医科大学精品课件：第2章 多肽与蛋白质 7年制2版.ppt

1、目目 录录 生物大分子生物大分子：由基本由基本结构单位结构单位按一定按一定顺顺 序和连接序和连接方式所形成的多聚体。方式所形成的多聚体。 蛋白质：氨基酸蛋白质：氨基酸 核酸：核酸： 核苷酸核苷酸 糖复合物：单糖糖复合物：单糖 目目 录录 多肽与蛋白质多肽与蛋白质 第二章第二章 Polypeptides and Proteins 目目 录录 分布广：分布广：所有器官所有器官、组织都含有蛋白质；组织都含有蛋白质； 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。 含量高：含量高：占人体干重的占人体干重的45， 某些组织某些组织,例如脾例如脾、肺及横纹肌等高达肺及横纹肌等高达80。 蛋白质的生

2、物学重要性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(结构蛋白结构蛋白) Protein derives from Greek proteios， meaning first or foremost. 目目 录录 1 1）作为生物催化剂作为生物催化剂（酶酶） 2 2）代谢调节作用代谢调节作用 3 3）免疫保护作用免疫保护作用 4 4）物质的转运和存储物质的转运和存储 5 5）运动与支持作用运动与支持作用 6 6）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(功能蛋白功能蛋白) 3. 氧化供能氧化供能 目

3、目 录录 老年痴呆症老年痴呆症 镰刀形红细胞贫血镰刀形红细胞贫血 病例病例 目目 录录 什么是蛋白质什么是蛋白质? ? 蛋白质蛋白质（protein）是由许多是由许多氨基酸氨基酸 （amino acids）通过通过肽键肽键（peptide bond） 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。 目目 录录 第一节第一节 肽、肽、蛋白质蛋白质的一级结构的一级结构 Primary Structure of peptides and Proteins 目目 录录 主要有主要有C、H、O、N和和S。 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、铜、锌、铁、铜、锌、 锰、

4、钴、钼锰、钴、钼，个别蛋白质还含有，个别蛋白质还含有碘碘 。 一、蛋白质的元素组成一、蛋白质的元素组成 目目 录录 蛋白质的含氮量平均为蛋白质的含氮量平均为1616。 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 6.25100 1/16% 蛋白质元素组成的特点：蛋白质元素组成的特点： 目目 录录 二、二、蛋白质的基本组成单位蛋白质的基本组成单位 氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位氨基酸是多肽与蛋白质的基本组成单位 目目 录录 1. 肽肽 键键(peptide bond) （一）蛋白质由氨基酸通过肽键连接形成链状结构（一）蛋白质由氨基酸通

5、过肽键连接形成链状结构 * 由一个氨基酸的由一个氨基酸的 -羧基与另一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的 -氨氨 基脱水缩合而形成的化学键基脱水缩合而形成的化学键。 三、蛋白质的基本结构特点三、蛋白质的基本结构特点 氨基酸通过肽键连结形成肽和蛋白质氨基酸通过肽键连结形成肽和蛋白质 目目 录录 NH2-CH-C H O OH 甘甘氨氨酸酸 NH2-CH-C H O OH 甘甘氨氨酸酸 NH-CH-C H OH O O H 甘甘氨氨酸酸 + -HOH 甘氨酰甘氨酸甘氨酰甘氨酸 肽键 NH2-CH-C-N-CH-C O OHHHH O NH2-CH-C-N-CH-C O OHHHH O 目目 录录 2.

6、 肽和蛋白质肽和蛋白质 * * 由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。由氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物。 O O O O O O NHNH2 2- -CHCH- -C CNHNH- -CHCH- -C CNHNH- -CHCH- -C C- -NHNH- -CHCH- -COOHCOOH R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn 目目 录录 氨基酸残基氨基酸残基(residue) 寡肽寡肽(oligopeptide) 多肽多肽(polypeptide) * * 肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全。肽链中的氨基酸分子因为脱水缩合而基团不全。 目目 录录 * 许多氨基酸之间以肽键连

