顺序决定蛋白质的一级结构2.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。3.3.作用：作用：一级结构决定其空间构象，从而决定其分一级结构决定其空间构象，从而决定其分子形状和功能。体内几千种蛋白质，一级结构不同，子形状和功能。体内几千种蛋白质，一级结构不同，空间结构不同，功能也不同。一级结构是蛋白质空空间结构不同，功能也不同。一级结构是蛋白质空间结构和生物学功能的基础。间结构和生物学功能的基础。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能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功能的基础，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。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能二、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蛋蛋白白质质分分子子中中某某一一段段肽肽链链的的局局部部空空间间结结构构，即即该该段段肽肽链链主主链链骨骨架架原原子子的的相相对对空空间间位位置置，并并不不涉涉及及氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链的的构构象象。1.1.定义定义:2.主要的化学键主要的化学键：氢键氢键 目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能RR目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（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构构型型，此此同同一一平平面面上上的的6个个原原子子构构成成了了所所谓谓的的肽肽单单元元(peptide unit)。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能1.1.由由于于肽肽键键(C-N)(C-N)的的键键长长介介于于单单键键和和双双键键之之间间，使使肽键肽键具有部分具有部分双键双键的性质，不能自由旋转。的性质，不能自由旋转。2.2.与与肽肽键键相相连连的的六六个个原原子子构构成成刚刚性性平平面面结结构构。但但由由于于-碳碳原原子子与与其其他他原原子子之之间间均均形形成成单单键键，因因此两相邻的平面结构可以作相对旋转。此两相邻的平面结构可以作相对旋转。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能肽单元肽单元(酰胺平面或肽键平面酰胺平面或肽键平面)0.132目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 -螺旋螺旋 (-helix)-折叠折叠 (-pleated sheet)-转角转角 (-turn)无规卷曲无规卷曲 (random coil)（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蛋白质二级结构蛋白质二级结构目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能n-螺旋螺旋目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能19511951年，年，PaulingPauling和和CoreyCorey提出提出-螺旋螺旋 结构模型，其结构特征是：结构模型，其结构特征是：多多肽肽链链主主链链围围绕绕中中心心轴轴有有规规律的盘绕上升，律的盘绕上升，为一为一右手螺旋右手螺旋；螺螺旋旋每每圈圈包包含含3.63.6个个氨氨基基酸酸残残基，螺距为基，螺距为0.54nm0.54nm；目录目录目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 （3）螺旋中每个肽键的）螺旋中每个肽键的N-H与与前面相隔三个肽键（第四个肽键）前面相隔三个肽键（第四个肽键）的羰基氧（的羰基氧（C=O)之间形成之间形成氢键氢键。氢键的方向与螺旋轴平行，氢键的方向与螺旋轴平行，稳定螺稳定螺旋结构。旋结构。（4）多肽链上的氨基酸）多肽链上的氨基酸侧链伸向侧链伸向螺旋外侧。螺旋外侧。-螺旋结构是最常见形式，肌螺旋结构是最常见形式，肌红蛋白红蛋白.血红蛋白占血红蛋白占70%70%，毛发角蛋，毛发角蛋白白.肌球蛋白肌球蛋白.表皮蛋白表皮蛋白.纤维蛋白的纤维蛋白的肽链全长几乎都卷曲成肽链全长几乎都卷曲成-螺旋螺旋 。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 由由若若干干肽肽段段或或肽肽链链排排列列起起来来所所形形成成的的扇扇面面状状片片层层构构象象，特特征征为为：（1 1）肽肽链链伸伸展展，每每个个肽肽单单元元以以 C C 为为旋旋转转点点，相相邻邻C C 向向相相反反方方向向旋旋转转，使使肽肽单单元元平平面面呈呈折折扇扇式式折折叠叠成成锯锯齿齿状状结结构构。（2 2）锯锯齿齿状状结结构构较较短短，5-85-8个个aaaa残残基基。（3 3）两两条条肽肽链链或或一一条条肽肽链链回回折折时时，可可使使锯锯齿齿状状结结构构平平行行排排列列，两两条条链走向相反，也可走向相同。链走向相反，也可走向相同。借相邻主链之间的借相邻主链之间的氢键氢键维系。维系。