杨荣武生物化学第二章-蛋白质的结构
合集下载
- 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)。
四、蛋白质组及蛋白质组学
肽的定义
肽就是氨基酸之间通过α-氨基和α-羧基缩合以酰 胺键或肽键相连的聚合物，它包括寡肽、多肽和 蛋白质。
构成肽的每一个氨基酸单位被称为氨基酸残基。 各氨基酸残基以肽键相连形成的链状结构被称为 肽链。
肽的分类和命名
肽的命名和分类的主要依据是氨基酸残基的数目 和组成。
一种蛋白质的一级结构由编码 它的基因的核苷酸序列决定
DNA: GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT mRNA: GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU
蛋白质: Gly- Ile- Val- Glu – Gln - Cys- Cys
肽键的结构与性质
☺ 具有部分双键的性质（40％），其键长为0.133nm，介 于一个典型的单键和一个典型的双键之间。
基含有 468aa。总大小为600k。 ☻α连接素（connectin)：大小为28 00k! ☻β连接素：大小为2 100k,长达 1 000nm！
蛋白质结构的多样性
蛋白质的结构层次
1. 一级结构 (1º) : 独特的氨基酸序列，由基因决定。
2. 二级结构 (2º) :多肽链的主链骨架本身（不包括R基团）
酰胺平面对肽链结构的限制
酰胺平面的存在，使得肽链中的任何一个氨基酸残基只 有2个角度可以旋转。由C-N单键旋转的角度被称为 (phi)，C-C单键旋转的角度被称为 (psi)。当一条肽链 上所有氨基酸残基的和确定以后，该肽链主链骨架的 基本走向也就确定了。
(, )为正值对应于从C观察时单键向顺时针旋转。如果 值为零意味着 C=O 或 N-H 键平分R-C -H角。
☺ 具有双键性质的肽键不能自由旋转，与肽键相关的6个 原子共处于一个平面，此平面结构被称为酰胺平面或 肽平面
☺ 与Cα相连的两个单键可以自由旋转，由此产生两个旋 转角
☺ 多为反式，但是X-Pro是例外。 ☺ N带部分正电荷，O带部分负电荷。
肽键的双键性质
肽平面上各个共价键的主要参数
肽平面及二面角
蛋白质可能含有非蛋白质成分
1. 多肽链 +可能是辅助因子（金属离子、辅酶或辅 基），也可能是其他修饰。
2. 例如，羧肽酶的辅助因子是Zn2+；乳酸脱氢酶的辅酶 是辅酶I；血红蛋白的辅基是血红素。
蛋白质大小的多样性
蛋白质可大可小
☻胰岛素- A链（21aa）、 B链（30aa），大小为5.7k ☻大肠杆菌谷氨酰胺合成酶- 12个亚基组成，每一个亚
(, )=(0,180)，2个羰基O太近; (, ) =(180,0)，2个酰胺基重叠; (, ) =(0,0)，羰基O与酰胺基重叠。
拉氏作图（Ramachandran Plot）
一个多肽的构象可通过 以为横坐标、为纵坐 标作图来表示，这种作 图方法称为R拉氏作图 法。在拉氏图上，每个 氨基酸残基的（，） 成为图中的一个点。理 论上，和可以是0º~ ±180º之间的任何值， 但是，由于侧链R基团 的限制，和值的变动 并不是随意的。
蛋白质的四个结构层次
蛋白质的一级结构
是蛋白质的共价（肽键）结构 对于每一种蛋白质而言，都是独特的。 由编码它的基因的核苷酸序列决定。 是遗传信息的一种形式。 书写总是从N端到C端。
例如，胰岛素A链的一级结构是： Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-CysSer-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn
非核糖体合成肽与核糖体合成肽
寡肽的理化性质
1. 两性解离
˗ 肽也有等电点，其中小肽的pI的计算方法与氨基酸相似， 但复杂的寡肽只能与多肽和蛋白质一样不能计算，只能测 定（如使用等电聚焦的手段）。
2. 手性与旋光性 3. 双缩脲反应
˗ 凡含有两个肽键的肽含有与双缩脲结构相似的肽键（至少 含有两个肽键，故二肽不行），都能发生此反应。
第二章 蛋白质的结构
提纲
一、肽的结构
