蛋白质结构与功能
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3. 除Gly的R侧链为H原子外，其他AA 的 α - 碳原子 都是 不对称碳原子 ，具 有不同的构型，因而具有旋光性。
氨基酸Cα原子的手性特征，平面偏振光的旋转
甘油醛
丙氨酸
组成人体蛋白质的氨基酸都为L-α-AA（Gly, Pro除外）。
氨基酸的分类
按侧链的结构和理化性质可分为：
非极性、疏水性氨基酸
四. 推论（Inference）
证 据 查 证 （ Querying Evidence ） ， 猜 测 替 代 方 案 （ Conjecturing Alternatives ） ， 导 出 结 论 （ Drawing Conclusion）
五. 阐释（Explanation）
说明结果（Stating Results），过程判断（Justifying Procedures），展示论证（Presenting Arguments）
Lehninger’s Biochemistry p17
肽链中能 够旋转的只有 α- 碳原子所形 成的单键，此 单键的旋转决 定两个肽键平 面的位置关系， 于是肽平面成 为肽链盘曲折 叠的基本单位。
肽单元上 Cα 所连的两个单键的旋转角度， 决定两个相连肽单元的相对空间位置，由于肽 平面和氨基酸残基侧链 R 基对多肽链构象的限 制作用，二级结构只有以下几种主要形式：
α-螺旋 (α-Helix)
β-折叠(β-Pleated Sheet)
β-转角 (β–Turn or β -Bend)
无规卷曲 (Random Coil)
α-Helix
① 多个肽平 面 通 过 Cα 的 旋转，相互之 间紧密盘曲成 稳固的右手螺 旋。
α-Helix
② 主链螺旋上 升 ， 每 3.6 个 氨 基酸残基上升 一 圈 ， 螺 距 0.54nm 。 肽 平 面和螺旋长轴 平行。
二. 分析（Analysis）
观点检测（Examining Ideas），论证确认（Identifying Arguments），论证分析（Analyzing Arguments）
三. 评价（Evaluation）
命题评估（Assessing Claims），论证评估（Assessing Arguments）
生物化学
Biochemistry Dept of Biochemistry & Molecular Biology MJMU Sep, 2015
人类学习的目的
• 人类的生存 • 人类的发展
Obama’s Speech at Middle School Opening
My Education My Future
氢键
Random Coil 无规则卷曲
极性、中性氨基酸
酸性氨基酸
碱性氨基酸
支 链 氨 基 酸
芳香族氨基酸
亚氨基酸 吡咯烷环--杂环氨基酸
2. 极性中性氨基酸
吲哚环--杂环氨基酸 芳香族氨基酸
羟基氨基酸
含硫氨基酸
含酰胺基氨基酸
3. 酸性氨基酸
γβ 4. 碱性氨基酸 εδγβ
δγβ
δ-胍基
咪唑基—杂环氨基酸
1968年美国Dudrick，在研究人体营养学工作中，利用结 晶氨基酸配出了氨基酸输液，挽救了很多病人的生命。因此 氨基酸营养输液是继“疫苗”、“维生素”、“抗生素”之 后，被誉为二十世纪医疗史上的四个里程碑。
• 神经肽（neuropeptide）
如脑啡肽、 β-内啡肽、强啡肽、孤啡肽、P物质、神 经肽Y等
γ-谷胱甘肽（γ-Glutathione, GSH）
γ-肽键
还原型
氧化型
(1) 体内重要的还原剂 保护蛋白质和酶分子中的巯基免遭氧化， 使蛋白质处于活性状态。
(2) 谷胱甘肽的巯基作用 可以与致癌剂或药物等结合,从而阻断 这些化合物与DNA、RNA或蛋白质结合，保护机体免遭毒性损 害。
我国氨基酸类药物的发展
1953年药典，1960年药典都为0； 1977年药典为4种； 1985年药典为3种； 1990年药典为5种； 1995年药典为12种； 1998年增补版药典为26种； 2000年药典原料药22种，制剂4种。
氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点
在某一溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的 趋势及程度相等，呈电中性，此时该溶液的pH值即 为该氨基酸的等电点 (Isoelectric point，pI )。
β-Pleated Sheet
①是肽链相当伸展的结构，肽平面之间折叠 成锯齿状，相邻肽平面间呈110°角。 ②依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间 的羰基氧与亚氨基氢形成氢键，使构象稳定。 也就是说，氢键是稳定β-折叠的主要化学键。
③两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前 者两条链从N端到C端是同方向的，后者是反方向的。β折叠结构的形式十分多样，正、反平行还可以相互交替。 平行的β-折叠结构中，两个残基的间距为0.65nm；反平 行的β-折叠结构，则间距为0.7nm。
The Pentapeptide 五肽 Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu
三、生物活性肽 (Bioactive Peptide)
• γ-谷胱甘肽 （γ-Glutathione, GSH） • 多肽类激素
如催产素、加压素、血管紧张素、促肾上腺皮质激 素、促甲状腺素释放激素、促性腺激素释放激素等
2. 紫外吸收性质
含有共轭双键的芳香族氨 基酸 Trp, Tyr 的最大吸收峰在 280nm波长附近。
3. 茚三酮反应
该蓝紫色化合物在 570nm 波长处有最大吸收，可 用于氨基酸的定量分析。
二、 肽与肽键
(Peptide, Peptide Bond)
肽键
二肽
氨基酸残基 (residue) 寡肽；多肽; 蛋白质。
一、蛋白质的一级结构 (Primary Structure)
蛋白质的一级结构就是蛋白质多肽链中氨基酸残基 的排列顺序。主要化学键是肽键，有的还包含二硫键。
二、蛋白质的二级结构(secondary structure)
蛋白质二级结构是指多肽链的主链骨架中若 肽单元，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以 氢键为主要次级键而形成的有规则或无规则 的构象，如α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷 曲等。
蛋白质二级结构一般不涉及氨基酸残基侧链 的构象。
二级结构的主要结构单位——肽单元（Peptide Unit）
二级结构的主要化学键 ——氢键 (Hydrogen Bond)
肽单元（Peptide Unit）
肽单元具有这样一些特性： (1)早在1925年，Pauling等人就发现， 肽键中的C-N键长0.132nm，比相邻的C-C 单键(0.147nm)短，而较一般C=N双键 (0.128nm)长。可见，肽键中-C-N-键的性 质介于单、双键之间，具有部分双键的性 质，因而不能旋转，这就将其固定在一个 平面之内。
六. 自我调整（Self-Regulation）
自省（Self-Examining），自我纠正（Self-Correcting）
生物化学之绪论
生物化学 ，是研究生物体内 化学分子和 化学反应的 基础生命科学，从分子水平研究生命现象的本质。
生物化学研究的方法，早期，采用化学，物理学， 和数学的原理和方法；后来，融入生理学，细胞 生物学，遗传学，和免疫学的理论和技术；近来， 生物信息学的介入，使之与众多学科有广泛的联 系与交叉。
凤凰卫视
• 美国常青藤大学等：学生教育的探索与思考
• 通识教育（大学1~2年级） • 专业教育（大学3~4年级）
为什么要学习？学什么？ 学什么？ 1. 知识 Knowledge 2. 思考 Critical Thinking 3. 创新 Innovating 学习方式： 1. 课本-授课：理解-记忆 （理解-思考-记忆） 2. 图书馆-自学：理解-思考-记忆 3. 网络-自学：
