1、第一章第一章 蛋白質的結構與功能蛋白質的結構與功能structure and function of protein一一 、蛋白質的概念、蛋白質的概念 蛋白質是由許多氨基酸通過肽鍵相連蛋白質是由許多氨基酸通過肽鍵相連形成的高分子含氮化合物。形成的高分子含氮化合物。二、蛋白質的生物學意義二、蛋白質的生物學意義 1.蛋白質是生物體重要的組成成分蛋白質是生物體重要的組成成分 分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；分布廣：所有器官、組織都含有蛋白質；細胞的各個部分都含有蛋白質。細胞的各個部分都含有蛋白質。 含量高：蛋白質是細胞內最豐富的有機含量高：蛋白質是細胞內最豐富的有機分子，占人體干重的分子，占人體

2、干重的45%。2. 蛋白質有重要的生物學功能蛋白質有重要的生物學功能1）作為生物催化劑（酶）；）作為生物催化劑（酶）；2）代謝調節作用；）代謝調節作用；3）免疫保護作用；）免疫保護作用；4）物質的轉運和儲存；）物質的轉運和儲存；5）運動與支持作用；）運動與支持作用；6）參與細胞間信息傳遞。）參與細胞間信息傳遞。 第一節第一節 蛋白質的分子組成蛋白質的分子組成the molecular component of protein蛋白質的元素組成蛋白質的元素組成 主要含有碳、氫、氧、氮及硫。主要含有碳、氫、氧、氮及硫。 有些蛋白質還含有磷、鐵、銅、鋅、有些蛋白質還含有磷、鐵、銅、鋅、錳、鈷及鉬等。錳

3、、鈷及鉬等。 蛋白質元素組成的特點蛋白質元素組成的特點 蛋白質的含氮量接近，平均為蛋白質的含氮量接近，平均為16%。 測定生物樣品含氮量可推算出蛋白質測定生物樣品含氮量可推算出蛋白質 大致含量。大致含量。 100克樣品中蛋白質的含量（克樣品中蛋白質的含量（g%） = 每克樣品含氮克數每克樣品含氮克數 6.25 100 蛋白質的基本組成單位蛋白質的基本組成單位 - 氨基酸氨基酸 氨基酸是蛋白質的基本組成單位。氨基酸是蛋白質的基本組成單位。自然界存在自然界存在300余中氨基酸，組成蛋白質余中氨基酸，組成蛋白質的氨基酸僅有的氨基酸僅有20種，且均為種，且均為l- - 氨基酸氨基酸 (除甘氨酸外除甘氨

4、酸外)。 氨基酸的分類氨基酸的分類 1. 非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸 2. 極性中性氨基酸極性中性氨基酸 3. 酸性氨基酸酸性氨基酸 4. 堿性氨基酸堿性氨基酸 非極性疏水性氨基酸非極性疏水性氨基酸 甘氨酸甘氨酸 glycine gly g 5.97丙氨酸丙氨酸 alanine ala a 6.00纈氨酸纈氨酸 valine val v 5.96亮氨酸亮氨酸 leucine leu l 5.98異亮氨酸異亮氨酸 isoleucine ile i 6.02苯丙氨酸苯丙氨酸 phenylalanine phe f 5 .48脯氨酸脯氨酸 proline pro p 6.30 2中性極性氨

5、基酸中性極性氨基酸 色氨酸色氨酸 tryptophan trp w 5.89 絲氨酸絲氨酸 serine ser s 5.68 酪氨酸酪氨酸 tyrosine tyr y 5.66 半胱氨酸半胱氨酸 cysteine cys c 5.07 甲硫氨酸甲硫氨酸 methionine met m 5.74 (蛋氨酸蛋氨酸) 天冬酰胺天冬酰胺 asparagine asn n 5.41 谷胺酰胺谷胺酰胺 glutamine gln q 5.65 蘇氨酸蘇氨酸 threonine thr t 5.603. 酸性氨基酸酸性氨基酸天冬氨酸天冬氨酸 aspartic acid asp d 2.97谷氨酸谷氨酸

