第二章 蛋白质(2)

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左手和右手螺旋 Cα
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(2)β-折叠结构
存在于纤维状蛋白质( β-角蛋白:蚕丝、蜘蛛丝中丝心蛋白)和球蛋白中。 存在于纤维状蛋白质( 角蛋白:蚕丝、蜘蛛丝中丝心蛋白)和球蛋白中。
β-折叠是由两条或多条几乎完 全伸展的肽链平行排列,通过链间 的氢键交联而形成的。肽链的主链 呈锯齿状折叠构象。 ①在β-折叠中,α-碳原子总是处于 折叠的角上,氨基酸的R基团处于 折叠的棱角上并与棱角垂直; ② β-折叠结构的氢键主要是由两 条肽链之间形成的;也可以在同一 肽链的不同部分之间形成。几乎所 有肽键都参与链内氢键的交联,氢 键与链的长轴接近垂直。 ③β-折叠有两种类型。一种为平行 式,即所有肽链的N-端都在同一边。 另一种为反平行式,即相邻两条肽 15/01/2011 链的方向相反。
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GSH含有一个活泼的-SH,很容易被氧化,两分子GSH脱H以 二硫键相连形成氧化型的GSSG。
作用: 作用:保护体内蛋白质或酶分子中的巯基免遭氧化
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(二)催产素和升压素
• 属于激素类(Hormone)。 属于激素类( )。 • 均由下丘脑神经细胞合成, 均由下丘脑神经细胞合成, 最终释放到血液。 最终释放到血液。 • 都是9肽,分子中有环状结构。 都是 肽 分子中有环状结构。
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A、蛋白质的二级结构
• 肽链的主链在空间的排列,只涉及肽链主链的 构象及链内或链间形成的氢键。 • 组成肽键的原子都处于同一平面,两个肽键通 过一个α碳原子相连,Cα-N和Cα-C键可以自由 旋转,这样在保持肽键平面结构不变的情况下, 可以形成不同的空间排列! α-螺旋 β-折叠
甲硫氨酸脑啡肽: 甲硫氨酸脑啡肽: Tyr–Gly–Gly–Phe- Met
亮氨酸脑啡肽: 亮氨酸脑啡肽:
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Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu
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2.4 蛋白质的结构
• 蛋白质是由各种氨基酸通过肽键连接而成的多肽链, 再由一条或多条以上的多肽链按各自特殊方式组合 成具有完整生物活性的分子。 • 蛋白质与多肽的主要区别:分子量和空间结构。
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结构特点:复杂
一级结构 二级结构 超二级结构 结构域 三级结构 四级结构
肽链卷曲、折叠 肽链线形结构为基础
结构
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功能
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2、4.1 一级结构
多肽链数目
涉及的键?
组成
氨基酸顺序(最重要!蛋白质生物功能的基础) 多肽链内或链间二硫键的数目和位置 insulin
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肽键
O C N O C C N H C O
+
C
N
• •
肽键的特点是氮原子上的孤对电子与羰基具有明显的共 轭作用。 组成肽键的原子处于同一平面——酰胺平面。
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肽键中的C-N键
• 肽键中的 肽键中的C-N键具有部分双键性质,不能自由旋转。 键具有部分双键性质, 键具有部分双键性质 不能自由旋转。 • 在大多数情况下,以反式结构存在。 在大多数情况下,以反式结构存在。
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两个氨基酸之间的轴心距为0.35nm.