α-Helix
③ 相邻两圈螺旋之间
借肽键中羰基氧 (C＝O)
和亚氨基氢(NH)形成许
多链内氢键，即每一个
氨基酸残基中的亚氨基 氢和前面相隔三个残基 的羰基氧之间形成氢键， 这是稳定α-螺旋的主要 化学键。
α-Helix
④ 肽链中氨基酸残基侧链 R 基， 分布在螺旋外侧，其形状、大小 及电荷均会影响α-螺旋的形成。
10
第一篇 生物大分子的结构与功能
蛋白质 Protein (酶 Enzyme)
脱氧核糖核酸
(DeoxyriboNucleic Acid)
Байду номын сангаас
核糖核酸 (RiboNucleic acid ) •脂肪酸 （Fatty acid） •多糖 （Saccharide ）
第一章 蛋白质的结构与功能
Protein Pro, Pr, P
Knowledge
知识：结论性的认知
学习
创新：联想-类比 逻辑思维：推理-总结
Innovating
Critical Thinking
理解：归纳中心思想
一. 解释（Interpretation）
归纳（Categorizing），意义解码（Decoding Significance），意义澄清（Clarifying Meaning）
蛋白质是生物体的基本组成成分之一，几
乎参与了生命活动的所有过程。
分布广
含量：约占固体成分的近1/2（45%） 种类：一个真核细胞含有的蛋白质达数千种，每 一种均有其特定的结构与功能
第一节 蛋白质的分子组成
元素组成:
碳、氢、氧、氮 、硫 （ C、H、O、N、S ） 以及磷、 铁、 铜、 锌、 碘、 硒 蛋白质平均含氮量（N%）：16%
(2) 肽键的 C 及 N 周围三个键角之 和 均 为 360° ， 说明都处于一个 平面上，也就是 说肽单元的六个 原子基本上同处 于一个平面，是 一个刚性平面， 这就是肽键平面。
(3) 肽键中的C-N既然具有双键性质，就会有 顺反不同的立体异构，已证实肽单元两个α碳原子呈反向分布。
Configuration of Geometric Isomer of Retinal
二硫键，形成于二分子半胱氨酸的氧化
促甲状腺素释放激素（3肽 焦Glu-His-Pro）
由下丘脑分泌，促进腺垂体分泌促甲状腺素
第二节 蛋白质的分子结构
蛋白质是氨基酸通过肽
键相连形成的具有三维
结构的生物大分子。
一般将蛋白质分子的结
构分为四个层次来学习。
Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase
二则新闻报道
• 参考消息网8月12日：英媒称，BBC二台的纪录片【 我们的孩子坚强吗？中国式学校】自 8月 4日播出第 一集以来，引发了大量的关于中英两国教育的关注 和讨论。纪录片讲述了5名中国教师在英国南部汉普 郡的博航特（ Bohunt ）中学实施 4 周中国式教学试 验的故事。 • 个人发帖：澳洲悉尼大学商学院商学硕士课程有大 批中国留学生学习，近日有 1200多人参加该课程核 心科目“商业的批判性思维”考试，竟有300多名学 生不合格，其中中国留学生占八成，引起关注。
∴ 蛋白质含量=含氮克数×6.25（凯氏定氮法）
一、基本组成单位:氨基酸 (Amino Acid, AA)
参与构建蛋白质的基本氨基酸，只有20种。
氨基酸通式
1. 20种AA中除Pro外，与羧基相连的 α-碳原子上都有一个氨基，因而称α 氨基酸。 2. 不同的α-AA，其R侧链不同。氨基 酸 R 侧链（结构、大小与荷电性）对 蛋白质空间结构和理化性质有重要影 响。
生物化学主要研究 ，生物体内的分子结构与功能， 物质代谢与调节，和遗传信息传递的分子基础和 调控规律。
一个自稳系统的生物化学模式
Biochemistry
调节网络
自稳系统
组份
• 组份：组成一个自稳系统的所有分子，如，一个个体，一个细胞，等。 • 结构：组成一个自稳系统的所有分子，相互间形成一个适当相互作用的 关系，且，具有时-空的反应顺序。 • 功能：所有的分子能够相互作用，产生相应的效果。 • 对任何一个组份分子、结构或功能的改变，该自稳系统都将进行补偿与 适应的调整来维持当下的自稳状态。若如不能，则，疾病发生。
