生物化學1第一章蛋白質化學zjg(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 69 ? （ 3）抗菌肽 是生物體內經誘導產生的一種具有生物活性的小分子多肽。 ? 青霉素 （ Benzylpenicillin / Penicillin）又被稱為青霉素 G、盤尼西林、青霉素鈉、芐青霉素鈉、青霉素鉀、芐青霉素鉀。 ? 青霉素是抗菌素的一種，是指從青霉菌培養液中提制的分子中含有青霉烷、能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素，是第一個能夠治療人類疾病的抗生素。 ? 青霉素類抗生素屬 β內酰胺類抗生素 。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 70 ? （ 4）腦肽 ? 有鎮痛作用而又不會像嗎啡，使病人成癮的藥物，中科院上海生化所 1982年利用蛋白質工程技術成功地合成 Leu— 腦啡肽。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 71 ? （ 5）膽囊收縮素 ? 由 33個氨基酸組成 ? （ 6）胰高血糖素 ? 胰臟 α 細胞分泌，它含有 29個氨基酸殘基。 ? 胰高血糠素可調節控制肝糖原降解產生葡萄糖、以維持血施水平，還能引起血管疏張，抑制腸的蠕動及分泌。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 72 ? 蛋白質是 由一條或多條多肽 (polypeptide)鏈以特殊方式結合而成的生物大分子。 ? 蛋白質與多肽并無嚴格的界線，通常是 將分子量在 6000道爾頓以上的多肽稱為蛋白質。 ? 蛋白質分子量變化范圍很大 , 從大約 6000到100萬道爾頓甚至更大。 二、 蛋白質的分子結構概述 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 73 （二）蛋白質的構象和蛋白質結構的組織層次 ? 每一種天然蛋白質都有自己 特有的空間結構或稱三維結構， 這種三維結構通常被稱為蛋白質的構象 。 ? 為了表示蛋白質結構的不同組織層次，一般采 用下列專門術語： ? 一級結構（ primary structure) ? 二級結構（ secondary structure) ? 三級結構 (tertiary structure) ? 四級結構（ quarternary structure) 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 74 蛋白質結構層次 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 75 三 、 蛋白質的一級結構 （ 共價結構 ） ： ? 概念 ? 蛋白質分子中氨基酸殘基的種類 、 數量 、 連接方式和排列順序稱為一級結構 。 ? 是蛋白質的基本結構 ， 它是由基因 （ 遺傳信息 、遺傳密碼 ） 決定的 。 ? 涉及的化學鍵是 肽鍵 和少量的 二硫鍵 。 ? 從分子水平上研究蛋白質的結構和功能 ， 為蛋白質的人工合成奠定了物質基礎 。 ? 診斷遺傳病 、 合成基因探針等高新技術的研究具有重要意義 。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 76 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 77 ?二級結構：是多肽主鏈本身在空間的排列 ,或規則的幾何走向 、 折疊和盤繞的方式 。 ?不涉及側鏈的結構 。 ?氫鍵 等次級鍵是維持二級結構穩定的作用力 。 ?蛋白質的二級結構單位 ， 主要有： ?α 螺旋 、 β 折疊 、 β 轉角 、 無規卷曲 等 。 四、 蛋白質的二級結構 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 78 （ 一 ） α螺旋結構 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 79 蛋白質 α 螺旋結構 ?右手螺旋 (順時針 )。 ?肽鏈的主鏈形成緊密的螺旋 ,側鏈伸向外側，每一圈包含 ,每個殘基跨距為 ,螺旋上升一圈的距離 (螺距 )為 =，環內原子數 13。 ?螺旋通過氫鍵維持穩定。第一個肽鍵的 NH和第四個肽鍵的 CO形成氫鍵 ,第 n個肽鍵的 NH和第 n+3個肽鍵的 CO形成氫鍵。氫鍵取向與主軸基本平行。 α 螺旋結構形成的限制因素 ?凡是有 Pro存在的地方 ,不能形成。因 Pro形成的肽鍵 N原子上沒有 H,不能形成氫鍵。 ?靜電斥力。若一段肽鏈有多個 Glu或 Asp相鄰 ,則因 pH= ,防礙 α 螺旋的形成 。同樣多個堿性氨基酸殘基在一段肽段內 ,正電荷相斥 ,也防礙 α 螺旋的形成。 ?位阻。如 Asn、 Leu側鏈很大，防礙 α 螺旋的形成。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 80 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 81 蛋白質 β— 折疊 結構 （二） β 折迭又叫 β 折迭片或 β 片層結構，也是蛋白質分子中常見的主鏈構象之一。所謂β 折迭是兩條或兩條以上充分伸展成鋸齒狀折迭構象的膚鏈側向聚集，按肽鏈的長軸方向平行并列，形成的折扇狀構象。 β 折迭構象靠相鄰肽鏈主鏈亞氨基（ NH）和羰基氧原子之間形成有規律的氫鍵聯結維系。 平行式 N端 N端 平行式與反平行式 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 82 （三）蛋白質的 β 轉角結構 又叫 U型回折、 β 轉彎或發夾結構。是近年來在球狀蛋白質分子中發現的一種主鏈構象。球狀蛋白質分子主鏈在盤曲折迭運行中往往發生 180176。 的急轉彎，這種回折部位的構象即所謂 β 轉角。 β 轉角是由 4個連續的殘基組成的，第一個殘基的羰基與第四個殘基的亞氨基間形成氫鍵聯結，穩定構象。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 83 二級結構的多元性 球狀蛋白質分子的二級結構一般都不是單一構象。