6、 glutamic acid glu e 3.2244. 堿性氨基酸堿性氨基酸 賴氨酸賴氨酸 lysine lys k 9.74精氨酸精氨酸 arginine arg r 10.76組氨酸組氨酸 histidine his h 7.59胱氨酸與二硫鍵胱氨酸與二硫鍵（二）氨基酸的理化性質（二）氨基酸的理化性質1. 兩性解離及等電點兩性解離及等電點 氨基酸是兩性電解質，其解離方式及氨基酸是兩性電解質，其解離方式及帶電狀態取決于其所處溶液的酸堿度。帶電狀態取決于其所處溶液的酸堿度。 等電點等電點 在某一在某一ph條件下，氨基酸解離成陽離子和陰條件下，氨基酸解離成陽離子和陰離子的數量相等，分子呈電中性

7、，此時溶液的離子的數量相等，分子呈電中性，此時溶液的ph稱為該氨基酸的等電點。稱為該氨基酸的等電點。等電點等電點 在某一在某一ph條件下，氨基酸解離成陽離條件下，氨基酸解離成陽離子和陰離子的數量相等，分子呈電中性，此子和陰離子的數量相等，分子呈電中性，此時溶液的時溶液的ph稱為該氨基酸的等電點。稱為該氨基酸的等電點。2. 氨基酸的紫外吸收氨基酸的紫外吸收 酪氨酸、色氨酸含有共軛雙鍵，具有酪氨酸、色氨酸含有共軛雙鍵，具有吸收紫外光的特性，在吸收紫外光的特性，在280nm處有最大處有最大吸收峰。蛋白質在吸收峰。蛋白質在280nm處的紫外吸收與處的紫外吸收與濃度成正比，可用于蛋白質的定量分析。濃度成

8、正比，可用于蛋白質的定量分析。二、氨基酸與多肽二、氨基酸與多肽 氨基酸通過肽鍵氨基酸通過肽鍵 相連接的形成多肽鏈。相連接的形成多肽鏈。 （一）肽鍵（一）肽鍵 一分子氨基酸的一分子氨基酸的-羧基與另一分子的羧基與另一分子的-氨基，脫水縮合形成的酰胺鍵（氨基，脫水縮合形成的酰胺鍵（-co-nh-）稱為肽鍵。稱為肽鍵。 肽與肽鍵肽與肽鍵肽鍵是蛋白質中的主要化學鍵肽鍵是蛋白質中的主要化學鍵 一條多肽鏈含有一條多肽鏈含有2個游離的末端個游離的末端 氨基末端（氨基末端（amino terminal） 羧基末端（羧基末端（carboxyl terminal） 多肽鏈的序號從多肽鏈的序號從n端計算，書寫時將端

9、計算，書寫時將n端寫于左側，用端寫于左側，用h2n-或或h-表示；表示；c端用端用-cooh或或-oh表示。表示。氨基酸殘基：氨基酸殘基： 肽鏈中的氨基酸分子因形成肽鍵失去肽鏈中的氨基酸分子因形成肽鍵失去部分基團，稱為氨基酸殘基。部分基團，稱為氨基酸殘基。生物活性肽類生物活性肽類 由幾個至幾十個氨基酸殘基組成由幾個至幾十個氨基酸殘基組成 1.谷胱甘肽谷胱甘肽 谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成，谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸組成，簡稱為谷胱甘肽。簡稱為谷胱甘肽。 谷胱甘肽谷胱甘肽gsh 與與gssg間的相互轉換間的相互轉換 三、蛋白質的分類三、蛋白質的分類 1根據蛋白質分子的組成特點根據蛋白質分子的組成特