④氨基酸残基的侧链R基分布在片层的上方或 下方。
β-转角 β-Turn
蛋白质分子中，肽 链经常会出现 180° 的回折，在这种回 折角处的构象就是β转 角 (β-turn) 或 称 β折 角 (β-bend) 。 β- 转 角中，第一个氨基 酸残基的羰基氧与 第四个残基的亚氨 基氢形成氢键，从 而使结构稳定。
氨基酸Cα原子的手性特征，平面偏振光的旋转
甘油醛
丙氨酸
组成人体蛋白质的氨基酸都为L-α-AA（Gly, Pro除外）。
氨基酸的分类
按侧链的结构和理化性质可分为：
非极性、疏水性氨基酸
四. 推论（Inference）
证 据 查 证 （ Querying Evidence ） ， 猜 测 替 代 方 案 （ Conjecturing Alternatives ） ， 导 出 结 论 （ Drawing Conclusion）
五. 阐释（Explanation）
说明结果（Stating Results），过程判断（Justifying Procedures），展示论证（Presenting Arguments）
Lehninger’s Biochemistry p17
肽链中能 够旋转的只有 α- 碳原子所形 成的单键，此 单键的旋转决 定两个肽键平 面的位置关系， 于是肽平面成 为肽链盘曲折 叠的基本单位。
肽单元上 Cα 所连的两个单键的旋转角度， 决定两个相连肽单元的相对空间位置，由于肽 平面和氨基酸残基侧链 R 基对多肽链构象的限 制作用，二级结构只有以下几种主要形式：
α-螺旋 (α-Helix)
β-折叠(β-Pleated Sheet)
β-转角 (β–Turn or β -Bend)
无规卷曲 (Random Coil)
α-Helix
① 多个肽平 面 通 过 Cα 的 旋转，相互之 间紧密盘曲成 稳固的右手螺 旋。
α-Helix
② 主链螺旋上 升 ， 每 3.6 个 氨 基酸残基上升 一 圈 ， 螺 距 0.54nm 。 肽 平 面和螺旋长轴 平行。
二. 分析（Analysis）
观点检测（Examining Ideas），论证确认（Identifying Arguments），论证分析（Analyzing Arguments）
三. 评价（Evaluation）
命题评估（Assessing Claims），论证评估（Assessing Arguments）
生物化学
Biochemistry Dept of Biochemistry & Molecular Biology MJMU Sep, 2015
人类学习的目的
• 人类的生存 • 人类的发展
Obama’s Speech at Middle School Opening
My Education My Future
氢键
Random Coil 无规则卷曲
极性、中性氨基酸
酸性氨基酸
碱性氨基酸
支 链 氨 基 酸
芳香族氨基酸
亚氨基酸 吡咯烷环--杂环氨基酸
2. 极性中性氨基酸
吲哚环--杂环氨基酸 芳香族氨基酸
羟基氨基酸
含硫氨基酸
含酰胺基氨基酸
3. 酸性氨基酸
γβ 4. 碱性氨基酸 εδγβ
δγβ
δ-胍基
咪唑基—杂环氨基酸
1968年美国Dudrick，在研究人体营养学工作中，利用结 晶氨基酸配出了氨基酸输液，挽救了很多病人的生命。因此 氨基酸营养输液是继“疫苗”、“维生素”、“抗生素”之 后，被誉为二十世纪医疗史上的四个里程碑。
• 神经肽（neuropeptide）
如脑啡肽、 β-内啡肽、强啡肽、孤啡肽、P物质、神 经肽Y等
γ-谷胱甘肽（γ-Glutathione, GSH）
γ-肽键
还原型
氧化型
(1) 体内重要的还原剂 保护蛋白质和酶分子中的巯基免遭氧化， 使蛋白质处于活性状态。
(2) 谷胱甘肽的巯基作用 可以与致癌剂或药物等结合,从而阻断 这些化合物与DNA、RNA或蛋白质结合，保护机体免遭毒性损 害。
我国氨基酸类药物的发展
1953年药典，1960年药典都为0； 1977年药典为4种； 1985年药典为3种； 1990年药典为5种； 1995年药典为12种； 1998年增补版药典为26种； 2000年药典原料药22种，制剂4种。
