医学生物化学课件

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一、组成人体蛋白质的20种氨基酸 均属于L--氨基酸
存在自然界中的氨基酸有300余种，
但组成人体蛋白质的氨基酸仅有20种， 且均属 L-氨基酸（甘氨酸除外）。
COO
-
H CH3 R
H
C
+
NH3
甘氨酸 丙氨酸 L-氨基酸的通式
二、氨基酸可根据侧链结构和理化性质 进行分类

非极性脂肪族氨基酸 极性中性氨基酸
二级结构组合形式有3种：αα，βαβ，ββ 。
二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 模体(motif) 。
模体是具有特殊功能的超二级结构。
模体常见的形式 •
α-螺旋-β转角（或 环）-α-螺旋模体 链-β转角-链模体 链-β转角-α-螺旋-β 转角-链模体


芳香族氨基酸
酸性氨基酸
碱性氨基酸
(一)侧链含烃链的氨基酸属于非极性脂肪族 氨基酸
(二)侧链有极性但不带电荷的氨基酸是极性 中性氨基酸
(三)侧链含芳香基团的氨基酸是芳香族氨基酸
(四)侧链含负性解离基团的氨基酸是酸性氨基酸
(五)侧链含正性解离基团的氨基酸属于碱性 氨基酸

几种特殊氨基酸
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平
面，C1 和C2 在平面上所处的位臵为反式(trans)构型，此同
一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。
（二）α -螺旋结构是常见的蛋白质二级结构

蛋白质二级结构

-螺旋 ( -helix) -折叠 (-pleated sheet) -转角 (-turn) 无规卷曲 (random coil)
+OHR CH COOR CH COO-
NH3+
+H+
NH2
pH<pI 阳离子
pH=pI 氨基酸的兼性离子
pH>pI 阴离子
（二）含共轭双键的氨基酸具有紫外吸收性质
色氨酸、酪氨酸的 最大吸收峰在 280 nm 附近。 大多数蛋白质含有 这两种氨基酸残基，所 以测定蛋白质溶液 280nm的光吸收值是分 析溶液中蛋白质含量的 快速简便的方法。 芳香族氨基酸的紫外吸收
1962年，确定了血红蛋白的四级结构。 20世纪90年代，功能基因组与蛋白质组研究地 展开。