（三）（三）-折叠折叠使多肽链形成片层结构使多肽链形成片层结构目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Gly and Pro residuesoften occur in -turn（四）（四）-转角和无规卷曲在蛋白质分子中转角和无规卷曲在蛋白质分子中普遍存在普遍存在目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能-转转角角是是多多肽肽链链180180回回折折部部分分所所形形成成的的一一种种二级结构，其结构特征为：二级结构，其结构特征为：主链骨架本身以大约主链骨架本身以大约180180回折回折;回回折折部部分分通通常常由由四四个个氨氨基基酸酸残残基基构构成成;第第二二个个aaaa残基常为脯氨酸残基常为脯氨酸 构构象象依依靠靠第第一一残残基基的的-CO-CO基基与与第第四四残残基基的的-NHNH基之间形成基之间形成氢键氢键来维系。来维系。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能4.无规卷曲（无规卷曲（random coil）：）：无无规规卷卷曲曲是是指指多多肽肽链链主主链链部部分分形形成成的的无无规规律律的的卷曲构象。卷曲构象。对对于于特特定定的的蛋蛋白白质质分分子子而而言言，其其无无规规卷卷曲曲部部分分的构象则是特异的。的构象则是特异的。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能核糖核酸酶分子中的二级结构核糖核酸酶分子中的二级结构-螺旋螺旋-折叠折叠-转角转角无规卷曲无规卷曲目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（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，形成一有二级结构的肽段，在空间上相互接近，形成一个个有规则的二级结构组合，被称为有规则的二级结构组合，被称为超二级结构。超二级结构。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 超超二二级级结结构构在在结结构构层层次次上上高高于于二二级级结结构构，但但没没有有聚聚集集成成具具有有功功能能的的结结构域。构域。二级结构组合形式有二级结构组合形式有3 3种：种：，。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能二个或三个具有二级结构的肽段，在空间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，具有上相互接近，形成一个特殊的空间构象，具有特殊功能，称为特殊功能，称为模体模体(motif)(motif)。其特殊的功能是由其特征性的空间构象其特殊的功能是由其特征性的空间构象所决定。所决定。模体常见的形式模体常见的形式-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-转角转角-链模体链模体目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能钙结合蛋白中结合钙结合蛋白中结合钙离子的模体钙离子的模体锌指结构锌指结构组成：由一个组成：由一个-螺旋螺旋和和2个反平行的个反平行的-折叠折叠组成。形似手指，能组成。形似手指，能结合锌离子故名。结合锌离子故名。组成：组成：由由-螺旋螺旋-环环-螺螺旋三个肽段组成，以氢键旋三个肽段组成，以氢键结合钙离子。结合钙离子。举例：举例：目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（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由于蛋白质二级结构取决于其一级结构由于蛋白质二级结构取决于其一级结构aaaa的排列顺序，所以只的排列顺序，所以只有当肽链上有当肽链上aaaa残基链适合时，才能形成残基链适合时，才能形成-螺旋或螺旋或-折叠，有多种因折叠，有多种因素可影响素可影响-螺旋或螺旋或-折叠的形成。折叠的形成。1.1.多种带相同电荷的多种带相同电荷的aaaa相对集中的肽段，电荷相斥影相对集中的肽段，电荷相斥影响响-螺旋形成。螺旋形成。2.2.侧链较大的侧链较大的aaaa残基（天酰残基（天酰.亮），由于侧链的位阻亮），由于侧链的位阻作用，影响作用，影响-螺旋形成。螺旋形成。3.3.脯氨酸存在的部位，也不能形成脯氨酸存在的部位，也不能形成-螺旋。螺旋。4.aa4.aa残基侧链较小的肽段才能容易形成残基侧链较小的肽段才能容易形成-折叠。折叠。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能三、三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠形成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 Van der Waals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。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。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。n定义定义:（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸（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残基的相对空间位置目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端单链蛋白单链蛋白，153个氨个氨基酸残基构成基酸残基构成,-螺螺旋占旋占75%75%，8 8个螺旋区个螺旋区（A.B.C.D.E.F.G.H)A.B.C.D.E.F.G.H)，一个无规卷曲，几个一个无规卷曲，几个 -折叠，非共价键连折叠，非共价键连接，球形结构。