第一章 蛋白质化学 (1).ppt

第四节 蛋白质的分子结构何婷婷 138 4534 6185一、肽 (Peptide)OH H—N—CH2—C—OH OH H—N—CH2—C—OH OH H—N—CH2—C—OH —N—CH2—C—OHH2O肽键Gly酰胺化肽键(peptide bond):是由一个氨基酸的α-羧基与另一个氨基酸的α-氨基脱水缩合而形成的化学键肽 (peptide ):氨基酸通过肽键缩合而形成的化合物OH H—N—CH2—C—OH —N—CH2—C—OH氨基酸残基二肽二肽：由两个氨基酸残基经脱水缩合，形成的化合物寡肽(oligopeptide)：由十个以内氨基酸残基相连而成的肽多肽(polypeptide)：由更多的氨基酸残基相连形成的肽也称为多肽链牛核糖核酸酶N末端C末端半胱氨酸+-HH二硫键胱氨酸• 由甲硫氨酸转化而来• 属于非必需氨基酸• 不稳定，易氧化还原，易与胱氨酸相互作用• 可与有毒的芳香族化合物缩合，形成硫醚氨酸（ mercapturic acid），起解毒作用• 可改变蛋白质分子间和蛋白质分子内部的二硫键， 改变蛋白质结构，使蛋白质得到伸展• 是组成蛋白质的20种氨基酸中唯一具有还原性基团（巯基(-SH)）的氨基酸 半胱氨酸(Cys)1、解毒在生物体内具有抱合作用, 所以对部分 毒物（甲醛、乙醛、氯仿、四氯化碳、铅、 镉氯甲汞、过氧化脂、PCB、河豚毒、酒精 等）具有有效的解毒作用。

半胱氨酸作用2、美白在皮肤蛋白的角蛋白生成中维持重要的 硫基酶的活性, 并且补充巯基，以维持皮肤 的正常代谢，调节表皮最下层的色素细胞生 成的底层黑色素, 是种非常理想的自然美白 化妆品它可以除去皮肤本身的黑色素, 改 变皮肤本身的性质, 使皮肤变得自然的美白3、消炎每当出现炎症、过敏使胆磷醋酶等的琉 基酶降低时, 补给L-半胱氨酸可维持硫基酶 的活性, 改善炎症和过敏的皮肤症状 4、溶解角质5、防止生物体衰老 自由基• 自由基就是缺少一个电子的氧分子自由基 为了弥补这个缺憾,会从别的氧分子那里偷 盗一个电子,致使别的氧分子也遭到破坏 等到遭破坏的氧分子达到一定数量,皱纹、 癌症等各种不良的后果就开始出现有些学 者坚信,衰老的一切表现都是白由基一手造 成的 巯基（-SH）• 又称氢硫基 • 有臭味，弱酸性，易被氧化 • 已发现的含巯基的药物他巴唑、巯丙酰甘氨酸、青霉胺、谷胱甘肽 甲巯丙脯酸、6-巯基嘌呤、巯基乙酸钠和硫普罗宁等含巯基药物，可增强机体对胰岛素的敏感性， 并通过体内免疫系统的作用导致低血糖反应特别是 他巴唑更为明显，当中断给药后再次用药时极易出 现低血糖反应另外还有含有隐藏性巯基的药物， 例如：保钾利尿药螺内酯 β-巯基乙醇• 挥发性液体，有强烈刺激性气味 • 刺激眼睛，吸入后刺激呼吸道粘膜，引起 慢性咽炎 • 通常用于还原二硫键 • 易溶于水、苯和醇• 生物学上，可作为还原剂。