7、接而成的一种许多氨基酸之间以肽键连接而成的一种 链状结构链状结构。 3. 多肽链多肽链(polypeptide chain) 主链结构主链结构: : 氨基酸残基通过肽键连接而成的结构。氨基酸残基通过肽键连接而成的结构。 侧链结构：侧链结构：氨基酸残基的氨基酸残基的R R基团结构。基团结构。 目目 录录 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 多肽链的两端多肽链的两端 O O O O O O NHNH2 2- -CHCH- -C CNHNH- -CHCH- -C CNHNH- -CHCH- -C C- -

8、NHNH- -CHCH- -COOHCOOH R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn 多肽链方向性多肽链方向性 目目 录录 N末端末端 C末端末端 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶 目目 录录 （二）（二）体内存在多种重要的生物活性肽体内存在多种重要的生物活性肽 1.谷胱甘肽是体内重要的还原剂谷胱甘肽是体内重要的还原剂 谷胱甘肽谷胱甘肽 (glutathione, GSH) 目目 录录 GSH过氧过氧 化物酶化物酶 H2O2 2GSH 2H2O GSSG GSH还原酶还原酶 NADPH+H+ NADP+ GSHGSH的巯基的巯基具有还原性：具有还原性：保护蛋白质或酶分子的巯基保护蛋白质或酶

9、分子的巯基 免遭氧化，维持蛋白质或酶活性状态。免遭氧化，维持蛋白质或酶活性状态。 GSHGSH与致癌剂或药物结合与致癌剂或药物结合 目目 录录 2. 寡肽或多肽激素寡肽或多肽激素 目目 录录 3. 神经肽神经肽 在神经传导过程中起重要作用的肽类称为在神经传导过程中起重要作用的肽类称为 神经肽神经肽(neuropeptide)。 脑啡肽脑啡肽(5肽肽)、-内啡肽内啡肽(31肽肽)和和强啡肽强啡肽(17肽肽)等。等。 孤啡肽孤啡肽(17肽肽)，其一级结构类似于强啡肽。，其一级结构类似于强啡肽。 目目 录录 蛋白质分子由氨基酸构成一条多肽链，蛋白质分子由氨基酸构成一条多肽链， 分子量大，能折叠成一定

10、的形状，形成具分子量大，能折叠成一定的形状，形成具 有空间结构的大分子。有空间结构的大分子。 O O O O O O NHNH2 2- -CHCH- -C CNHNH- -CHCH- -C CNHNH- -CHCH- -C C- -NHNH- -CHCH- -COOHCOOH R R1 1 R R2 2 R R3 3 RnRn 目目 录录 一级结构一级结构(primary structure) 二级结构二级结构(secondary structure) 三级结构三级结构(tertiary structure) 四级结构四级结构(quaternary structure) 高级高级 结构结构 （

11、三）蛋白质分子结构的四个层次（三）蛋白质分子结构的四个层次 1952年丹麦科学家年丹麦科学家Linderstrom-Lang建议建议 目目 录录 （一）概念：（一）概念： 蛋白质分子中从蛋白质分子中从N N端到端到C C端的氨基酸残基端的氨基酸残基排列顺序排列顺序。 四、蛋白质一级结构四、蛋白质一级结构 （primary structure） 化学键 肽键（主要化学键）、二硫键肽键（主要化学键）、二硫键 一级结构是蛋白质一级结构是蛋白质空间构象空间构象和特异生物学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唯一因素。但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。 细胞的环境因素影响蛋白

12、质分子的空间构象。细胞的环境因素影响蛋白质分子的空间构象。 目目 录录 （二）蛋白质一级结构是空间结构和功能的基础（二）蛋白质一级结构是空间结构和功能的基础 目目 录录 蛋白质数据库蛋白质数据库（GenebankGenebank）：）：NCBINCBI网站：网站： National Center for Biotechnology InformationNational Center for Biotechnology Information http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/ （三）一级结构比对用于同源蛋白质分析（三）

13、一级结构比对用于同源蛋白质分析 序列比对方法：序列比对方法：将将2个序列准确地对齐，使之达到相个序列准确地对齐，使之达到相 同序列最大化，插入或删除序列（不同序列）最小同序列最大化，插入或删除序列（不同序列）最小 化，然后计算相同的氨基酸数。化，然后计算相同的氨基酸数。 目目 录录 根据同源蛋白质序列相似程度分类根据同源蛋白质序列相似程度分类 同源蛋白：同源蛋白：同一基因进化（功能相似）而来的同一基因进化（功能相似）而来的 蛋白质，氨基酸蛋白质，氨基酸序列序列相似程度相似程度25%25%。 分类分类 序列相似程度序列相似程度 相同蛋白相同蛋白 95 % 亚家族亚家族 8095 % 家族家族 5