1. 肽的定义、分类和命名 2. 寡肽的理化性质
二、蛋白质的结构
1. 蛋白质的一级结构 2. 蛋白质的二级结构 3. 蛋白质的三级结构 4. 蛋白质的四级结构
三、蛋白质的折叠历程与结构预测
1. 蛋白质折叠的基本规律 2. 蛋白质折叠的历程 3. 与蛋白质错误折叠相关的疾病 4. 蛋白质结构的预测
蛋白质（信息流） DNA的功能在于其一级结构；蛋白质的功能在其三维 结构。
蛋白质的多样性
组成的多样性 大小的多样性 结构的多样性 功能的多样性
蛋白质组成的多样性
蛋白质可能含有一条或多条肽链
1. 一条多肽链-单体蛋白 2. 不止一条多肽链-寡聚蛋白:同源寡聚体-同种肽链异
源寡聚体-两种或多种不同的肽链;血红蛋白是一种 异源四聚体：2条α链，2条β链。
在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非 侧链基团之间的氢键决定的。
3. 三级结构 (3º) :是指多肽链在二级结构的基础上，进一
步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次 级键以及二硫键维系的完整的三维结构。
4. 四级结构 (4º)具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白
质或多聚蛋白质才会有四级结构。其内容包括亚基的 种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。
肽的分类可根据氨基酸残基的数目而直呼其为几 肽。例如，2个氨基酸形成的肽称为二肽，3个氨 基酸构成的肽称为三肽，以此类推。一般将2～10 个氨基酸残基组成的肽称为寡肽，由11~50个氨基 酸残基组成的肽称为多肽，由50个以上的氨基酸 残基组成的肽通常被称为蛋白质。
肽的化学结构与命名
除了少数环状肽链 以外，其它肽链都 含有不对称的两端： 其中含有自由α-氨 基的一端被称为氨 基端或N端，含有 自由α-羧基的一端 称为羧基端或C端。
4. 水解 5. 具有特定的生物学功能
蛋白质的一般概念
☺ 1830年，Mulder 研究生物体在去除糖、脂和盐等物质 以后剩余ห้องสมุดไป่ตู้成分。
☺ 1838年，Berzelius 使用蛋白质这个词。希腊语中的 “Proteins” 表示最重要的意思。
☺ 蛋白质是氨基酸的线性多聚物（≥51aa ） ☺ 1958年，Watson提出“中心法则”：DNA RNA
肽的定义
肽就是氨基酸之间通过α-氨基和α-羧基缩合以酰 胺键或肽键相连的聚合物，它包括寡肽、多肽和 蛋白质。
构成肽的每一个氨基酸单位被称为氨基酸残基。 各氨基酸残基以肽键相连形成的链状结构被称为 肽链。
肽的分类和命名
肽的命名和分类的主要依据是氨基酸残基的数目 和组成。
一种蛋白质的一级结构由编码 它的基因的核苷酸序列决定
DNA: GGC ATT GTG GAA CAA TGC TGT mRNA: GGC AUU GUG GAA CAA UGC UGU
蛋白质: Gly- Ile- Val- Glu – Gln - Cys- Cys
肽键的结构与性质
☺ 具有部分双键的性质（40％），其键长为0.133nm，介 于一个典型的单键和一个典型的双键之间。
基含有 468aa。总大小为600k。 ☻α连接素（connectin)：大小为28 00k! ☻β连接素：大小为2 100k,长达 1 000nm！
蛋白质结构的多样性
蛋白质的结构层次
1. 一级结构 (1º) : 独特的氨基酸序列，由基因决定。
2. 二级结构 (2º) :多肽链的主链骨架本身（不包括R基团）
酰胺平面对肽链结构的限制
酰胺平面的存在，使得肽链中的任何一个氨基酸残基只 有2个角度可以旋转。由C-N单键旋转的角度被称为 (phi)，C-C单键旋转的角度被称为 (psi)。当一条肽链 上所有氨基酸残基的和确定以后，该肽链主链骨架的 基本走向也就确定了。
(, )为正值对应于从C观察时单键向顺时针旋转。如果 值为零意味着 C=O 或 N-H 键平分R-C -H角。
☺ 具有双键性质的肽键不能自由旋转，与肽键相关的6个 原子共处于一个平面，此平面结构被称为酰胺平面或 肽平面