与二硫苏糖醇（ DTT）相互使用• 是巯基化的DNA的还原剂巯基化的DNA末 端硫原子在溶液中形成二聚体在溶液中加 入还原剂，可以降低DNA的二聚化，增加 DNA在生物感应器中固定的效率• 例如：线粒体DNA的提取β-巯基乙醇谷胱甘肽谷胱甘肽(GSH)• 由Glu、Cys、Gly三种氨基酸经肽键连接而 成 • 具有氧化型(GSSG)和还原型(GSH)两种形 式 • 生理条件下，还原性占多数 • 二分子的GSH中的硫基氧化脱氢，以二硫 键的形式相连接，形成氧化型谷胱甘肽2GSHGSSG-2H+2H加氢去氧是还原， 加氧去氢是氧化谷胱甘肽作用• 可与毒素相结合，消除其毒性• 作为还原剂参与氧化还原反应• 可使硫基酶中的-SH保持还原状态• 消除氧化剂对红细胞结构的破坏，维持红 细胞膜结构的稳定性半胱氨酸蛋白酶• 包括组织蛋白酶B、H、L等，一般存在于溶 酶体 • 主要参与细胞吞噬和细胞内多余物质的清 除和消化 • 近年来组织蛋白酶B（Cathepsin B，CB） 的作用日受重视正常组织中分离到的CB 最适PH为酸性，在中性或碱性条件下无活 性，但肿瘤组织中CB却在中性或碱性时活 性更高 乙酰半胱氨酸• N-乙酰-L半胱氨酸 • 可用作祛痰药（原理？？？）神经肽(neuropeptide)• 存在于神经组织中并参与神经系统功能作用的活性物质• 含量低、活性强、作用广• 可调节多种生理功能1）脑垂体多肽激素 促皮质素（ACTH），促黑激素,催产素，加压素； 2）下丘脑激素 促甲状腺激素释放激素，生长素抑制激素（巨人症），促性腺激素释放激素； 3）甲状腺激素 甲状旁腺激素，降钙素； 4）胰岛激素 胰高血糖素，胰解痉多肽； 5）胃肠道激素 胃泌素，胆囊收缩素，肠泌素，肠血管活 性肽，抑胃肽，缓激肽，P物质； 6）胸腺激素 胸腺素，胸腺肽，胸腺血清因子； 7）多肽类细胞生长调节因子 表皮生长因子，转移因子，心钠素； 8）含有多肽成分的其它物质 抗生素。

分泌激素，将胸腔 内的多余物质或有 害物质消融掉，使 机体减少损害胰岛素•来源：动物胰脏中胰岛β细胞分泌的一种相对分子质量较小的蛋白质激素；•主要功能：降低体内血糖含量•缺乏症：当胰岛素分泌不足时血糖浓度升高，并从尿中排出，形成糖尿，这是患糖尿病的主要症状因此在临床上胰岛素可以用来治疗糖尿病•结构特征：胰岛素是第一个被阐明化学结构的蛋白质，由51个氨基酸组成，相对分子质量5 734，由两条肽链组成，一条称A链，一条称B链A链是由21个氨基酸组成的二十一肽，B链是由30个氨基酸组成的三十肽A链和B链之间通过两对二硫键把两条链连起来另外A链本身6位和11位上的两个半胱氨酸通过二硫键相连形成链内小环A链和B链都是由一定的氨基酸按特定的排列顺序组成的 卡托普利一种多态性肽，俗称 ：“蛇毒”卡托普利临床用途• 是第一个上市(口服)的血管紧张素转化酶抑制剂• 临床主要用于抗高血压多酶片胰酶胃蛋白酶多酶片胰脂肪酶胰淀粉酶胰蛋白酶使脂肪分解成甘油和脂肪酸使淀粉转化为糖使蛋白质转化为蛋白胨使蛋白质转化为蛋白和蛋白胨作用：促进消化二、蛋白质的一级结构 (Primary structure)1、一级结构的测定主要通过测定 氨基酸的组成和排列顺序氨基酸组成 的分析要求1.样品纯度达到97%以上2.知道蛋白质的分子量3.知道蛋白质由几个亚基组成4.测定蛋白质的氨基酸组成；并根据分子量计算每种氨基酸的个数5.测定水解液中的氨量，计算酰胺的含量N末端氨基酸 的分析二硝基氟苯法(DNFB)二甲氨基萘磺酰氯法(DNS-Cl)苯异硫氰酸酯法降解法氨肽酶法C末端氨基酸 的分析肼解法羧肽酶法氨 基 酸 排 列 顺 序 的 测 定HF二硝基氟苯法(DNFB)二甲氨基萘磺酰氯法(丹磺酰氯法)HCl苯异硫氰酸酯法(Edman)降解法+环化+肼解法苯甲醛二苯基衍生物• 大分子多肽氨基酸顺序的确定• 核酸推导法• 一级结构：指多肽链中氨基酸的排列顺序。