10、點 單純蛋白質和結合蛋白質單純蛋白質和結合蛋白質2根據分子形狀的不同根據分子形狀的不同 球狀蛋白和纖維狀蛋白球狀蛋白和纖維狀蛋白3根據蛋白質的主要功能根據蛋白質的主要功能 功能活性蛋白質和結構蛋白質。功能活性蛋白質和結構蛋白質。 第二節第二節 蛋白質的分子結構蛋白質的分子結構 蛋白質分子結構蛋白質分子結構 一級結構和空間結構一級結構和空間結構 (或三維結構或三維結構) 空間結構空間結構 蛋白質的二級、三級、四級結構。蛋白質的二級、三級、四級結構。一一、蛋白質的一級結構蛋白質的一級結構 氨基酸排列順序稱為蛋白質的一級結構。氨基酸排列順序稱為蛋白質的一級結構。 一級結構是蛋白質分子基本結構，決定一

11、級結構是蛋白質分子基本結構，決定蛋白質空間構象的基礎。蛋白質的空間蛋白質空間構象的基礎。蛋白質的空間構象則是實現其生物學功能的基礎。構象則是實現其生物學功能的基礎。 一級結構中的主要化學鍵是肽鍵。一級結構中的主要化學鍵是肽鍵。 牛胰島素的一級結構牛胰島素的一級結構 二二、蛋白質的空間結構蛋白質的空間結構 蛋白質在一級結構的基礎上，分子單鍵蛋白質在一級結構的基礎上，分子單鍵旋轉而盤曲、折疊形成特定空間構象。旋轉而盤曲、折疊形成特定空間構象。 蛋白質的構象包括主鏈構象和側鏈構象。蛋白質的構象包括主鏈構象和側鏈構象。 蛋白質的空間結構包括蛋白質的二級結構、蛋白質的空間結構包括蛋白質的二級結構、三級結

12、構和四級結構。三級結構和四級結構。（一）蛋白質的二級結構（一）蛋白質的二級結構 是指蛋白質分子中某一肽鏈的局部是指蛋白質分子中某一肽鏈的局部空間結構，即多肽鏈中主鏈原子的相對空間結構，即多肽鏈中主鏈原子的相對空間排列分布，而不涉及氨基酸殘基側鏈空間排列分布，而不涉及氨基酸殘基側鏈的空間排布。的空間排布。1.肽平面肽平面 肽鍵具有部分雙鏈性質，因此肽鍵肽鍵具有部分雙鏈性質，因此肽鍵不能自由旋轉，而使涉及肽鍵的不能自由旋轉，而使涉及肽鍵的6各原子各原子共處于同一平面，稱為肽鍵平面，又稱共處于同一平面，稱為肽鍵平面，又稱肽單元。肽單元。肽鍵平面示意圖肽鍵平面示意圖2. 蛋白質二級結構的主要構象形式蛋

13、白質二級結構的主要構象形式 -螺旋螺旋(-helix) -折疊折疊(-pleated sheet) -轉角轉角(-turn) 無規卷曲無規卷曲(random coil)-螺旋結構螺旋結構 （1）-螺旋螺旋 多肽鏈中的主鏈圍繞中心軸有規律的多肽鏈中的主鏈圍繞中心軸有規律的螺旋式上升，螺旋的走向為順時針方向，螺旋式上升，螺旋的走向為順時針方向，稱右手螺旋。稱右手螺旋。 氫鍵是維持氫鍵是維持-螺旋結構穩定的主要螺旋結構穩定的主要化學鍵?；瘜W鍵。 （2）-折疊折疊 -折疊呈折紙狀折疊呈折紙狀 多肽鏈充分伸展，各個肽單元以多肽鏈充分伸展，各個肽單元以c為旋轉點，依次折疊成鋸齒狀結構，氨為旋轉點，依次折疊