内部接，球形结构。内部疏水基团，表面亲水疏水基团，表面亲水基团。基团。举例：举例：肌红蛋白的三级结构肌红蛋白的三级结构 目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能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大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或大分子蛋白质的三级结构常可分割成一个或数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各数个球状或纤维状的区域，折叠得较为紧密，各行使其功能，称为结构域行使其功能，称为结构域(domain)。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 对那些较小的蛋白对那些较小的蛋白质分子来说，结构域和质分子来说，结构域和三级结构往往是一个意三级结构往往是一个意思，也就是说是单结构思，也就是说是单结构域的。一般来说，大的域的。一般来说，大的蛋白质分子可以由蛋白质分子可以由2 2个个或更多个结构域组成。或更多个结构域组成。3-磷酸甘油醛脱氢酶亚基的结构示意图磷酸甘油醛脱氢酶亚基的结构示意图目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)N 端端 C端端目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（三）分子伴侣（三）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。加速蛋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，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。使肽链正确折叠。分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再后，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分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确二硫键的正确形成起了重要的作用形成起了重要的作用。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能四、四、含有二条以上多肽链的蛋白质含有二条以上多肽链的蛋白质具有四级结构具有四级结构蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接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，称为触部位的布局和相互作用，称为蛋白质的四级蛋白质的四级结构。结构。有些蛋白质分子含有二条或多条多肽链，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，称为蛋白每一条多肽链都有完整的三级结构，称为蛋白质的质的亚基亚基 (subunit)。亚基之间的结合力主要是亚基之间的结合力主要是疏水疏水键键，其次是其次是氢键和离子键。氢键和离子键。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能由由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构不同，则称之为结构不同，则称之为异二聚体异二聚体(heterodimer)。血红蛋白的血红蛋白的四级结构四级结构 22 8条盐键连接条盐键连接四聚体四聚体每个亚基结合每个亚基结合1个个辅基血红素，运氧辅基血红素，运氧和和CO2。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能1.1.蛋白质的一级结构是它的氨基酸残基排列序列蛋白质的一级结构是它的氨基酸残基排列序列蛋白质的一级结构是它的氨基酸残基排列序列蛋白质的一级结构是它的氨基酸残基排列序列2.2.蛋白质的二级结构是由蛋白质的二级结构是由蛋白质的二级结构是由蛋白质的二级结构是由氢键氢键氢键氢键导致的肽链导致的肽链导致的肽链导致的肽链卷曲与折叠卷曲与折叠卷曲与折叠卷曲与折叠PrimaryPrimarystructurestructureSecondarySecondarystructurestructure小结小结目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能3.3.蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维结构维结构维结构维结构4.4.蛋白质的四级结构是亚基的空间排列蛋白质的四级结构是亚基的空间排列蛋白质的四级结构是亚基的空间排列蛋白质的四级结构是亚基的空间排列PolypeptidePolypeptide(single subunit(single subunitof transthyretin)of transthyretin)Transthyretin,with fourTransthyretin,with fouridentical polypeptide subunitsidentical polypeptide subunitsTertiaryTertiarystructurestructureQuaternaryQuaternarystructurestructure目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能五、蛋白质的分类五、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目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能1.