北京大学生物化学课件02(上)

第一章 蛋白质化学,刘新文,北京大学医学部生化与分子生物学系,第一节 蛋白质（protein）的生物学功能,2、蛋白质的重要生物学功能,3、氧化供能,其他生物学功能：营养蛋白，结构，毒蛋白,第二节 蛋白质的分子组成,一、元素组成,1、主要元素：碳、氢、氧、氮和硫，有些蛋白质还含有少量磷和金属元素。 2、特点：各种蛋白质的含氮量很接均含氮量为16%。 3、定氮法测定蛋白质含量： 蛋白质含量6.25×样品含氮量,二、结构单位氨基酸（amino acid）,1、蛋白质的结构单位,蛋白质基本结构单位：L氨基酸 氨基酸：脯氨酸（亚氨基酸）除外 L氨基酸：甘氨酸（无不对称C）除外 氨基酸结构通式：RCH(NH2)COOH 常见氨基酸种类：20种。,小结,2、氨基酸分类：按其侧链®的结构和理化性质分类,非极性、疏水氨基酸(非极性R基氨基酸)： Val, Leu, Ile（支链）；Gly（无旋光异构）；Met（含硫）；Phe（芳香族）；Pro（亚氨基） 极性、中性氨基酸(不带电荷的极性R基氨基酸) ： Ser, Thr（含羟基）；Tyr, Trp（芳香族）；Cys（含硫）；Gln, Asn（含酰氨）,酸性氨基酸（含有两个羧基）： Glu（含羧基）、Asp（含羧基） 碱性氨基酸（含有两个以上氨基）： Arg（胍基）、His（咪唑基）、Lys（氨基）,含硫氨基酸：Met、Cys 芳香族氨基酸：Phe、Tyr、Trp,三、氨基酸的理化性质,1、物理性质 2、两性解离 等电点（isoelectric point, pI）：在某一pH环境中，氨基酸解离成阳性离子及阴性离子的趋势相等，所带净电荷为零，在电场中不泳动。此时，氨基酸所处环境的pH值称为该种氨基酸的等电点(pI)。,(zwitterion),等电点计算 侧链为非极性基团或虽为极性基团但不解离的氨基酸：pI=½(pK1+pK2) 酸性氨基酸(Glu、Asp)及Cys：pI=½(pK1+pKR) 碱性氨基酸(赖、精、组)：pI=½(pK2+pKR),带电状态判定 pI-pH0 .带正电 pI-pH0 .不带电,3、紫外吸收：,Trp、Tyr和Phe在280nm波长附近具有最大吸收峰，其中Trp的最大吸收最接近280nm,4、显色反应： 茚三酮反应,4、显色反应： 茚三酮反应,其他反应：荧光胺反应、侧链特异基团反应,例外：Pro黄色；Asn棕色,5、成肽反应：,第三节 蛋白质的分子结构,一、蛋白质的基本结构形式,1、连接方式：肽键 肽键(peptide bond)：一个氨基酸的羧基与另一氨基酸的氨基缩水而成的酰胺键称为肽键。（CONH） 肽平面(peptide unit)：由肽键中的四个原子和与之相邻的两个碳原子共同构成的刚性平面。（CCONHC）,2、肽分类、命名,2、肽分类、命名,3、生物活性肽： 谷胱甘肽 神经肽：脑啡肽、内啡肽、强啡肽、P物质、Y肽 肽类激素：催产素、加压素等 其他：生长因子；短杆菌S；甜味肽等,4、蛋白质的基本结构形式： 多肽链 (NHCHCONHCHCO) 多肽链的方向性：从N末端指向C末端。,二、蛋白质的一级结构 (primary structure),一级结构是指蛋白质的多肽链中氨基酸的排列顺序；主要靠肽键维系。 二四级结构称为蛋白质的空间结构，或空间构象；主要靠次级键维系，尤其是疏水键。,一级结构体现生物信息：20n .多样 一级结构是空间结构及生物活性的基础特异 一级结构的连接键：肽键（主要）、二硫键,三、二级结构,蛋白质的二级结构是指多肽链骨架中原子的局部空间排列，不涉及侧链的构象，也就是该肽段主链骨架原子的相对空间位置，主要有-螺旋、-折叠、-转角和无规则卷曲。维持二级结构的力量为氢键。,1、-螺旋(-helix) 右手螺旋：3.6个AA/圈，螺距0.54nm； 氢键维系：链内氢键（AA1AA4），平行长轴； 侧链伸出螺旋,2、-折叠(-pleated sheet),2、-折叠(-pleated sheet) 多肽链充分伸展，肽平面折叠成锯齿状； 侧链交错位于锯齿状结构的上下方； 氢键维系：氢键的方向垂直长轴； 可有顺平行片层和反平行片层结构。,3、其它 （1）肽链主链出现的180°回折部分称-转角。 （2）蛋白质分子中那些没有确定规律性的部分肽链构象称为无规卷曲。,影响二级结构形成的因素,次级键介导蛋白质高级结构形成,四、超二级结构、域结构,1、超二级结构( supersecondary structure ),（1）基序或模序（motifs or modules，模体符） 在许多蛋白质中，有两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，称为模序。有的将这种规则的二级结构的聚集体称为超二级结构，它们可直接作为三级结构的“建筑块”或域结构的组成单位，是蛋白质发挥特定功能的基础。,（2）类型：、锌指结构、亮氨酸拉链,2、域结构（domain，结构域）,域结构是在较大的蛋白质分子中所形成的两个或多个在空间上可明显区别的局部区域。结构域具有独特的空间构象，与分子整体以共价键相连，并承担特定的生物学功能。,结构域与分子整体以共价键相连 具有相对独立的空间构象和生物学功能 同一蛋白质中的结构域可以相同或不同，不同蛋白质中的结构域也可能相同或不同,五、三级结构,蛋白质的三级结构是指在一条多肽链中所有原子的整体空间排布，包括主链和侧链。三级结构的形成使得在序列中相隔较远的氨基酸侧链相互靠近。,长度缩短：球形、椭球形、杆状，等 多数同时含有-螺旋和-折叠 氨基酸位置由侧链极性决定：非极性（内）、极性（表面，少数内部）、带电（表面） 次级键维系：疏水键、盐键、氢键、范德华力、二硫键 功能区：表面或特定部位,寡聚蛋白中亚基的立体排布及相互作用。,亚基(subunit)：寡聚蛋白中的单条独立的多肽链，具有独立的一、二、三级结构，单独存在时一般无生物学活性。亚基之间以非共价键联系，亚基可以相同或不同。 亚基之间以非共价键联系，包括疏水键（主要）、盐键、氢键、范德华力 亚基可以相同或不同,六、四级结构,