第一章 蛋白质化学2

•3、蛋白质一级结构的变异与分子病 • 由于基因突变，导致蛋白质中氨基酸种类发 生变化，蛋白质分子一级结构的氨基酸排列顺序与正 常有所不同,并引起功能降低或丧失的遗传病。
• 如镰刀型贫血病:
镰刀状细胞贫血病：病人体内血红蛋白的含量乃至红 细胞的量都较正常人少，且红细胞的形状为新月形， 即镰刀状。此种细胞壁薄，而且脆性大，极易涨破而 发生溶血；再者，发生镰变的细胞粘滞加大，易栓塞 血管；由于流速较慢，输氧机能降低，使脏器官供血 出现障碍，从而引起头昏、胸闷而导致死亡。 病因：血红蛋白AA顺序的细微变化
（三）无规卷曲（random coil）
——泛指不能归入明确的二级结构
没有一定规律的松散肽链结构。
如折叠片和螺旋的多肽片断。
• 说明：不同蛋白质的二级结构不同，有的 相差很大。
–肌红蛋白分子的肽链中约有75%是α -螺旋结构 –α -角蛋白几乎全是α -螺旋结构， –蚕丝丝心蛋白几乎全是β -折叠结构。
（２)范德华力
(van der Waals force )
（３）疏水作用
( Hydrophobic Interactions) • 非极性侧链为避开极性溶剂水彼此靠近所产生 • 主要存在蛋白质的内部结构 蛋白质表面通常具有极性链或区域 • 蛋白质可形成分子内疏水链/腔/缝隙 ——稳定生物大分子的高级结构
（４)离子键
( Electrostatic attraction )
• 又称盐键：具有相反电荷的两个基团间的 库仑作用。
F：吸引力 Q1/2：电荷电量 ε ：介质介电常数 R：电荷质点间距离
（5）二硫键 (Disulfide Bond)
• 由含硫氨基酸形成 • 起稳定肽链空间结构的作用 • 二硫键被破坏，蛋白质生物活性丧失
• 在蛋白质四级结构中，一般将2个以上、 12个以下的亚基构成的蛋白质称为寡聚体， 聚合数在12个以上的则称为多聚体。
稳定四级结构的作用力 结构互补（极性）和非共价键 •离子键和氢键—缔合的专一性 •疏水相互作用—驱动缔合
亚基相互作用的方式
同种缔合 多聚蛋白质 异种缔合
两个亚基的结构
对称性
四级结构的对称性
和鱼类等胰岛素的一级结构。
• 同源蛋白质(不同生物中行使相同或
相似功能的蛋白质）
2、细胞色素C的种属差异及生物进化。 细胞色素C是真核细胞线粒体内膜上一种含Fe的蛋白质，在生 物氧化中起传递电子的作用。通过数百种生物的细胞色素C一 级结构的研究表明： （1）亲缘关系越近，AA顺序的同源性（相似性）越大。 不同生物与人的细胞色素C相比较AA差异数目 黑猩猩 0 鸡、火鸡 13 牛猪羊 10 海龟 15 狗驴 11 小麦 35 粗糙链孢霉43 酵母菌 44 （2）尽管不同不同生物间亲缘关系差别很大，但与细胞色素C 功能密切相关的AA顺序却有共同之处，即保守顺序不变。
血红蛋白
• 血红蛋白是脊椎动物红细胞主要组成部分，它 的主要功能是运输氧和二氧化碳。 • 血红蛋白中，血红素Fe原子的第六配价键可以 与不同的分子结合：无氧存在时，与水结合， 生成去氧血红蛋白(Hb)；有氧存在时，能够与 氧结合形成氧合血红蛋白(HbO2)。 • 血红蛋白与氧的结合不牢固，容易离解。HbO2 的形成和离解受氧的分压和pH等因素的影响， 氧的分压和pH较高时，有利于血红蛋白与氧的 结合，反之，则有利于离解。
成,分子量约13,000左右;昆虫有108个氨基酸残基组成;植物则有 112个氨基酸残基组成
2、蛋白质一级结构的变异与分子病
实例：血红蛋白质异常病变镰刀型贫血病
病人的血红蛋白(HbS)与正常人的血红蛋白(HbA)相比,在574个氨基酸残基中只有 2个氨基酸残基的差异.
• 1、比较各类哺乳动物，鸟类
五、 超二级结构与结构域
（一）超二级结构 若干相邻的二级结构单元按照一定规 律有规则组合在一起、相互作用，形 成在空间构象上可彼此区别的 二级结构组合单位。
（二）结构域
二级/超二级结构基础上形成的特定区域 结构域存在的原因： 1、局域分别折叠比整条肽链折叠 在动力学上更为合理 2、结构域之间由肽链连接， 有利于结构的调整
• 从能量角度来考虑，反平行结构更为稳定。
2、-折叠的类型
• 平行式：所有肽链的N-端都在同一边 • 反平行式：相邻两条肽链的方向相反
1、-折叠结构特点（锯齿折叠状）
• C总是处于折叠的角上 • AA的R基团处于折叠的棱角上并与之垂直 • 两个AA之间的轴心距为0.35nm（>0.15 nm ）
六、球状蛋白质与三级结构
(Tertiary Structure)
•
蛋白质的三级结构
•
三级结构，指多肽链在二级结构的基础上 通过侧链基团的相互作用进一步卷曲折叠，并借 助于次级键维系使α-螺旋、β-叠片、β-转角等二 级结构相互配置而形成的特定的构象。
三级结构的形成使肽链中所有的原子都达 到空间上的重新排布，使原来在一级结构的顺序 排列上相距甚远的氨基酸残基可能在特定区域内 彼此靠近。
（6）配位键 (Metal-ion Coordination)
• 两个原子之间形成的共价键 • 共用电子对由其中一个原子提供 • 金属离子与蛋白质的结合方式 例如：铁氧还蛋白
（7）酯键 (Ester Bond)
• Ser/Thr的羟基与AA的羧基形成酯键 • 磷酸与含羟基AA缩合形成磷酸酯键
四、二级结构（Secondary Structure）
• 说明： • 甘氨酸残基侧链为氢原子，适合于充当多肽链 大幅度转向的成员。 • 脯氨酸残基的环状侧链的固定取向有利于多肽 链β-转角的形成，它往往出现在转角部位。
O ……（ 氢 键 ）……… H —C—（NH—CH—CO）2—N— R
• 比较稳定的环状结构
主要存在于球状蛋白分子中 多数处在蛋白质分子的表面
单体蛋白没有对称性；
含两/多种不同单拷贝亚基的 异多聚体没有对称性； 只有含相同亚基有可能有对称性。