☺ 与Cα相连的两个单键可以自由旋转，由此产生两个旋 转角
☺ 多为反式，但是X-Pro是例外。 ☺ N带部分正电荷，O带部分负电荷。
肽键的双键性质
肽平面上各个共价键的主要参数
肽平面及二面角
蛋白质可能含有非蛋白质成分
1. 多肽链 +可能是辅助因子（金属离子、辅酶或辅 基），也可能是其他修饰。
2. 例如，羧肽酶的辅助因子是Zn2+；乳酸脱氢酶的辅酶 是辅酶I；血红蛋白的辅基是血红素。
蛋白质大小的多样性
蛋白质可大可小
☻胰岛素- A链（21aa）、 B链（30aa），大小为5.7k ☻大肠杆菌谷氨酰胺合成酶- 12个亚基组成，每一个亚
(, )=(0,180)，2个羰基O太近; (, ) =(180,0)，2个酰胺基重叠; (, ) =(0,0)，羰基O与酰胺基重叠。
拉氏作图（Ramachandran Plot）
一个多肽的构象可通过 以为横坐标、为纵坐 标作图来表示，这种作 图方法称为R拉氏作图 法。在拉氏图上，每个 氨基酸残基的（，） 成为图中的一个点。理 论上，和可以是0º~ ±180º之间的任何值， 但是，由于侧链R基团 的限制，和值的变动 并不是随意的。
蛋白质的四个结构层次
蛋白质的一级结构
是蛋白质的共价（肽键）结构 对于每一种蛋白质而言，都是独特的。 由编码它的基因的核苷酸序列决定。 是遗传信息的一种形式。 书写总是从N端到C端。
例如，胰岛素A链的一级结构是： Gly-Ile-Val-Glu-Gln-Cys-Cys-Thr-Ser-Ile-CysSer-Leu-Tyr-Gln-Leu-Glu-Asn-Tyr-Cys-Asn
非核糖体合成肽与核糖体合成肽
寡肽的理化性质
1. 两性解离
˗ 肽也有等电点，其中小肽的pI的计算方法与氨基酸相似， 但复杂的寡肽只能与多肽和蛋白质一样不能计算，只能测 定（如使用等电聚焦的手段）。
2. 手性与旋光性 3. 双缩脲反应
˗ 凡含有两个肽键的肽含有与双缩脲结构相似的肽键（至少 含有两个肽键，故二肽不行），都能发生此反应。
第二章 蛋白质的结构
提纲
一、肽的结构
1. 肽的定义、分类和命名 2. 寡肽的理化性质
二、蛋白质的结构
1. 蛋白质的一级结构 2. 蛋白质的二级结构 3. 蛋白质的三级结构 4. 蛋白质的四级结构
三、蛋白质的折叠历程与结构预测
1. 蛋白质折叠的基本规律 2. 蛋白质折叠的历程 3. 与蛋白质错误折叠相关的疾病 4. 蛋白质结构的预测
蛋白质（信息流） DNA的功能在于其一级结构；蛋白质的功能在其三维 结构。
蛋白质的多样性
组成的多样性 大小的多样性 结构的多样性 功能的多样性
蛋白质组成的多样性
蛋白质可能含有一条或多条肽链
1. 一条多肽链-单体蛋白 2. 不止一条多肽链-寡聚蛋白:同源寡聚体-同种肽链异
源寡聚体-两种或多种不同的肽链;血红蛋白是一种 异源四聚体：2条α链，2条β链。
在空间上有规律的折叠和盘绕，它是由氨基酸残基非 侧链基团之间的氢键决定的。
3. 三级结构 (3º) :是指多肽链在二级结构的基础上，进一
步盘绕、卷曲和折叠，形成主要通过氨基酸侧链以次 级键以及二硫键维系的完整的三维结构。
4. 四级结构 (4º)具有两条和两条以上多肽链的寡聚蛋白
质或多聚蛋白质才会有四级结构。其内容包括亚基的 种类、数目、空间排布以及亚基之间的相互作用。
肽的分类可根据氨基酸残基的数目而直呼其为几 肽。例如，2个氨基酸形成的肽称为二肽，3个氨 基酸构成的肽称为三肽，以此类推。一般将2～10 个氨基酸残基组成的肽称为寡肽，由11~50个氨基 酸残基组成的肽称为多肽，由50个以上的氨基酸 残基组成的肽通常被称为蛋白质。
肽的化学结构与命名
除了少数环状肽链 以外，其它肽链都 含有不对称的两端： 其中含有自由α-氨 基的一端被称为氨 基端或N端，含有 自由α-羧基的一端 称为羧基端或C端。
4. 水解 5. 具有特定的生物学功能
蛋白质的一般概念
☺ 1830年，Mulder 研究生物体在去除糖、脂和盐等物质 以后剩余ห้องสมุดไป่ตู้成分。
☺ 1838年，Berzelius 使用蛋白质这个词。希腊语中的 “Proteins” 表示最重要的意思。
☺ 蛋白质是氨基酸的线性多聚物（≥51aa ） ☺ 1958年，Watson提出“中心法则”：DNA RNA