14、080% 超家族超家族 2550% 目目 录录 （四）蛋白质分类：（四）蛋白质分类： 1. 组成分类：组成分类： 单纯蛋白质（单纯蛋白质（simple protein） 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 （conjugated protein） 辅基辅基 （prosthetic group） 2.2.家族分类：家族分类： 根据蛋白质一级结构特点，氨基酸同源分析。根据蛋白质一级结构特点，氨基酸同源分析。 3.3.空间空间结构分类：结构分类： 模体、结构域、亚基分类。模体、结构域、亚基分类。 4.4.形状分类形状分类 目目 录录 分类分类 辅基辅

15、基 举例举例 脂蛋白脂蛋白 脂类脂类 血浆脂蛋白（血浆脂蛋白（VLDL、LDL、 HDL等）等） 糖蛋白糖蛋白 糖基或糖链糖基或糖链 胶原蛋白、纤连蛋白等胶原蛋白、纤连蛋白等 核蛋白核蛋白 核酸核酸 核糖体核糖体 磷蛋白磷蛋白 磷酸基团磷酸基团 酪蛋白（酪蛋白（casein） 血红素蛋白血红素蛋白 血红素（铁卟啉）血红素（铁卟啉） 血红蛋白、细胞色素血红蛋白、细胞色素c 黄素蛋白黄素蛋白 黄素核苷酸（黄素核苷酸（FAD、 FMN） 琥珀酸脱氢酶琥珀酸脱氢酶 金属蛋白金属蛋白 铁铁 铁蛋白铁蛋白 锌锌 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶 钙钙 钙调蛋白钙调蛋白 锰锰 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶 铜铜 细胞色素氧

16、化酶细胞色素氧化酶 结合蛋白质及其辅基结合蛋白质及其辅基 目目 录录 第二节第二节 肽、蛋白质的高级结构肽、蛋白质的高级结构 Three Dimentional Structure of Peptides and Proteins 目目 录录 一、蛋白质的二级结构一、蛋白质的二级结构 蛋白质分子中某一段肽链的局部蛋白质分子中某一段肽链的局部 空间结构空间结构，即该段肽链即该段肽链主链骨架原子主链骨架原子 的相对空间位臵的相对空间位臵，并不涉及氨基酸残并不涉及氨基酸残 基侧链的构象基侧链的构象。 定义定义 主要的化学键主要的化学键： 氢键氢键 目目 录录 （一）（一）肽键是一个刚性的平面（肽键平

17、面）肽键是一个刚性的平面（肽键平面） 键长：键长： CN：0.149 C=N：0.127 肽键：肽键：0.132 肽键具有部分双键性质肽键具有部分双键性质 O O CC NC CC = N+C H H 目目 录录 肽单元肽单元(peptide unit) 参与肽键的参与肽键的6 6个原子个原子C C 1 1、C C、 O O、N N、H H、C C 2 2位于同一平位于同一平 面，构成肽单元。面，构成肽单元。 目目 录录 肽键有部分双键性质肽键有部分双键性质 1） 肽键比一般肽键比一般C-N键键短短，且，且不能自由旋转不能自由旋转 2）肽键原子及相邻的）肽键原子及相邻的 碳原子组成碳原子组成肽

18、平面肽平面 3） 相邻的相邻的 碳原子呈碳原子呈反式反式构型构型 目目 录录 H O R2 H H O R4 H H NH2CC = NCC = N CC = NCC = N CCOOH R1 H H O R3 H H O R5 目目 录录 -螺旋螺旋 ( -helix ) -折叠折叠 ( -pleated sheet ) -转角转角 ( -turn ) -环（环（ -loop）：）： 无规卷曲无规卷曲 ( random coil ) （二）（二）蛋白质二级结构的主要形式：蛋白质二级结构的主要形式： 维系二级结构的主要化学键：维系二级结构的主要化学键： 氢键氢键 肽键平面通过肽键平面通过C C

