【精品课件】生物化学第四章蛋白质的共价结构
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Ser-Val-Tyr-Asp-Gln（S-V-Y-D-Q）
肽键
• 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。
由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonance structure）， 碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚 性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个α-碳原子多处于同一个平 面上。
清蛋白
糖蛋白
球蛋白
源自文库脂蛋白
谷蛋白
核蛋白
单纯蛋白质
（按溶解度分类）
谷醇溶蛋白 缀合蛋白质
组蛋白 鱼精蛋白
（按非氨基酸 成分分类）
磷蛋白 金属蛋白 血红素蛋白
硬蛋白
黄素蛋白
单纯蛋白质分类
结合蛋白质分类
蛋白质 （按生物学功能分类）
酶 调节蛋白 转运蛋白 贮存蛋白 收缩和游动蛋白 结构蛋白 支架蛋白 保护和开发蛋白 异常蛋白
蛋白质含量＝蛋白氮×6.25
（凯氏(Kjedahl)定氮法的计算基础）
组
单纯蛋白质（simple protein)：仅由氨基酸组成， 不含其它化学成分。
成 缀合蛋白质(conjugated protein)：除含有氨基酸外
的各种化学成分作为其结构的一部分。非蛋白质部分
称为辅基(prosthetic group)或配体(ligand)。
多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个酰胺平面组成
肽键
• 肽键中的C-N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。
肽基的C、O和N原子间的共振相互作用
sp3 sp2
sp2 sp2
共振杂化体
共振产生的重要结果：•限制绕肽键的自由旋转 •形成酰胺平面 •产生键的平均化 •肽键呈反式构型
（二）肽的物理和化学性质
分子大小
蛋白质的相对分子量从大约6000～1×106或更大一些。
单体蛋白质(monomeric protein)：仅由一条多肽链组成。 其相对分子量除以110估计氨基酸残基的数目。 寡聚蛋白质(oligomeric protein)：由两条或多条多肽链 组成。每条多肽链称为亚基(subunit)。 多酶体系
蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能最复 杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程 。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的 命题。
生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的 体现者，具有以下主要功能：
蛋白质的生物学功能：
1.催化；2.调节；3.转运；4.贮存；5.运动；6.结构成分； 7.支架作用；8.防御与进攻；9.异常功能；……
（二）蛋白质的形状和大小
形状
纤维状 球状 膜蛋白
★球状蛋白质globular protein ―分子对称性佳，外形接近 球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属 于这一类。 Eg.血红蛋白、血清球蛋白。 ★纤维状蛋白质fibrous protein ―对称性差，分子类似纤 维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质――肌球蛋白。和 不溶性纤维状蛋白质――胶原、弹性蛋白 ★膜蛋白质membrane protein—细胞的各种膜系统结合 而存在，与膜内的非极性相相互作用，疏水侧链伸向外侧， 亲水氨基酸残基较胞质少。
（一）蛋白质的化学组成和分类
单纯蛋白质的元素组成为C 50～55%、H 6%～7%、O 19%～24%、N 13%～19%，除此之外还有S 0～4%。有 的蛋白质含有P、I。少数含Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo等 金属元素。 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。由于体内组织的 主要含氮物是蛋白质，因此，只要测定生物样品中的氮含量， 就可以按下式推算出蛋白质大致含量：
蛋白质分子量的上下 限是人为规定的，因为 这决定于蛋白质和分子 量概念的定义。
有些寡聚蛋白质的分 子量可高达数百万甚至 数千万。
（三）蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次
一级结构(primary structure)：多肽链的氨基酸序列。
二级结构(secondary structure)：多肽链中主链原子的局 部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。
N-端 CH2
Val H
O NCC
H CH
OH
CH3CH3
肽键
T yr H
O NCC H CH2
OH
Asp H
O NCC
H CH2 CO2H
Gln H
N C COOH CH2 C-端
CH2
CONH2
肽链写法：游离α-氨基在左，游离α-羧基在右，氨基酸之间用 “-”表示肽键。
H2N-丝氨酸-缬氨酸-酪氨酸-天冬氨酸-谷氨酰氨-COOH