主鏈的不同段落構象不同，多種構象單元交替連接組成整條肽鏈的二級構象。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 84 ? 超二級結構： ? 由兩個以上二級結構單元相互聚集形成的有規則的二級結構的組合體如 αα、 βαβ、 βββ。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 85 ? 五、蛋白質的三級結構 ? （一）概念 ? 三級結構是在二級結構的基礎上進一步盤繞、折疊，形成的包括主鏈和側鏈構象在內的特定空間結構。 ? 也指多肽鏈中所有原子和基團的構象，也包括所有主鏈和側鏈的結構。 ? 三級結構主要是靠氨基酸側鏈之間的 氫鍵、疏水鍵、范德華力和靜電作用 維持的。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 86 （ 二 ） 結構域： 大的球蛋白分子中 ， 多肽鏈形成幾個緊密的球狀構象 ， 彼此以松散的肽鏈相連 ， 此球狀構象是結構域 ， 結構域是多肽鏈的獨立折疊單位 ， 一般由100200個氨基酸殘基構成 。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 87 結構域 有些較大的球狀蛋白質分子或亞基，常常先由幾個二級結構單元組合在一起形成超二級結構，以此作為形成三級結構的實體，這些超二級結構實體稱為結構域，又叫轄區。結構域進一步締合則形成近似球形的三級結構。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 88 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 89 蛋白質的三級結構 ? 蛋白質分子在一、二級結構基礎上，再進行三維空間的多向性盤曲折迭。形成特定的近似球狀的構象，稱為蛋白質分子的三級結構。 ? 三級結構包括蛋白質分子主鏈和側鏈所有原子或原子團的空間排布關系。 蛋白質三級結構的構象特點 （ 1）三級結構構象近似球形。 （ 2）分子中的親水基團相對集中在球形分子的表面，疏水基團相對集中在分子內部，形成所謂 “ 親水表面，疏水核 ” 。 （ 3）三級結構構象的穩定性主要靠疏水相互作用維系。親水表面能吸附形成厚厚的水化膜和雙電層，對蛋出質分子構象起很好的保護作用。 （ 4）三級結構形成之后，蛋白質分子的生物活性部位就形成了。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 90 六、蛋白質四級結構 ? （一）概念 ? 由 兩條或多條具有三級結構的多肽鏈通過次級鍵締合形成的聚集體稱為蛋白質的四級結構 。 ? 其中每一個具有三級結構的多肽鏈單位稱為 亞基（ subunit）。 ? 蛋白質的四級結構包括亞基的種類，數目及各個亞基在寡聚蛋白中的空間排布和亞基之間的互相作用。但不涉及亞基內部結構。 ? 蛋白質亞基之間主要通過 疏水作用、氫鍵、范德華力 等作用力形成四級結構，其中最主要的是疏水作用。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 91 ? 蛋白質分子的 亞基數目一般為偶數 ，大多數蛋白質含 2個或 4個亞基，亞基可以是相同的或不同。 ? 由兩個或兩個以上亞基組成的蛋白質稱為寡聚蛋白質，無四級結構的蛋白質稱為單體蛋白質。 ? （二）亞基與蛋白質生物活性的關系 ? 亞基單獨存在時無生物活性，只有相互聚合成特定構象時才有完整的生物活性。 ? 如血紅蛋白是由 4個亞基構成的四聚體，其中兩個 α 亞基，兩個 β亞基。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 92 蛋白質的四級結構 有些球狀蛋白質分子是由兩個或兩個以上的三級結構單位締合而織成的，通常稱為寡聚蛋白。寡聚蛋白分子中的每個三級結構單位稱為一個 亞基 （或亞單位）。 所謂蛋白質分子的四級結構就是指寡聚蛋白質分子中亞基與亞基間的立體排布及相互作用關系，亞基的數目和類型也屬四級結構研究的內容，但不涉及亞基本身的構象。 兩個亞基的結構 血紅蛋白 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 93 寡聚蛋白質分子的亞基組成 據統計，已經研究過的寡聚蛋白質分子達 700多種。它們的亞基數目差別很大，少則幾個，多則十幾個，數十個。大多數寡聚蛋白質是由偶數亞基組成的。其中，兩個或四個亞基者最多。奇數亞基的分子很少見。 亞基類別組成有兩種類型。一種是由相同亞基組成的均一寡聚蛋白，如過氧化氫酶，是由四個相同亞其組成的四聚體，每個亞基的一、二、三級結構都相同，功能也相同。另一種是由結構不同的亞基組成的非均 — 寡聚蛋白，如血紅蛋白（ α 2β 2）。 維持四級結構穩定的因素為各亞基之間的作用力如氫鍵、離子鍵、疏水鍵。 含有四級結構的蛋白質，單獨的亞基一般沒有生物學功能，只有完整的四級結構才有生物學功能。 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 94 蛋白質的一、二、三、四級結構 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 95 （三）維系蛋白質分子構象的作用力 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 96 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 97 （ 一 ） 蛋白質的相對分子量 ? 測分子量的方法： ? 化學組成法測定最低分子量 ? 超速離心法 ? 分子篩層析法 ? SDSPAGE法 ? 沉降系數法 ? 沉降平衡法 七、 蛋白質的性質 2022/2/13 ZhangJGBiochemistry 98 ? （二）蛋白質的旋光性 ? 蛋白質分子的旋光性是由構成他的各種氨基酸旋光度和 α螺旋結構所決定的。 ? 通常蛋白質溶液是右旋的，但變性后 螺旋結構松開，其左旋性增大。利用這一性質可推算蛋白質分子中 α螺旋結構的百分含量。 ? （三）蛋白質的紫外光吸收 ? 大多數蛋白質含有酪氨酸、苯丙氨酸和色氨酸，因此蛋白質在 280nm有最大光吸收。利用這一性質可用紫外分光光度法測定溶液中蛋白質的