氨基酸的理化性质
1. 两性解离及等电点
在某一溶液中，氨基酸解离成阳离子和阴离子的 趋势及程度相等，呈电中性，此时该溶液的pH值即 为该氨基酸的等电点 (Isoelectric point，pI )。
β-Pleated Sheet
①是肽链相当伸展的结构，肽平面之间折叠 成锯齿状，相邻肽平面间呈110°角。 ②依靠两条肽链或一条肽链内的两段肽链间 的羰基氧与亚氨基氢形成氢键，使构象稳定。 也就是说，氢键是稳定β-折叠的主要化学键。
③两段肽链可以是平行的，也可以是反平行的。即前 者两条链从N端到C端是同方向的，后者是反方向的。β折叠结构的形式十分多样，正、反平行还可以相互交替。 平行的β-折叠结构中，两个残基的间距为0.65nm；反平 行的β-折叠结构，则间距为0.7nm。
The Pentapeptide 五肽 Ser-Gly-Tyr-Ala-Leu
三、生物活性肽 (Bioactive Peptide)
• γ-谷胱甘肽 （γ-Glutathione, GSH） • 多肽类激素
如催产素、加压素、血管紧张素、促肾上腺皮质激 素、促甲状腺素释放激素、促性腺激素释放激素等
2. 紫外吸收性质
含有共轭双键的芳香族氨 基酸 Trp, Tyr 的最大吸收峰在 280nm波长附近。
3. 茚三酮反应
该蓝紫色化合物在 570nm 波长处有最大吸收，可 用于氨基酸的定量分析。
二、 肽与肽键
(Peptide, Peptide Bond)
肽键
二肽
氨基酸残基 (residue) 寡肽；多肽; 蛋白质。
一、蛋白质的一级结构 (Primary Structure)
蛋白质的一级结构就是蛋白质多肽链中氨基酸残基 的排列顺序。主要化学键是肽键，有的还包含二硫键。
二、蛋白质的二级结构(secondary structure)
蛋白质二级结构是指多肽链的主链骨架中若 肽单元，各自沿一定的轴盘旋或折叠，并以 氢键为主要次级键而形成的有规则或无规则 的构象，如α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷 曲等。
蛋白质二级结构一般不涉及氨基酸残基侧链 的构象。
二级结构的主要结构单位——肽单元（Peptide Unit）
二级结构的主要化学键 ——氢键 (Hydrogen Bond)
肽单元（Peptide Unit）
肽单元具有这样一些特性： (1)早在1925年，Pauling等人就发现， 肽键中的C-N键长0.132nm，比相邻的C-C 单键(0.147nm)短，而较一般C=N双键 (0.128nm)长。可见，肽键中-C-N-键的性 质介于单、双键之间，具有部分双键的性 质，因而不能旋转，这就将其固定在一个 平面之内。
六. 自我调整（Self-Regulation）
自省（Self-Examining），自我纠正（Self-Correcting）
生物化学之绪论
生物化学 ，是研究生物体内 化学分子和 化学反应的 基础生命科学，从分子水平研究生命现象的本质。
生物化学研究的方法，早期，采用化学，物理学， 和数学的原理和方法；后来，融入生理学，细胞 生物学，遗传学，和免疫学的理论和技术；近来， 生物信息学的介入，使之与众多学科有广泛的联 系与交叉。
凤凰卫视
• 美国常青藤大学等：学生教育的探索与思考
• 通识教育（大学1~2年级） • 专业教育（大学3~4年级）
为什么要学习？学什么？ 学什么？ 1. 知识 Knowledge 2. 思考 Critical Thinking 3. 创新 Innovating 学习方式： 1. 课本-授课：理解-记忆 （理解-思考-记忆） 2. 图书馆-自学：理解-思考-记忆 3. 网络-自学：
α-Helix
③ 相邻两圈螺旋之间
借肽键中羰基氧 (C＝O)
和亚氨基氢(NH)形成许
多链内氢键，即每一个
氨基酸残基中的亚氨基 氢和前面相隔三个残基 的羰基氧之间形成氢键， 这是稳定α-螺旋的主要 化学键。
α-Helix
④ 肽链中氨基酸残基侧链 R 基， 分布在螺旋外侧，其形状、大小 及电荷均会影响α-螺旋的形成。
10