19、 旋转或折叠旋转或折叠形成的主链形成的主链结构。结构。 目目 录录 1 1、 - -螺旋螺旋 目目 录录 目目 录录 - -螺旋是常见的蛋白质二级结构螺旋是常见的蛋白质二级结构 - -螺旋螺旋：多肽链肽键平面通过多肽链肽键平面通过C C 旋转旋转， 形成一种螺旋的结构。形成一种螺旋的结构。 目目 录录 目目 录录 结构特点结构特点: : 以肽键平面为单位以肽键平面为单位,右手螺旋右手螺旋； 每螺旋圈每螺旋圈3.6个氨基酸残基，螺距个氨基酸残基，螺距 0.54nm ； 氢键氢键保持螺旋结构的稳定，氢键保持螺旋结构的稳定，氢键 的方向与螺旋长轴基本平行；的方向与螺旋长轴基本平行； 氨基酸氨基酸侧链

20、侧链伸向螺旋外侧，并影伸向螺旋外侧，并影 响响螺旋的形成和稳定。螺旋的形成和稳定。 两性特点：两性特点：每每隔隔3 34 4个个aaaa有有1 1个极性个极性 或非极性或非极性aaaa，肽链具有亲水性或疏，肽链具有亲水性或疏 水性。水性。 目目 录录 2 2、 - -折叠折叠 - -折叠：折叠：多肽链肽键平面通过多肽链肽键平面通过C C 折叠折叠， 形成一种伸展形的形成一种伸展形的折纸状结构。折纸状结构。 目目 录录 目目 录录 特征：特征： 多肽链较多肽链较伸展伸展，呈锯齿状，氨基酸残，呈锯齿状，氨基酸残 基基侧链侧链交替地位于锯齿状结构的上交替地位于锯齿状结构的上 下方；下方； 两条以上肽

21、链或一条肽链内的若干肽两条以上肽链或一条肽链内的若干肽 段，两条肽链走向可相同，也可相段，两条肽链走向可相同，也可相 反。反。 平行：平行：N N端到端到C C端同方向，肽链间距端同方向，肽链间距 0.65nm0.65nm； 反平行反平行: : N N端到端到C C端不同方向端不同方向, , 肽链间肽链间 距距0.70nm0.70nm。 氢键氢键稳固稳固 折叠结构。折叠结构。 目目 录录 蛋白质的二级结构主要以蛋白质的二级结构主要以螺旋和螺旋和 -折叠为主，折叠为主，许许 多蛋白质既有多蛋白质既有螺旋又有螺旋又有 -折叠。折叠。 目目 录录 3、 -转角（转角（ -turn） - -转角：转角

22、：肽链肽链1801800 0回折，回折角形成的结构。回折，回折角形成的结构。 4 4个氨基酸残基个氨基酸残基组成组成 氢键维系稳定氢键维系稳定( (第第1 1个残基个残基 的的C=0 C=0 与第与第4 4个残基的个残基的 N N- -H H形成氢键形成氢键) ) 第二个残基常为第二个残基常为脯氨酸脯氨酸 目目 录录 4 4、 - -环（环（omega loopomega loop）：）： 出现在出现在螺旋或螺旋或 -折叠之间折叠之间 的结构。比的结构。比 -转角的氨基酸转角的氨基酸 多，规律性不很明确。多，规律性不很明确。 5、 无规卷曲：无规卷曲： 没有确定规律性的部分肽链结构。没有确定规

23、律性的部分肽链结构。 目目 录录 （三）氨基酸残基侧链对二级结构形成的影响（三）氨基酸残基侧链对二级结构形成的影响 R R基团电荷基团电荷影响影响 螺旋的形成：螺旋的形成： 酸或碱性氨基酸集中的区域，同性相斥，不利酸或碱性氨基酸集中的区域，同性相斥，不利 螺旋。螺旋。 R R基团大小基团大小影响影响 螺旋的形成：螺旋的形成： PhePhe、TryTry、IleIle集中的区域，不利集中的区域，不利 螺旋。螺旋。 GlyGly，ProPro不能形成典型的不能形成典型的 螺旋。螺旋。 折叠的氨基酸折叠的氨基酸R R基团较小。基团较小。 目目 录录 （四）（四） 模体模体(motif) 在许多蛋白质