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(3)β-转角
• 在β-转角部分,由四个氨基酸 转角部分, 转角部分 残基组成,常见氨基酸: 残基组成,常见氨基酸: Pro,Gly; • 弯曲处的第一个氨基酸残基的 C=O 和第四个残基的 –N-H 之 间形成氢键, 间形成氢键,形成一个不很稳 定的环状结构。 定的环状结构。 • 这类结构主要存在于球状蛋白 这类结构主要存在于球状蛋白 分子中。 分子中。
蛋白质(2) 第二章 蛋白质
2.3 多肽 2.4蛋白质结构 蛋白质结构
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2.3.1 肽的结构
一个氨基酸的氨基与另一个 氨基酸的羧基之间失水形成 的酰胺键称为肽键, 的酰胺键称为肽键,所形成 的化合物称为肽。 的化合物称为肽。组成肽的 氨基酸单元称为氨基酸残基 氨基酸单元称为氨基酸残基 由两个氨基酸组成的肽 称为二肽; 称为二肽 ; 由三个组成的 为三肽…… ……; 为三肽……; 12由 12-20 个 残 基 组 成 的 称为寡肽; 称为寡肽; 由 20 个 以 上 氨 基 酸 组 成的肽则称为多肽。 成的肽则称为多肽。 2
(4) β – 凸起
是一种小片的非重复结构,能单独存在, 是一种小片的非重复结构 , 能单独存在 , 但大多 数经常作为反平行β- 数经常作为反平行 - 折叠片中的一种不规则情况而 存在。 -凸起可认为是β- 存在。β-凸起可认为是 -折叠股中额外插入的一个 残基,它使得在两个正常氢键之间的在凸起折叠股上 残基, 是两个残基,而另一侧的正常股上是一个残基。 是两个残基,而另一侧的正常股上是一个残基。
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有关多肽的一些说明
Ser H H3N
+
O C N H
Val H C CH
O C N H
Tyr H C CH2
O C N H
Asp H C CH2
O C N H
Gln H C COO
-
氨基酸顺序 在多肽链中,氨 氨 基酸残基按一定 的顺序排列, 的顺序排列,是 多肽和蛋白质最 重要性质之一
C CH2 OH
N-端
CH2 C-端 CH2 CONH2
CH3 CH3 肽肽 OH
CΒιβλιοθήκη Baidu2H
氨基端
羧基端
氨基酸的顺序是从N-端的氨基酸残基开始,以C-端氨基酸残 端的氨基酸残基开始, 端的氨基酸残基开始 端氨基酸残 基为终点的排列顺序。如上述五肽可表示为: 基为终点 Ser-Val-Tyr-Asp-Gln 氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。 氨基酸之间通过肽键连接形成的链称肽链。 肽链书写方式: 端 肽链书写方式:N端→C端 端 15/01/2011 肽链有链状、环状和分支状。 肽链有链状、环状和分支状。
H N C OH O
• Gly的侧链为 ,适合于充当多肽链大幅度转向的成员。Pro残基的环 的侧链为H,适合于充当多肽链大幅度转向的成员。 的侧链为 残基的环 状侧链的固定取向有利于多肽链β-转角的形成, 状侧链的固定取向有利于多肽链 转角的形成,它往往出现在转角部 转角的形成 位。
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R 在α-螺旋中肽平面的键长和键角一定,肽键的原子排列呈反式 15/01/2011 20 构型,相邻的肽平面构成两面角.
①多肽链中的各个肽平面 围绕同一轴旋转,形成螺 旋结构,螺旋一周,沿轴 上升的距离即螺距为 0.54nm,含3.6个氨基酸残 基;两个氨基酸之间的距 离0.15nm. ②肽链内形成氢键,氢键 的取向几乎与轴平行,第 一个氨基酸残基的酰胺基 团的-CO基与第四个氨基 酸残基酰胺基团的-NH基 形成氢键。 ③蛋白质分子为右手α-螺 旋。
结构要点: 结构要点: 1)螺旋的每圈有3.6个氨基酸,螺旋间距离为 )螺旋的每圈有 个氨基酸 螺旋间距离为0.54nm,每个残基 个氨基酸, , 沿轴旋转100°。 沿轴旋转 ° 2)每个肽键的羰基氧与远在第四个氨基酸氨基上的氢形成氢 ) ),氢键的走向平行于螺旋轴 键(hydrogen bond),氢键的走向平行于螺旋轴,所有肽键 ),氢键的走向平行于螺旋轴, 都能参与链内氢键的形成。 都能参与链内氢键的形成。 O H —C—(NH—C—CO)3 H N—
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2.3.2 生物活性肽的功能
• 生物活性肽的定义
能够调节生物机体的生命活动或具体某些生理活性的寡 肽和多肽的总称。 肽和多肽的总称。 •存在形式 存在形式
多以非活性状态存在于蛋白质长链中,被酶解成适当长度时, 多以非活性状态存在于蛋白质长链中,被酶解成适当长度时,生理活 性才会表现出来。 性才会表现出来。
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申请。