第一篇 生物大分子的结构与功能
蛋白质 Protein (酶 Enzyme)
脱氧核糖核酸
(DeoxyriboNucleic Acid)
Байду номын сангаас
核糖核酸 (RiboNucleic acid ) •脂肪酸 （Fatty acid） •多糖 （Saccharide ）
第一章 蛋白质的结构与功能
Protein Pro, Pr, P
Knowledge
知识：结论性的认知
学习
创新：联想-类比 逻辑思维：推理-总结
Innovating
Critical Thinking
理解：归纳中心思想
一. 解释（Interpretation）
归纳（Categorizing），意义解码（Decoding Significance），意义澄清（Clarifying Meaning）
蛋白质是生物体的基本组成成分之一，几
乎参与了生命活动的所有过程。
分布广
含量：约占固体成分的近1/2（45%） 种类：一个真核细胞含有的蛋白质达数千种，每 一种均有其特定的结构与功能
第一节 蛋白质的分子组成
元素组成:
碳、氢、氧、氮 、硫 （ C、H、O、N、S ） 以及磷、 铁、 铜、 锌、 碘、 硒 蛋白质平均含氮量（N%）：16%
(2) 肽键的 C 及 N 周围三个键角之 和 均 为 360° ， 说明都处于一个 平面上，也就是 说肽单元的六个 原子基本上同处 于一个平面，是 一个刚性平面， 这就是肽键平面。
(3) 肽键中的C-N既然具有双键性质，就会有 顺反不同的立体异构，已证实肽单元两个α碳原子呈反向分布。
Configuration of Geometric Isomer of Retinal
二硫键，形成于二分子半胱氨酸的氧化
促甲状腺素释放激素（3肽 焦Glu-His-Pro）
由下丘脑分泌，促进腺垂体分泌促甲状腺素
第二节 蛋白质的分子结构
蛋白质是氨基酸通过肽
键相连形成的具有三维
结构的生物大分子。
一般将蛋白质分子的结
构分为四个层次来学习。
Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase
二则新闻报道
• 参考消息网8月12日：英媒称，BBC二台的纪录片【 我们的孩子坚强吗？中国式学校】自 8月 4日播出第 一集以来，引发了大量的关于中英两国教育的关注 和讨论。纪录片讲述了5名中国教师在英国南部汉普 郡的博航特（ Bohunt ）中学实施 4 周中国式教学试 验的故事。 • 个人发帖：澳洲悉尼大学商学院商学硕士课程有大 批中国留学生学习，近日有 1200多人参加该课程核 心科目“商业的批判性思维”考试，竟有300多名学 生不合格，其中中国留学生占八成，引起关注。
∴ 蛋白质含量=含氮克数×6.25（凯氏定氮法）
一、基本组成单位:氨基酸 (Amino Acid, AA)
参与构建蛋白质的基本氨基酸，只有20种。
氨基酸通式
1. 20种AA中除Pro外，与羧基相连的 α-碳原子上都有一个氨基，因而称α 氨基酸。 2. 不同的α-AA，其R侧链不同。氨基 酸 R 侧链（结构、大小与荷电性）对 蛋白质空间结构和理化性质有重要影 响。
生物化学主要研究 ，生物体内的分子结构与功能， 物质代谢与调节，和遗传信息传递的分子基础和 调控规律。
一个自稳系统的生物化学模式
Biochemistry
调节网络
自稳系统
组份
• 组份：组成一个自稳系统的所有分子，如，一个个体，一个细胞，等。 • 结构：组成一个自稳系统的所有分子，相互间形成一个适当相互作用的 关系，且，具有时-空的反应顺序。 • 功能：所有的分子能够相互作用，产生相应的效果。 • 对任何一个组份分子、结构或功能的改变，该自稳系统都将进行补偿与 适应的调整来维持当下的自稳状态。若如不能，则，疾病发生。
④氨基酸残基的侧链R基分布在片层的上方或 下方。
β-转角 β-Turn
蛋白质分子中，肽 链经常会出现 180° 的回折，在这种回 折角处的构象就是β转 角 (β-turn) 或 称 β折 角 (β-bend) 。 β- 转 角中，第一个氨基 酸残基的羰基氧与 第四个残基的亚氨 基氢形成氢键，从 而使结构稳定。