掌握蛋白质一至四级结构的概念、要点、主要掌握蛋白质一至四级结构的概念、要点、主要化学键化学键2.掌握蛋白质二级结构的基本形式，肽键、肽单掌握蛋白质二级结构的基本形式，肽键、肽单元及模体元及模体(motif)、结构域、结构域(domain)、分子、分子伴侣伴侣(chaperon)的概念。的概念。目的要求目的要求本节本节:目录目录蛋白质结构与功能的关系蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein第三节第三节目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（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是高级结构与功能的基础与功能的基础牛核糖核酸酶的牛核糖核酸酶的一级结构一级结构二二硫硫键键目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能 天然状态，天然状态，有催化活性有催化活性 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1、空间构象是功能的结构基础；、空间构象是功能的结构基础；2、一级结构是空间结构的基础；、一级结构是空间结构的基础；目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级结构与功能结构与功能胰岛素胰岛素氨基酸残基序号氨基酸残基序号A5A6A10B30人人ThrSerIleThr猪猪ThrSerIleAla狗狗ThrSerIleAla兔兔ThrGlyIleSer牛牛AlaGlyValAla羊羊AlaSerValAla马马ThrSerIleAla目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（三）（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息氨基酸序列提供重要的生物化学信息一些广泛存在于一些广泛存在于生物界的蛋白质如细生物界的蛋白质如细胞色素胞色素(cytochrome C)，比较它们的一，比较它们的一级结构，可以帮助了级结构，可以帮助了解物种进化间的关系。解物种进化间的关系。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（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例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血N-val his leu thr pro glu glu C(146)HbS 肽链肽链HbA 肽肽 链链N-val his leu thr pro val glu C(146)这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，这种由蛋白质分子发生变异所导致的疾病，称为称为“分子病分子病”。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能n肌红蛋白肌红蛋白/血红蛋白血红蛋白含有血红素辅基含有血红素辅基血红素结构血红素结构 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（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目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能n肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，Mb)肌肌红红蛋蛋白白是是一一个个只只有有三三级级结结构构的的单单链链蛋蛋白白质质，有有8 8段段-螺螺旋结构。旋结构。血血红红素素分分子子中中的的两两个个丙丙酸酸侧侧链链以以离离子子键键形形式式与与肽肽链链中中的的两两个个碱碱性性氨氨基基酸酸侧侧链链上上的的正正电电荷荷相相连连，加加之之肽肽链链中中的的F8F8组组氨氨酸酸残残基基还还与与FeFe2+2+形形成成配配位位结结合合，所所以以血血红红素素辅辅基基与与蛋蛋白白质质部部分分稳定结合。稳定结合。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能n血红蛋白血红蛋白(hemoglobin，Hb)血血红红蛋蛋白白具具有有4个个亚亚基基组组成成的的四四级级结结构构，每每个个亚亚基基可可结结合合1 1个个血血红红素素并携带并携带1 1分子氧分子氧。Hb亚亚基基之之间间通通过过8对对盐盐键键，使使4个个亚亚基基紧紧密密结结合合而而形形成成亲亲水水的的球球状状蛋白。蛋白。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Hb与与Mb一一样样能能可可逆逆地地与与O2结结合合，Hb与与O2 2结结合合后后称称为为氧氧合合Hb。氧氧合合Hb占占总总Hb的的百百分分数数（称（称百分饱和度百分饱和度）随）随O2 2浓度变化而改变。浓度变化而改变。