14、成鋸齒狀結構，氨基酸殘基側鏈交替地位于鋸齒狀結構的上基酸殘基側鏈交替地位于鋸齒狀結構的上下方。下方。-折疊折疊 （3）-轉角轉角 出現于肽鏈進行出現于肽鏈進行180o回折時的轉角部位。回折時的轉角部位。 由由4個氨基酸殘基組成，由第一個殘基的個氨基酸殘基組成，由第一個殘基的羰基羰基(o)與第四個殘基的氨基氧與第四個殘基的氨基氧(h)形成氫鍵，形成氫鍵，以維持轉折結構的穩定。以維持轉折結構的穩定。 第二個氨基酸殘基多為脯氨酸和甘氨酸。第二個氨基酸殘基多為脯氨酸和甘氨酸。-轉角轉角 （4）無規卷曲）無規卷曲 肽鏈為環或卷曲結構，沒有規律性排布，肽鏈為環或卷曲結構，沒有規律性排布，但是表現重要生物學

15、功用，稱為但是表現重要生物學功用，稱為“無規卷曲無規卷曲”。 由兩個或三個二級結構的肽段，在空間上由兩個或三個二級結構的肽段，在空間上相互接近，形成一個特殊的空間構象，相互接近，形成一個特殊的空間構象，被稱為模體。被稱為模體。 蛋白質模體示意圖蛋白質模體示意圖a.鈣結合蛋白中的結合鈣離子的模體鈣結合蛋白中的結合鈣離子的模體 b.鋅指結構鋅指結構（二）蛋白質的三級結構（二）蛋白質的三級結構 是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的是指整條肽鏈中全部氨基酸殘基的相對空間排布，即整條肽鏈所有原子在相對空間排布，即整條肽鏈所有原子在三維空間的排布位置。三維空間的排布位置。 主要靠次級鍵，包括氫鍵、離子鍵主要靠次

16、級鍵，包括氫鍵、離子鍵(鹽鍵鹽鍵)、疏水作用、范德華力、二硫鍵等。、疏水作用、范德華力、二硫鍵等。 維持蛋白質分子構象的各種化學鍵維持蛋白質分子構象的各種化學鍵a.氫鍵氫鍵 b. 離子鍵離子鍵 c.疏水作用疏水作用肌紅蛋白肌紅蛋白 （三）蛋白質的四級結構（三）蛋白質的四級結構 每一條具有完整三級結構的多肽鏈，每一條具有完整三級結構的多肽鏈，稱為亞基。各亞基之間以非共價鍵相互稱為亞基。各亞基之間以非共價鍵相互連接形成特定的三維空間構象，稱為連接形成特定的三維空間構象，稱為蛋白質的四級結構。蛋白質的四級結構。 維持四級結構的作用力主要是疏水維持四級結構的作用力主要是疏水作用，包括氫鍵、離子鍵及范德

17、華力等。作用，包括氫鍵、離子鍵及范德華力等。血紅蛋白血紅蛋白 由由2個個亞基和亞基和2個個亞基構成的四聚體，亞基構成的四聚體，每個亞基中都結合每個亞基中都結合1個血紅素輔基。個血紅素輔基。4亞基亞基通過通過8個離子鍵相連，形成血紅蛋白的四聚體。個離子鍵相連，形成血紅蛋白的四聚體。 完整的血紅蛋白分子具有運輸完整的血紅蛋白分子具有運輸o2和和co2的功能。的功能。蛋白質的四級結構蛋白質的四級結構 - 血紅蛋白結構血紅蛋白結構第三節第三節 蛋白質結構與功能的關系蛋白質結構與功能的關系 一、蛋白質的一級結構與功能的關系蛋白質的一級結構與功能的關系 蛋白質的功能是由其特定的構象所蛋白質的功能是由其特定

