蛋白质的结构与功能一、什么是蛋白质? 蛋白质(protein) 是由许多氨基酸(amino acids) 通过肽键(peptide bond) 相连形成的高分子含氮化合物。二、蛋白质的生物学重要性1. 蛋白质是生物体重要组成成分分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞的各个部分都含有蛋白质。含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子，占人体干重的45 ％，某些组织含量更高，例如脾、肺及横纹肌等高达80 ％。蛋白质的分子组成The Molecular Component of Protein 组成蛋白质的元素主要有C、H、O、N和S。 有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有碘。蛋白质元素组成的特点由于体内的含氮物质以蛋白质为主，因此，只要测定生物样品中的含氮量，就可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含量：一、氨基酸 ——组成蛋白质的基本单位存在自然界中的氨基酸有300 余种，但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20 种，且均属L- 氨基酸（甘氨酸除外）。二、肽（二）几种生物活性肽1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH) 三、蛋白质的分类蛋白质的分子结构The Molecular Structure of Protein （二）血红蛋白的构象变化与结合氧Hb 与Mb 一样能可逆地与O2 结合，Hb 与O2 结合后称为氧合Hb 。氧合Hb 占总Hb 的百分数（称百分饱和度）随O2 浓度变化而改变。* 协同效应(cooperativity) 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能力的现象，称为协同效应。如果是促进作用则称为正协同效应(positive cooperativity) 如果是抑制作用则称为负协同效应(negative cooperativity) 变构效应(allosteric effect) 蛋白质空间结构的改变伴随其功能的变化，称为变构效应。第四节蛋白质的理化性质与分离纯化The Physical and Chemical Characters and Separation and Purification of Protein 定义蛋白质的一级结构指多肽链中氨基酸的排列顺序。一、蛋白质的一级结构主要的化学键肽键，有些蛋白质还包括二硫键。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。目录二、蛋白质的二级结构蛋白质分子中某一段肽链的局部空间结构，即该段肽链主链骨架原子的相对空间位置，并不涉及氨基酸残基侧链的构象。定义主要的化学键：氢键（一）肽单元参与肽键的6个原子C 1、C、O、N、H、C 2位于同一平面，C 1和C 2在平面上所处的位置为反式(trans) 构型，此同一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元( peptide unit) 。蛋白质二级结构的主要形式-螺旋( -helix )  -折叠( -pleated sheet ) -转角( -turn ) 无规卷曲( random coil )  （二）-螺旋目录（三）-折叠（四）-转角和无规卷曲-转角无规卷曲是用来阐述没有确定规律性的那部分肽链结构。（五）模体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，形成一个特殊的空间构象，被称为模体(motif) 。钙结合蛋白中结合钙离子的模体锌指结构（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋或β- 折叠，它就会出现相应的二级结构。三、蛋白质的三级结构疏水键、离子键、氢键和Van der Waals 力等。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。即肽链中所有原子在三维空间的排布位置。（一）定义目录肌红蛋白(Mb) N 端C 端纤连蛋白分子的结构域（二）结构域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，各行使其功能，称为结构域(domain) 。（三）分子伴侣分子伴侣(chaperon) 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。* 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，使肽链正确折叠。* 分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。* 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确形成起了重要的作用。亚基之间的结合力主要是疏水作用，其次是氢键和离子键。四、蛋白质的四级结构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，称为蛋白质的四级结构。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，称为蛋白质的亚基(subunit) 。血红蛋白的四级结构蛋白质结构与功能的关系The Relation of Structure and Function of Protein 第三节（一）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牛核糖核酸酶的一级结构二硫键天然状态，有催化活性尿素、β- 巯基乙醇去除尿素、β- 巯基乙醇非折叠状态，无活性（二）一级结构与功能的关系例：镰刀形红细胞贫血N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146) HbS β肽链HbA β肽链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，称为“分子病”。（一）肌红蛋白与血红蛋白的结构二、蛋白质空间结构与功能的关系目录肌红蛋白(Mb) 和血红蛋白(Hb) 的氧解离曲线O2 血红素与氧结合后，铁原子半径变小，就能进入卟啉环的小孔中，继而引起肽链位置的变动。（三）蛋白质构象改变与疾病蛋白质构象疾病：若蛋白质的折叠发生错误，尽管其一级结构不变，但蛋白质的构象发生改变，仍可影响其功能，严重时可导致疾病发生。蛋白质构象改变导致疾病的机理：有些蛋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，表现为蛋白质淀粉样纤维沉淀的病理改变。这类疾病包括：人纹状体脊髓变性病、老年痴呆症、亨停顿舞蹈病、疯牛病等。疯牛病中的蛋白质构象改变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。正常的PrP 富含α- 螺旋，称为PrPc 。PrPc 在某种未知蛋白质的作用下可转变成全为β- 折叠的PrPsc ，从而致病。PrPc α- 螺旋PrPsc β- 折叠正常疯牛病* 目录* 目录第一章Structure and Function of Protein 1）作为生物催化剂（酶）2 ）代谢调节作用3 ）免疫保护作用4 ）物质的转运和存储5 ）运动与支持作用6 ）参与细胞间信息传递2. 蛋白质具有重要的生物学功能3. 氧化供能第一节各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16 ％。100 克样品中蛋白质的含量( g % ) = 每克样品含氮克数× 6.25×100 1/16% H 甘氨酸CH3 丙氨酸L- 氨基酸的通式R 非极性疏水性氨基酸极性中性氨基酸酸性氨基酸碱性氨基酸（一）氨基酸的分类* 20 种氨基酸的英文名称、缩写符号及分类如下: 甘氨酸glycine  Gly G  5.97 丙氨酸alanine Ala  A  6.00 缬氨酸valine Val  V  5.96 亮氨酸leucine Leu  L  5.98  异亮氨酸isoleucine Ile  I  6.02  苯丙氨酸phenylalanine Phe F  5.48 脯氨酸proline Pro P  6.30 非极性疏水性氨基酸目录色氨酸tryptophan Trp  W 5.89 丝氨酸serine Ser  S  5.68 酪氨酸tyrosine Try  Y 5.66  半胱氨酸cysteine Cys  C 5.07 蛋氨酸methionine Met M 5.74 天冬酰胺asparagine  Asn  N 5.41  谷氨酰胺glutamine  Gln  Q 5.65 苏氨酸threonine Thr  T  5.60 2. 极性中性氨基酸目录天冬氨酸aspartic acid  Asp D  2.97 谷氨酸glutamic acid Glu E  3.22 赖氨酸lysine Lys  K  9.74 精氨酸arginine Arg R  10.76 组氨酸histidine His H  7.59 3. 酸性氨基酸4. 碱性氨基酸目录几种特殊氨基酸脯氨酸（亚氨基酸）半胱氨酸+ 胱氨酸二硫键-HH （二）氨基酸的理化性质1. 两性解离及等电点氨基酸是两性电解质，其解离程度取决于所处溶液的酸碱度。等电点(isoelectric point, pI)  在某一pH 的溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，成为兼性离子，呈电中性。此时溶液的pH 值称为该氨基酸的等电点。pH=pI +OH- pH>pI +H+ +OH- +H+ pH