24、分子中，二个或三个具有二级结构的肽在许多蛋白质分子中，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，具有段，在空间上相互接近，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。 在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽在许多蛋白质分子中，二个或三个具有二级结构的肽 段，在空间上相互接近，形成一个段，在空间上相互接近，形成一个有规则的二级结构组合，有规则的二级结构组合， 被称为被称为超二级结构超二级结构。 超二级结构超二级结构 模体模体 目目 录录 -Loop 目目 录录 钙结合蛋白的模体钙结合蛋白的模体 （ 螺旋螺旋- -环环- - 螺旋）螺

25、旋） 在环在环( (无规卷曲无规卷曲) )中亲水侧中亲水侧 链的氧原子通过氢键与链的氧原子通过氢键与 CaCa2+ 2+结合。 结合。 常见的模体结构常见的模体结构 目目 录录 钙结合蛋白中结钙结合蛋白中结 合钙离子的模体合钙离子的模体 锌指结构锌指结构 DNADNA结合蛋白的模体结合蛋白的模体 （锌指结构）（锌指结构） 1 1个个 螺旋，两个反平行螺旋，两个反平行 - -折折 叠组成，形似手指。叠组成，形似手指。 N N- -末端末端1 1对对CysCys， C C- -末端末端1 1对对HisHis， 容纳结合一个容纳结合一个Zn2+Zn2+。 螺旋能镶嵌于螺旋能镶嵌于DNADNA的大沟的

26、大沟 中，与中，与DNADNA结合。结合。 目目 录录 亮氨酸拉链模体亮氨酸拉链模体 （leucine zippers，LZ） “两性”两性” 螺旋螺旋，隔，隔6 6个个aaaa， 1 1个个LeuLeu， LeuLeu侧链位侧链位 螺旋螺旋 一侧，亲水侧链位另一侧。一侧，亲水侧链位另一侧。 两条两条 螺旋平行螺旋平行，LeuLeu像拉像拉 链样紧密交错结合，形成链样紧密交错结合，形成 二聚体，称为“拉链”结二聚体，称为“拉链”结 构。构。 目目 录录 二、蛋白质三级结构二、蛋白质三级结构 （一）（一）三级结构是指整条多肽链的空间分布三级结构是指整条多肽链的空间分布 三级结构：三级结构：整条肽

27、链中全部氨基酸残基的相对空间整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间 位臵。即肽链中所有原子在三维空间的排布位臵。位臵。即肽链中所有原子在三维空间的排布位臵。 包括主链和侧链原子。包括主链和侧链原子。 具有功能作用的完整蛋白质分子。具有功能作用的完整蛋白质分子。 多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成多肽链在二级结构基础上进一步折叠形成 目目 录录 目目 录录 肌红蛋白肌红蛋白 (Mb) 的三级结构的三级结构 N 端端 C 端端 MbMb的结构特点：的结构特点： 153个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成 球状单链蛋白分子。球状单链蛋白分子。 8个个螺旋占螺旋占75%，间，间 隔无规卷曲。隔无规卷曲。 含

28、含1个血红素辅基个血红素辅基 目目 录录 主要化学键：主要化学键：非共价键非共价键 疏水键、离子键疏水键、离子键( (盐键盐键) )、氢键和、氢键和 Van der Van der WaalsWaals力。力。 以以疏水键疏水键为主要作用，不牢固，易被破坏。为主要作用，不牢固，易被破坏。 （二）（二）维持三级结构稳定主要依靠非共价键维持三级结构稳定主要依靠非共价键 目目 录录 目目 录录 （三）（三）三级结构可含有功能各异的三级结构可含有功能各异的结构域结构域 磷酸甘油醛脱氢酶的磷酸甘油醛脱氢酶的NADNAD+ +结合结构域结合结构域和和催化结构域催化结构域 结构域：结构域：蛋白质分子折叠形成