18、的構象所決定的，一級結構是空間構象的基礎。決定的，一級結構是空間構象的基礎。某些肽段一級結構（氨基酸組成）決定某些肽段一級結構（氨基酸組成）決定特定二級結構（特定二級結構（-螺旋或螺旋或-折疊）的形成。折疊）的形成。 哺乳類動物胰島素氨基酸序列的差異哺乳類動物胰島素氨基酸序列的差異 蛋白質一級結構中起關鍵作用的氨基酸蛋白質一級結構中起關鍵作用的氨基酸殘基缺失或被替代，可通過影響空間構象而殘基缺失或被替代，可通過影響空間構象而影響其生理功能。影響其生理功能。 例如血紅蛋白例如血紅蛋白亞基的第亞基的第6位谷氨酸被位谷氨酸被纈氨酸替代，可導致鐮刀形貧血。纈氨酸替代，可導致鐮刀形貧血。二、二、 蛋白質

19、的空間結構和功能的關系蛋白質的空間結構和功能的關系 蛋白質多種多樣的功能與各種蛋白質蛋白質多種多樣的功能與各種蛋白質特定的空間構象密切相關，所以蛋白質特定的空間構象密切相關，所以蛋白質構象是其生物活性的基礎。構象是其生物活性的基礎。 肌紅蛋白和血紅蛋白的結構肌紅蛋白和血紅蛋白的結構 肌紅蛋白與血紅蛋白都是含有血紅素肌紅蛋白與血紅蛋白都是含有血紅素輔基的蛋白質。輔基的蛋白質。 肌紅蛋白是一個只有三級結構的單鏈蛋白質，肌紅蛋白是一個只有三級結構的單鏈蛋白質，它的三級結構折疊方式使輔基血紅素能與它的三級結構折疊方式使輔基血紅素能與o2結合結合與解散，發揮儲氧的功能。與解散，發揮儲氧的功能。血紅素結構

20、血紅素結構血紅蛋白的構象變化與運氧功能血紅蛋白的構象變化與運氧功能 隨氧分壓增高，氧合隨氧分壓增高，氧合hb占總占總hb的百分數的百分數 隨之增加，這一變化關系稱為氧解離曲線。隨之增加，這一變化關系稱為氧解離曲線。肌紅蛋白與血紅蛋白的氧解離曲線肌紅蛋白與血紅蛋白的氧解離曲線 第四節第四節 蛋白質的理化性質蛋白質的理化性質一一、蛋白質的兩性解離蛋白質的兩性解離 蛋白質分子在一定的溶液蛋白質分子在一定的溶液ph條件下條件下可解離成帶負電荷或正電荷的基團?？山怆x成帶負電荷或正電荷的基團。 當蛋白質溶液處于某一當蛋白質溶液處于某一ph時，蛋白質時，蛋白質解離成正、負離子的趨勢相等，此時溶液解離成正、負

21、離子的趨勢相等，此時溶液的的ph稱為蛋白質的等電點。稱為蛋白質的等電點。 蛋白質在蛋白質在ph值低于或高于其值低于或高于其pi時帶有時帶有電荷，在電場的作用下移動，稱為電泳。電荷，在電場的作用下移動，稱為電泳。各種分子所帶凈電荷的多少及分子量大小各種分子所帶凈電荷的多少及分子量大小不同，在電場中移動速度也不同，可用不同，在電場中移動速度也不同，可用于檢測、分離蛋白質。于檢測、分離蛋白質。 二二、蛋白質的膠體性質蛋白質的膠體性質蛋白質是高分子化合物蛋白質是高分子化合物 維持蛋白質穩定性的重要因素有兩個：維持蛋白質穩定性的重要因素有兩個： 蛋白質膠體顆粒表面水化膜蛋白質膠體顆粒表面水化膜 蛋白質表面帶有同種電荷蛋白質表面帶有同種電荷 除去上述兩個穩定因素時，蛋白質從除去上述兩個穩定因素時，蛋白質從溶液中析出。溶液中析出。三三、蛋白質的變性、復性蛋白質的變性、復性1.變性變性 蛋白質在某些理化因素的作用下，空蛋白質在某些理化因素的作用下，空間構象