（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基（二）血红蛋白亚基构象变化可影响亚基与氧结合与氧结合目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的氧解离曲线的氧解离曲线目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能n协同效应协同效应(cooperativity)一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结一个寡聚体蛋白质的一个亚基与其配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合后，能影响此寡聚体中另一个亚基与配体结合能力的现象，称为合能力的现象，称为协同效应协同效应。如果是促进作用则称为如果是促进作用则称为正协同效应正协同效应 (positive cooperativity)如果是抑制作用则称为如果是抑制作用则称为负协同效应负协同效应(negative cooperativity)目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能Tense stateRelaxed state目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能这这种种由由于于蛋蛋白白质质分分子子构构象象改改变变而而导导致致蛋蛋白白质质分分子子 功功 能能 发发 生生 改改 变变 的的 现现 象象 称称 为为 变变 构构 效效 应应（allosteric effectallosteric effect）。O2O2称为变构剂，称为变构剂，HbHb则称为变构蛋白。则称为变构蛋白。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能蛋白质四级结构与功能的关系蛋白质四级结构与功能的关系变构效应变构效应目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能血红蛋白的变构血红蛋白的变构目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能当当血血红红蛋蛋白白的的一一个个 亚亚基基与与氧氧分分子子结结合合以以后后，可可引引起起其其他他亚亚基基的的构构象象发发生生改改变变，对对氧氧的的亲亲和和力力增增加加，从从而而导导致致整整个个分分子子的的氧氧结结合合力力迅迅速增高，使血红蛋白的氧饱和曲线呈速增高，使血红蛋白的氧饱和曲线呈“S”S”形形。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能血红蛋白的氧饱和曲线血红蛋白的氧饱和曲线目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能（三）蛋白质构象改变（三）蛋白质构象改变可引起疾病可引起疾病蛋蛋白白质质构构象象疾疾病病：若若蛋蛋白白质质的的折折叠叠发发生生错错误误，尽尽管管其其一一级级结结构构不不变变，但但蛋蛋白白质质的的构构象象发发生生改改变变，仍仍可可影影响响其其功功能能，严严重重时时可可导导致疾病发生。致疾病发生。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能蛋白质构象改变导致疾病的机理蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋有些蛋白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解白质错误折叠后相互聚集，常形成抗蛋白水解酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现酶的淀粉样纤维沉淀，产生毒性而致病，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能疯牛病是由朊病毒蛋白疯牛病是由朊病毒蛋白(prion protein,PrP)引起的一组人和动物神经退行性病变。引起的一组人和动物神经退行性病变。正常的正常的PrP富含富含-螺旋，称为螺旋，称为PrPc。PrPc在某种在某种未知蛋白质的未知蛋白质的作用下可转变成全作用下可转变成全为为-折叠的折叠的PrPsc，从而致病。，从而致病。PrPc-螺旋螺旋PrPsc-折叠折叠正常正常疯牛病疯牛病n疯牛病中的蛋白质构象改变疯牛病中的蛋白质构象改变目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能理解蛋白质结构和功能的关系理解蛋白质结构和功能的关系目的要求目的要求本节本节:目录目录第四节第四节蛋白质的理化性质蛋白质的理化性质The Physical and Chemical Characters of Protein目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能一、一、蛋白质具有两性电离的性质蛋白质具有两性电离的性质蛋蛋白白质质分分子子除除两两端端的的氨氨基基和和羧羧基基可可解解离离外外，氨氨基基酸酸残残基基侧侧链链中中某某些些基基团团，在在一一定定的的溶溶液液pH条条件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。件下都可解离成带负电荷或正电荷的基团。当当蛋蛋白白质质溶溶液液处处于于某某一一pH时时，蛋蛋白白质质解解离离成成正正、负负离离子子的的趋趋势势相相等等，即即成成为为兼兼性性离离子子，净净电电荷为零，此时溶液的荷为零，此时溶液的pH称为称为蛋白质的等电点。蛋白质的等电点。n蛋白质的等电点蛋白质的等电点(isoelectric point,pI)目录目录第一章第一章 蛋白质的结构与功能蛋白质的结构与功能二、蛋白质具有胶体性质二、蛋白质具有胶体性质蛋蛋白白质质属属于于生生物物大大分分子子之之一一，分分子子量量可可自自1万万至至100万万之之巨巨，其其分分子子的的直直径径可可达达1100nm，为胶粒范围之内。为胶粒范围之内。水化膜水化膜颗