29、相对致密的，具有蛋白质分子折叠形成相对致密的，具有 一定功能作用的局部区域，称为结构域。一定功能作用的局部区域，称为结构域。 结构域是蛋白质的活性部位，是结构域是蛋白质的活性部位，是蛋白质局部肽蛋白质局部肽 链所有原子排布链所有原子排布。 目目 录录 纤连蛋白分子的结构域纤连蛋白分子的结构域 目目 录录 根据结构域可将球状蛋白质分为根据结构域可将球状蛋白质分为4类：类： 反平行反平行螺旋结构域（全螺旋结构域（全-结构）结构） 平行或混合型平行或混合型折叠片结构域（折叠片结构域（，-结构）结构） 反平行反平行折叠片结构域折叠片结构域(全全-结构结构) 富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构）

30、富含金属或二硫键结构域（不规则小蛋白质结构） 目目 录录 A. A. 全全 - -结构域结构域 B. B. 平行或混合型平行或混合型 折叠片结构域折叠片结构域 C. C. 全全 - -结构域结构域 D. D. 富含二硫键结构域富含二硫键结构域 目目 录录 （四）分子伴侣（四）分子伴侣参与蛋白质的折叠参与蛋白质的折叠 分子伴侣分子伴侣(chaperone)： 能为其它能为其它蛋白质分子提供合适环境，使之蛋白质分子提供合适环境，使之 折叠成具有天然构象蛋白质的分子。折叠成具有天然构象蛋白质的分子。 参与蛋白质折叠的分子伴侣：参与蛋白质折叠的分子伴侣： 热休克蛋白、伴热休克蛋白、伴侣分子、核质蛋白侣

31、分子、核质蛋白。 目目 录录 目目 录录 主要是疏水作用，其次是氢键和离子键主要是疏水作用，其次是氢键和离子键 三、蛋白质的四级结构三、蛋白质的四级结构 含有二条或多条多肽链的蛋白质分子中，每一条含有二条或多条多肽链的蛋白质分子中，每一条 具有完整三级结构的多肽链。具有完整三级结构的多肽链。 蛋白质的亚蛋白质的亚 基基 蛋白质分子中各亚基的空间排布及亚基接触部位的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。布局和相互作用。 蛋白质的四级结蛋白质的四级结 构构 目目 录录 由由4 4个亚基组成个亚基组成。各亚各亚 基的三级结构与基的三级结构与MbMb极为相似极为相似。 每个亚基

32、结合一个血红素每个亚基结合一个血红素。 HbHb亚基之间通过亚基之间通过8 8对盐对盐 键键，使使4 4个亚基紧密结合个亚基紧密结合。 血红蛋白的四级结构血红蛋白的四级结构 目目 录录 胰岛素受体：胰岛素受体： 4个亚基组成个亚基组成(22) ， 亚基与亚基与亚基形成单体亚基形成单体 (monomer)， 2个单体形成二聚体个单体形成二聚体(dimer)。 目目 录录 血红蛋白的一、二、三、四级结构血红蛋白的一、二、三、四级结构 目目 录录 蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列蛋白质的一级结构是它的氨基酸序列 蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷蛋白质的二级结构是由氢键导致的肽链卷 曲与折叠曲与折

33、叠 Primary structure Secondary structure 目目 录录 蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维蛋白质的三级结构是多肽链自然形成的三维 结构结构 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 Polypeptide (single subunit of transthyretin) Transthyretin, with four identical polypeptide subunits Tertiary structure Quaternary structure 目目 录录 一级结构：一级结构：氨基酸的排列顺序，线性结构。氨基酸的排

34、列顺序，线性结构。 二级结构：二级结构：主链原子的主链原子的局部局部空间排布。空间排布。 超二级结构超二级结构: :几个二级结构的组合几个二级结构的组合 模体模体: :具有功能作用的超具有功能作用的超二级结构二级结构 三级结构：三级结构：主链和侧链原子的空间排布。主链和侧链原子的空间排布。 一条多肽链所有原子的空间排布。一条多肽链所有原子的空间排布。 结构域结构域:局部局部主链和侧链原子的空间排布主链和侧链原子的空间排布 四级结构：四级结构：多条多条肽链之间原子的空间排布。肽链之间原子的空间排布。 目目 录录 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 Structure an