• 包括：组成蛋白质的多肽链数目多肽链的氨基酸顺序多肽链内或链间二硫键的数目和位置• 化学键：1、二硫键定义：两个半胱氨酸残基脱氢连接而成的，是连接肽链内或肽链间的主要桥键作用：稳定肽链空间结构与生物活力呈正相关位置：皮、角、毛、发等部分的蛋白质中最多肽键（peptide bond）二硫键共价键次级键2、氢键定义：一个电负性较大的氢与另一个电负性大的原子相互作用所形成的键是次级键中最弱的，但由于其数量最多，所以也尤为重要作用：主链骨架上的氢键是维持Pr二级结构的主要次级键3、疏水键：两个非极性基团为避开水相而聚集在一起的作用力4、盐键：正负电荷基团之间由于静电吸引形成的化学键5、配位键：两个原子存在，但却由单方面提供共用电子所形成的化学键6、范德华力：一种较弱的相互作用力三、一级结构与功能• 空间构象的基础牛核糖核酸酶的 一级结构二 硫 键去除尿素、 β-巯基乙醇尿素、 β-巯基乙醇线性，无活性具催化作用核糖核酸1124• 细胞色素C 1、104个氨基酸残基组成； 2、其中35个氨基酸是各种生物共有的，是不变的 3、对不同种属的细胞色素C进行测定和比 对，发现亲缘关系越近的种属，其细胞色素C的结构越相似；一级结构与功能 4、进化树的构建数字代表物种和潜在祖先的氨基酸变化细胞色素C进化树一级结构与功能结构相似，功能相近 • 同源蛋白质：几种氨基酸的序列明显相似 的蛋白质称同源蛋白质 • 同源蛋白质间的序列相似性大小反映蛋白 质间的进化关系远近同源基因编码的氨基酸序列比较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) 镰刀形红细胞贫血症二、分子病氧气缺乏时，红细胞呈镰刀状，易胀破发生溶血，运氧机能降低，引起头晕、 胸闷等贫血症状基因突变镰刀形细胞贫血症的矫正及治疗• 氰酸钾：可防止血红细胞在去氧状态下形 成镰刀状 • Hydroxyurea：一种抗癌性药物。

广泛用于 重新激活γ球蛋白的产生，替代血红蛋白中 的失活组分―β球蛋白虽然这种方法不能 治愈这种疾病，却可以帮助减轻疾病的症 状 镰刀形细胞贫血症的矫正及治疗• 胚胎细胞在携带镰刀型细胞的转基因小鼠中表达一种人类 胚胎形式的血红蛋白α链―zeta球蛋白和患镰刀型 细胞的小鼠不同的是，改造后的转基因小鼠血液中不 再出现镰刀型红细胞，肾功能正常，有正常的血细胞 计数，而不再是贫血，而且其红细胞的寿命是正常红 细胞的5倍这个工作证实该方法对患镰刀型细胞贫血 的小鼠是有效的，但想应用到人还有相当遥远的距离 不过可以预测，该方法可为患病患者提供有效的治疗 方案 四、蛋白质的二级结构 (Secondary structure)• 定义：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 是指多肽链本身的折叠和盘绕方式• 主要化学键：氢键• 二级结构的主要形式α-螺旋结构β-折叠结构β-转角结构无规卷曲 α-螺旋结构氢键β-折叠结构代表R基在折叠的下方代表R基在折叠的上方β-转角结构β-转角结构氢键123 4无规线团• 不能被归入明确的二级结构的多肽区段。

超二级结构 (super-secondary structure)• 若干相邻的二级结构原件组合在一起，彼此相互作用，形成种类不多，有规则的二级结构组合，称超二级结构• 组合形式：αα、βαβ、ββ三种形式1、两股α螺旋组成2、两股均是右手螺旋3、缠绕成左手螺旋1、两条β股和一条α股组成2、两条β股为平行的3、 α股为反平行的连接链4、 α股为右手螺旋1、两个βαβ单元组合而成1、β发夹和β曲折均是常见的超二级结构①②2、β发夹和β曲折均是反平行的3、β曲折稳定性高，故广泛存在β转角βαβααβββ结构域(domain)• 属于三级结构的局部折叠区 • 是相对独立的紧密球状实体 • 常见的含100-200个氨基酸残基 • 是球状蛋白质的折叠单位结构域+………+结构域=三级结构n（n≥0）蛋白质的三级结构 (tertiary structure)• 指多肽链上的所有原子在三维空间的分布 • 次级键是稳定三级结构的主要化学键单结构域的蛋白质 脯氨酸、异亮氨酸和丝氨酸存在于拐角处 具有极性基团侧链的氨基酸几乎分布在分子表面 肌红蛋白溶于水蛋白质的四级结构亚基(subunit) α、β、γ亚基间连接键 非共价键• 以非共价键相连接的亚基才具有四级结构 • 只含一条多肽链的的蛋白质无四级结构 • 任何一个亚基单独存在时无生物活性 • 维持蛋白质四级结构的主要次级键是氢键和 疏水键 • 组成四级结构的亚基间可以相同也可以不同 ，相同亚基构成的四级结构称“均一四级结构 ”（过氧化氢酶），反之，不同的亚基组成的 四级结构称“非均一。