蛋白质的生物学重要性
1. 蛋白质是生物体重要组成成分 分布广：所有器官、组织都含有蛋白质；细胞
的各个部分都含有蛋白质。
含量高：蛋白质是细胞内最丰富的有机分子， 占人体干重的45％，某些组织含量更高，例如 脾、肺及横纹肌等高达80％。
第三节
蛋白质结构与功能的关系
The Relation of Structure and Function of Protein
一、蛋白质一级结构是高级结构 与功能的基础
（一）一级结构是空间构象的基础
二 硫 键
牛核糖核酸酶的 一级结构
天然状态， 有催化活性 去除尿素、 β-巯基乙醇
尿素、 β-巯基乙醇
定义:
整条肽链中全部氨基酸残基的相对空间位臵。 即肽链中所有原子在三维空间的排布位臵。
主要的化学键:
疏水键、离子键、氢键和 Van der Waals力等。
• 肌红蛋白 (Mb)
C 端 N端
（二）结构域是三级结构层次上的局部折叠区
分子量较大的蛋白质常可折叠成多个结构较为紧 密的区域，并各行其功能，称为结构域 (domain) 。
纤连蛋白分子的结构域
（三）分子伴侣参与蛋白质折叠
分子伴侣(chaperon)通过提供一个保护环境从而 加速蛋白质折叠成天然构象或形成四级结构。 分子伴侣可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随 后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生， 使肽链正确折叠。 分子伴侣也可与错误聚集的肽段结合，使之解聚 后，再诱导其正确折叠。 分子伴侣在蛋白质分子折叠过程中二硫键的正确 形成起了重要的作用。
主要的化学键：氢键
（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、C2位于同一平 面，C1 和C2 在平面上所处的位臵为反式(trans)构型，此同 一平面上的6个原子构成了所谓的肽单元 (peptide unit) 。
（一）参与肽键形成的6个原子在同一平面上
• •
钙结合蛋白中结合 钙离子的模体
锌指结构
（六）氨基酸残基的侧链对二级结构形成的影响
蛋白质二级结构是以一级结构为基础的。
一段肽链其氨基酸残基的侧链适合形成-螺旋
或β-折叠，它就会出现相应的二级结构。
三、在二级结构基础上多肽链进一步折叠 形成蛋白质三级结构
（一）三级结构是指整条肽链中全部氨基酸 残基的相对空间位置
• 脯氨酸
（亚氨基酸）
CH2 CH2 CH2
CHCOO NH2+
半胱氨酸
-OOC-CH-CH
+NH 3
-SH + HS-CH2-CH-COO2
-HH
+NH 3
-OOC-CH-CH
+NH 3
-S S-CH2-CH-COO2
+NH
二硫键
3
•胱氨酸
三、20种氨基酸具有共同或特异的理化性质
（一）氨基酸具有两性解离的性质
（三）氨基酸与茚三酮反应生成蓝紫色化合物
氨基酸与茚三酮水合物共热，可生成蓝 紫色化合物，其最大吸收峰在570nm处。 由于此吸收峰值与氨基酸的含量存在正 比关系，因此可作为氨基酸定量分析方法。
四、蛋白质是由许多氨基酸残基组成 的多肽链
（一）氨基酸通过肽键连接而形成肽 (peptide)
肽键(peptide bond)是由一个氨基酸的羧基与另一个氨基酸的-氨基脱水缩合而形成 的化学键。
Ser
Ile
Ala
（三）氨基酸序列提供重要的生物化学信息
一些广泛存在于生 物界的蛋白质如细胞色 素(cytochrome C)，比 较它们的一级结构，可
以帮助了解物种进化间
的关系。
（四）重要蛋白质的氨基酸序列改变可引起疾病
例：镰刀形红细胞贫血
HbA β 肽 链 N-val · his · leu · thr · pro · glu · glu · · · · ·C(146) HbS β 肽链 N-val · his · leu · thr · pro · val · glu · · · · ·C(146)
纤维状蛋白质
球状蛋白质
六、蛋白质组学
（一）蛋白质组学基本概念
蛋白质组是指一种细胞或一种生物所表 达的全部蛋白质，即“一种基因组所表达的 全套蛋白质”。
（二）蛋白质组学研究技术平台
蛋白质组学是高通量，高效率的研究: 双向电泳分离样品蛋白质 蛋白质点的定位、切取 蛋白质点的质谱分析
（三）蛋白质组学研究的科学意义
2. 蛋白质具有重要的生物学功能
作为生物催化剂（酶）
代谢调节作用
免疫保护作用 物质的转运和存储 运动与支持作用 参与细胞间信息传递
3. 氧化供能
第一节
蛋白质的分子组成
The Molecular Component of Protein

组成蛋白质的元素
主要有C、H、O、N和 S。
非折叠状态，无活性
（二）一级结构相似的蛋白质具有相似的高级 结构与功能
胰岛素
人 A5 Thr 氨基酸残基序号 A6 A10 Ser Ile B30 Thr
猪
狗 兔
Thr
Thr Thr
Ser
Ser Gly
Ile
Ile Ile
Ala
Ala Ser
牛
羊
Ala
Ala
Gly
Ser
Val
Val
Ala
Ala
马
Thr
多肽链(polypeptide chain)是指许多氨 基酸之间以肽键连接而成的一种结构。

多肽链有两端： N 末端：多肽链中有游离α-氨基的一端 C 末端：多肽链中有游离α-羧基的一端
N末端
C末端
牛核糖核酸酶
（二）体内存在多种重要的生物活性肽
1. 谷胱甘肽(glutathione, GSH)
有些蛋白质含有少量磷或金属元素铁、
铜、锌、锰、钴、钼，个别蛋白质还含有
碘。

蛋白质元素组成的特点
各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16％。
由于体内的含氮物质以蛋白质为主，
因此，只要测定生物样品中的含氮量，就
可以根据以下公式推算出蛋白质的大致含
量： 100克样品中蛋白质的含量 (g %)
= 每克样品含氮克数× 6.25×100
由2个亚基组成的蛋白质四级结构中，若亚基分子 结构相同，称之为同二聚体(homodimer)，若亚基分子 结构不同，则称之为异二聚体(heterodimer)。
血红蛋白的 四级结构
五、蛋白质的分类
根据蛋白质组成成分:
单纯蛋白质 结合蛋白质 = 蛋白质部分 + 非蛋白质部分
根据蛋白质形状:
C-端的氨基酸排列顺序。 主要的化学键: 肽键，有些蛋白质还包括二硫键。
一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能 的基础，但不是决定蛋白质空间构象的唯一因素。
二、多肽链的局部主链构象为蛋白质 二级结构
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
间位臵，并不涉及氨基酸残基侧链的构象 。
生 物 化 学
BIOCHEMISTRY
王泽平 生物化学与分子生物学教研室
第1章
蛋白质的结构与功能