35、d Function of Proteins 目目 录录 1、一级结构是空间构象的基础、一级结构是空间构象的基础 一、蛋白质一级结构与功能的关系一、蛋白质一级结构与功能的关系 牛核糖核酸酶牛核糖核酸酶 的一级结构的一级结构 二二 硫硫 键键 目目 录录 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 目目 录录 2 2、一级结构相似的蛋白质具有相似的高级、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 一级结构相似的多肽或蛋白质，其空间构一级结构相似的多肽或蛋白质，其

36、空间构 象以及功能也相似。象以及功能也相似。 差异的氨基酸不影响结构和功能，无关突差异的氨基酸不影响结构和功能，无关突 变。变。 目目 录录 胰岛素胰岛素 氨基酸残基序号氨基酸残基序号 A5 A6 A10 B30 人人 Thr Ser Ile Thr 猪猪 Thr Ser Ile Ala 狗狗 Thr Ser Ile Ala 兔兔 Thr Gly Ile Ser 牛牛 Ala Gly Val Ala 羊羊 Ala Ser Val Ala 马马 Thr Ser Ile Ala 哺乳动物胰岛素氨哺乳动物胰岛素氨基酸序列的差异基酸序列的差异 目目 录录 促肾上腺皮质激素促肾上腺皮质激素(ACTH)和

37、促黑激素和促黑激素(-MSH, -MSH)共有一段相同的氨基酸序列，因此，共有一段相同的氨基酸序列，因此，ACTH也也 可促进皮下黑色素生成但作用较弱。可促进皮下黑色素生成但作用较弱。 目目 录录 3 3、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 一级结构与物种进化间存在关系。一级结构与物种进化间存在关系。 同源蛋白的同源蛋白的氨基酸氨基酸序列相似性程度与功序列相似性程度与功 能相关。能相关。 目目 录录 细胞色素细胞色素c c一级结构与生物进化一级结构与生物进化 物种进化越接近的生物，细胞色素一级结构越相似物种进化越接近的生物，细胞色素一级结构越相似 细胞色素细胞色

38、素c c一级结构：一级结构： 人与黑猩猩：相同；人与黑猩猩：相同； 人与猕猴：人与猕猴：TyrTyr102 102： ：ArgArg102 102； ； 人与酵母：差人与酵母：差51aa51aa； 灰鲸与猪：差灰鲸与猪：差2aa2aa 目目 录录 4 4、重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病重要蛋白质氨基酸序列的改变可引起疾病 一级结构影响空间结构，影响蛋白质功能一级结构影响空间结构，影响蛋白质功能 例：镰刀形红细胞贫血例：镰刀形红细胞贫血: glu: GTA val: GAA N-val his leu thr pro glu glu C(146) HbS 肽链肽链 HbA 肽肽 链链 N-

39、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“分子病”。称为“分子病”。 目目 录录 目目 录录 二、蛋白质空间结构与功能的关系二、蛋白质空间结构与功能的关系 1 1、蛋白质、蛋白质功能需要功能需要完整的空间结构。完整的空间结构。 单亚基单亚基蛋白质蛋白质( (单聚体单聚体): ): 结构域没有完整的功能。结构域没有完整的功能。 多亚基蛋白质多亚基蛋白质( (寡聚体寡聚体): ): 三级结构没有完整的生理功能。三级结构没有完整的生理功能。 2 2、空间结构改变空间结构改变(变构变构),

40、功能改变。功能改变。 3、空间结构破坏、空间结构破坏(变性变性), 功能丧失。功能丧失。 目目 录录 1. 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)/血红蛋白血红蛋白(Hb)的结构的结构 含有血红素辅基含有血红素辅基 血红素结构：血红素结构： 铁卟啉化合物铁卟啉化合物: : 4 4个吡咯环，个吡咯环，4 4个甲炔基个甲炔基 2 2个个CHCH2 2CHCH2 2COOCOO- -与与aaaa连接连接 FeFe2+ 2+ 形成 形成 6 6个配位键个配位键： 4N4N、组、组aaaa、O O2 2 （三）血红蛋白构象与功能（三）血红蛋白构象与功能 目目 录录 目目 录录 肌红蛋白肌红蛋白(myoglobin，M