八、纤维状蛋白质
脊椎动物体中50%以上是纤维状蛋白质 支架、防护作用 规则的线性结构
（一）-角蛋白 （Keratin）
-角蛋白


软-角蛋白 弱
硬-角蛋白
强
皮肤与皮肤的衍生物
• 指肽链的主链在空间的排列,或规则的 几何走向、旋转及折叠。 • 只涉及主链构象及链内/间形成的氢键 • 主要有-螺旋、 -折叠、-转角、无 规卷曲、环等。
（一）-螺旋 （-helix）
1、-螺旋的结构
• 螺距0.54nm • 每圈含3.6个AA残基
每个AA残基占0.15nm 绕轴旋转100° • α-螺旋体中氨基酸残基侧 链伸向外侧，相邻的螺旋之
1、影响蛋白质三维结构的因素
• 内力（内因）
蛋白质分子内各原子间作用力
• 外力（外因）
与溶剂及其他溶质作用力
2、蛋白质分子内部的作用
• 肽键、二硫键——一级结构 • 氢键、疏水作用、范德华力、离子键、 二硫键——三维结构
（１)氢键( Hydrogen bond )
• 两负电性原子对氢原子的静电引力所形成 X—H…Y • 质子给予体X-H和质子接受体Y间相互作用 • 氢键具有： 方向性-（键角）指X—H与H…Y间的夹角 饱和性- X—H只与一个Y结合
分 子 内 交 联
5、胶原蛋白的类型
• 由肽组成
• 至少有：l(I)/l(II)/l(III)/1(IV)和2
胶原蛋白I：[1(I)]22三螺旋

• 五种肽链AA顺序不同，分子量介于95000到 100000之间，含1000个残基左右
（四）弹性蛋白（elastin）
• 由可溶性的单体合成 • 是弹性蛋白纤维的基本单位 • 含有各种各样无规卷曲构象
煤气中毒的机制
• 一氧化碳（CO）也能与血红素Fe原子结 合。由于CO与血红蛋白结合的能力是O2 的200倍，因此，人体吸入少量的CO即可 完全抑制血红蛋白与O2的结合，从而造 成缺氧死亡。急救方法是尽快将病人转 移到富含O2的环境中（如新鲜空气、纯 氧气或高压氧气），使与血红素结合的 CO被O2臵换出来。
1、组织分布与类型 属结构蛋白质 使骨、腱、软骨和皮肤具有机械强度
2、AA组成 皮肤中胶原蛋白肽链的96%是按 三联体 (G1y—x—y)n顺序重复排列 Gly数目占残基总数1/3 X 常为Pro，y常为Hy-Pro/Hy-Lys 需Vc、是糖蛋白
3、结构
Gly
4、胶原蛋白中的共价交联
• 一种肽链相当伸展的结构。 • 由两/多条几乎完全伸展的肽链按层平行排列，通过链 间C=O与N-H的氢键交联而形成,维持稳定。 • 相邻的肽链可以是平行的，也可以是反平行的。
• 平行的：是所有肽链的N端都处于同一端， 是同方向的，如β-角蛋白。 • 反平行的：是肽链的N端一顺一倒地排列着， 如丝心蛋白。
蛋白质的空间结构
二级结构
蛋白质三维结构
高级结构 空间构象
超二级结构和结构域 三级结构 四级结构
一、 研究蛋白质构象的方法
研究蛋白质结晶体：
（一）X射线衍射法
（二）研究处于溶液中蛋白质构象的光谱学方法
• • • • 紫外差光谱 荧光和荧光偏振 圆二色性 核磁共振
二、稳定蛋白质三维结构的作用力
间形成链内氢键，氢键的取 向几乎与中心轴平行。
2 、-螺旋的特点
（1）α螺旋的手性 • 左/右手螺旋都由L-AA残基构成 ——不是对映体 • 右手α螺旋空间位阻较小，构象稳定 在肽链折叠中容易形成，天然蛋白质 中大多右手螺旋。 • （2）有一定的“弹性”,可伸展。
（二） -折叠（ -sheet）
• •
肌红蛋白是哺乳动物肌肉中储氧的蛋白质。
它是由一个多肽链和一个血红素辅基构成的， 相对分子质量为16700，含153个氨基酸残基。