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现代营养学研究发现:人类摄食蛋白质经消化道的酶作用后,大多是以 低肽形式消化吸收的,以游离氨基酸形式吸收的比例很小。进一步的试验又 揭示了肽比游离氨基酸消化更快、吸收更多,表明肽的生物效价和营养价值 比游离氨基酸更高。这也正是活性肽的无穷魅力所在。 生物活性肽是蛋白质中20个天然氨基酸以不同组成和排列方式构成的从 二肽到复杂的线性、环形结构的不同肽类的总称,是源于蛋白质的多功能化 合物。活性肽具有多种人体代谢和生理调节功能,易消化吸收,有促进免疫、 激素调节、抗菌、抗病毒、降血压、降血脂等作用,食用安全性极高,是当 前国际食品界最热门的研究课题和极具发展前景的功能因子。
氨基酸排列顺序由基因决定! 16
2.4.2 蛋白质的三维结构 蛋白质的三维结构
• 具有独特的三维结构是蛋白质分子区别于普通有机分 子最显著的特征。 • 蛋白质的三维结构可以分为:二级结构、超二级结构、 结构域、三级结构和四级结构。 • 研究蛋白质分子三维结构最有效的方法是X射线衍射法。 • 近年来核磁共振谱技术在蛋白质的三维结构研究中也 获得了广泛应用。
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β-转角
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Cα3 N C O H Cα2 H R O
ψ
肽平面 1
Φ
C N Cα1 H
肽平面及其旋转
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(1)α-螺旋
存在于纤维状蛋白质( 角蛋白 皮肤、毛发、指甲、和角)和球状蛋白质中。 角蛋白: 存在于纤维状蛋白质(α角蛋白:皮肤、毛发、指甲、和角)和球状蛋白质中。
造成凸起股主链额外残基之所以被规则的氢键 网所容纳,部分原因是凸起股产生微小的弯曲。 网所容纳,部分原因是凸起股产生微小的弯曲。因 此β-凸起引起多肽链方向的改变,但改变程度不如 -凸起引起多肽链方向的改变, β-转角。 -转角。
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氨基酸排列顺序决定蛋白质的生物功能
例:镰形红细胞贫血 患者血红细胞合成了一种不正常的血红蛋白(Hb-S) 变化
β链
症状
形成氢键的性能差异很大,导致蛋白质空 间结构发生很大变化。 这种镰形细胞极易黏附于血管内皮,从而阻 碍正常血流及氧在重要器官和组织中的释放
变异原因:基因突变! 15/01/2011
•来源 来源
细胞合成
调节体内的有关酶, 调节体内的有关酶,控制代谢
•作用机制 作用机制
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控制转录和翻译而影响蛋白质的合成
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•天然的活性肽 天然的活性肽
(一)谷胱甘肽(glutathione,GSH) 存在于动植物、微生物细胞中的重要三肽,由Glu、Cys 和Gly组成。 GSH的特殊性:具有一个γ-肽键,由谷氨酸的γ-羧基和半 胱氨酸的α-氨基缩合而成。
催产、 催产、排乳
升血压、 升血压、减排尿
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(三)脑肽
• 种类很多,脑啡肽(enkephalin)是在高等动物大脑中发 现的,具有镇痛功能,比吗啡的功能更强。 • 1975年脑啡肽的结构被阐明,并分离出两种脑啡肽。 • 1982年我国人工合成了Leu-脑啡肽。 1982 Leu-
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但是氨基酸顺序为X-Pro的情况除外
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资料: , 资料:6,多肽的研究意义 目前,活性肽的研究领域发展很快,已经受到了各国科学家和政府的高度重 视,短短的几年内,就有众多的生物活性肽被辩认出来。有些活性肽已经作为 功能性食品实现了工业化生产。生物活性肽的研究与开发作为国际上新兴的生 物高科技领域,具有极大市场潜力。 此外,活性肽类还可作为药物使用。目前,已经生产出的肽类药物达数百 种,涉及到大部分疾病的临床治疗。例如胰岛素的人工合成,它已解救无数糖 尿病患者的生命。2003年,我国爆发了非典型肺炎(SARS)。第四军医大 学研究人员在进行抗非典药物研究中,发现了3个对SARS病毒有明确抑制 作用的多肽。这一抑制冠状病毒的研究对系列多肽药物的合成、为研制抗非典 药物奠定了坚实的基础。这3个多肽已正式通过中国疾病预防控制中心病毒病 预防控制所、病毒资源中心的鉴定。研究人员认为非典冠状病毒是一种单链核 糖核酸病毒。在非典病原体被确定后,研究人员发现非典冠状病毒外围有一个 类似“日冕”的圆环,其内部的4个结构蛋白,尤其是S蛋白在非典病毒的自 身复制、侵蚀人体细胞中起关键作用,而多肽可以阻止冠状病毒侵入细胞,从 而抑制冠状病毒入侵人体细胞。专家们说,在世界范围内,临床上还没有特效 的药物治疗SARS,因此,这一类多肽对非典冠状病毒具有明确的抑制作用。 2003年5月15日,中国国家知识产权局已经对我国这个研究成果受理了专利
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