41、b) 单链蛋白质单链蛋白质，8 8段段 - - 螺旋结构螺旋结构。 肽链肽链F F8 8组氨酸组氨酸残基残基 与与FeFe2 2+ +形成配位结合形成配位结合。 目目 录录 目目 录录 血红蛋白血红蛋白( (hemoglobin，Hb) ) 4个亚基组成个亚基组成。亚基亚基 三级结构与三级结构与Mb相似相似。 Hb亚基之间通过亚基之间通过8 对离子键对离子键，紧密结合紧密结合。 目目 录录 氧合氧合Hb：Hb(Mb)与与O2结结 合后的合后的Hb (Mb) 。 百分饱和度：百分饱和度：氧合氧合Hb(Mb) 占总占总Hb(Mb)的百分数的百分数。 氧解离曲线：氧解离曲线：氧分压与氧氧分压与氧 百

42、分数的关系曲线百分数的关系曲线。 2. 血红蛋白亚基构象变化影响结合血红蛋白亚基构象变化影响结合氧能力氧能力 氧氧 百百 分分 饱饱 和和 度度 氧分压氧分压 肌红蛋白肌红蛋白(Mb)和血红蛋白和血红蛋白(Hb)的的氧解离曲线氧解离曲线 目目 录录 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 Mb: 呈直角双曲线呈直角双曲线 MB易与易与O2结合结合 Hb: 呈呈S状曲线状曲线 O2分压低时：分压低时：Hb 不易与不易与O2结合；结合； O2分压升高：逐渐分压升高：逐渐 增强结合力。增强结合力。 氧氧 百百 分分 饱饱 和和 度度 氧分压氧分压 目目 录录 紧

43、密型（紧密型（T态）态）： 盐键连接，亚基紧密结合，盐键连接，亚基紧密结合，O2亲合力低。亲合力低。 松弛型（松弛型（R态）：态）： 盐键断裂，亚基松弛结合，盐键断裂，亚基松弛结合，O2亲合力高。亲合力高。 目目 录录 目目 录录 目目 录录 亚基与亚基与O2结合，盐键断裂；结合，盐键断裂； Hb逐渐从逐渐从T态转变为态转变为R态；态； 与与O2亲合力逐渐提高。亲合力逐渐提高。 Hb的第一个亚基与的第一个亚基与O2结合，结合， 促进第二个亚基与促进第二个亚基与O2结合。结合。 目目 录录 协同效应协同效应(cooperativity)(cooperativity) 一个多聚体蛋白质的一个亚基与

44、配体结合，能一个多聚体蛋白质的一个亚基与配体结合，能 影响此多聚体的另一个亚基与配体结合，这种现象影响此多聚体的另一个亚基与配体结合，这种现象 称为称为协同效应协同效应。 正协同效应正协同效应(positive cooperativity) 负协同效应负协同效应(negative cooperativity) Hb的第一个亚基与的第一个亚基与O2结合，结合， 促进第二个亚基与促进第二个亚基与O2结合。结合。 目目 录录 O2 血红素与血红素与O2结合结合 后后， 铁原子半径变小铁原子半径变小， 进入卟啉环的小孔中进入卟啉环的小孔中， 肽链位置变动肽链位置变动,影影 响其它亚基的构象响其它亚基的

45、构象,使使 其它亚基结合其它亚基结合O2能力能力 增强增强。 目目 录录 目目 录录 别构效应别构效应(allosteric effect) 蛋白质空间结构的改变伴随其功能蛋白质空间结构的改变伴随其功能 的变化的变化，称为称为别构效应别构效应（变构效应变构效应）。 协同效应是由于蛋白质的协同效应是由于蛋白质的别构效应别构效应引起的。引起的。 目目 录录 血红蛋白构象与功能血红蛋白构象与功能 构象：构象：T T型、型、R R型型 功能：功能：T T型：型：O O2 2亲和力低；亲和力低； R R型：型：O O2 2亲和力高。亲和力高。 变构效应：变构效应：O O2 2结合结合T T型型HbHb的亚基，肽链移位，的亚基，肽链移位， 盐键断裂，盐键断裂，T T型转变为型转变为R R型。型。 协同效应：协同效应：O O2 2结合第一个亚基，引起结合第一个亚基，引起O O2 2与第与第 二个亚基结合亲和力增强。二个亚基结合亲和力增强。 目目 录录 四、蛋白质构象改变与四、蛋白质构象改变与构象病构象病 蛋白质构象疾病：蛋白