三级结构(tertiary structure)：蛋白质的多肽链在各种二 级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三 维空间结构。
四级结构(quarternary structure)：具有二条或二条以上 独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级 键相互组合而形成的空间结构。
四、蛋白质功能的多样性
蛋白质的序列异构现象是蛋白质生物功能多样性和物种特 异性的结构基础。
二、肽
肽是氨基酸的线性聚合物，常称多肽链（peptide chain）。 蛋白质是由一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成 的大分子。
（一）肽和肽键的结构
蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式是肽键。
Ser H
O H3N+ C C
第四章 蛋白质的共价结构
一、蛋白质通论 二、肽 三、蛋白质一级结构的测定 四、蛋白质的氨基酸序列与生物功能 五、肽与蛋白质的人工合成
一、蛋白质通论
蛋白质(Protein)是生物体的基本组成成份。在人体内蛋白 质的含量很多，约占人体固体成分的45%，它的分布很广， 几乎所有的器官组织都含蛋白质，并且它又与所有的生命活 动密切联系。
机体新陈代谢过程中的一系列化学反应几乎都依赖于生物催化剂－酶 的作用，而酶的本质就是蛋白质；调节物质代谢的激素有许多也是蛋 白质或它的衍生物；其它诸如肌肉的收缩，血液的凝固，免疫功能， 组织修复以及生长、繁殖等主要功能无一不与蛋白质相关。近代分子 生物学的研究表明，蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性、神 经冲动的发生和传导以及高等动物的记忆等方面都起着重要的作用。
肽键
• 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。
由于羰基碳-氧双键的靠拢，允许存在共振结构（resonance structure）， 碳与氮之间的肽键有部分双键性质，由CO-NH构成的肽单元呈现相对的刚 性和平面化，肽键中的4个原子和它相邻的两个α-碳原子多处于同一个平 面上。
清蛋白
糖蛋白
球蛋白
源自文库脂蛋白
谷蛋白
核蛋白
单纯蛋白质
（按溶解度分类）
谷醇溶蛋白 缀合蛋白质
组蛋白 鱼精蛋白
（按非氨基酸 成分分类）
磷蛋白 金属蛋白 血红素蛋白
硬蛋白
黄素蛋白
单纯蛋白质分类
结合蛋白质分类
蛋白质 （按生物学功能分类）
酶 调节蛋白 转运蛋白 贮存蛋白 收缩和游动蛋白 结构蛋白 支架蛋白 保护和开发蛋白 异常蛋白
蛋白质含量＝蛋白氮×6.25
（凯氏(Kjedahl)定氮法的计算基础）
组
单纯蛋白质（simple protein)：仅由氨基酸组成， 不含其它化学成分。
成 缀合蛋白质(conjugated protein)：除含有氨基酸外
的各种化学成分作为其结构的一部分。非蛋白质部分
称为辅基(prosthetic group)或配体(ligand)。
多肽链可以看成由Cα串联起来的无数个酰胺平面组成
肽键
• 肽键中的C-N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。
肽基的C、O和N原子间的共振相互作用
sp3 sp2
sp2 sp2
共振杂化体
共振产生的重要结果：•限制绕肽键的自由旋转 •形成酰胺平面 •产生键的平均化 •肽键呈反式构型
（二）肽的物理和化学性质
分子大小
蛋白质的相对分子量从大约6000～1×106或更大一些。
单体蛋白质(monomeric protein)：仅由一条多肽链组成。 其相对分子量除以110估计氨基酸残基的数目。 寡聚蛋白质(oligomeric protein)：由两条或多条多肽链 组成。每条多肽链称为亚基(subunit)。 多酶体系
蛋白质（protein）是生活细胞内含量最丰富、功能最复 杂的生物大分子，并参与了几乎所有的生命活动和生命过程 。因此，研究蛋白质的结构与功能始终是生命科学最基本的 命题。
生物体最主要的特征是生命活动，而蛋白质是生命活动的 体现者，具有以下主要功能：
蛋白质的生物学功能：
1.催化；2.调节；3.转运；4.贮存；5.运动；6.结构成分； 7.支架作用；8.防御与进攻；9.异常功能；……
（二）蛋白质的形状和大小
形状
纤维状 球状 膜蛋白
★球状蛋白质globular protein ―分子对称性佳，外形接近 球形或椭圆形，溶解性较好，能形成结晶，大多数蛋白质属 于这一类。 Eg.血红蛋白、血清球蛋白。 ★纤维状蛋白质fibrous protein ―对称性差，分子类似纤 维或细棒。它又可分为可溶性纤维状蛋白质――肌球蛋白。和 不溶性纤维状蛋白质――胶原、弹性蛋白 ★膜蛋白质membrane protein—细胞的各种膜系统结合 而存在，与膜内的非极性相相互作用，疏水侧链伸向外侧， 亲水氨基酸残基较胞质少。
（一）蛋白质的化学组成和分类
单纯蛋白质的元素组成为C 50～55%、H 6%～7%、O 19%～24%、N 13%～19%，除此之外还有S 0～4%。有 的蛋白质含有P、I。少数含Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Mo等 金属元素。 各种蛋白质的含氮量很接近，平均为16%。由于体内组织的 主要含氮物是蛋白质，因此，只要测定生物样品中的氮含量， 就可以按下式推算出蛋白质大致含量：
蛋白质分子量的上下 限是人为规定的，因为 这决定于蛋白质和分子 量概念的定义。
有些寡聚蛋白质的分 子量可高达数百万甚至 数千万。
（三）蛋白质构象和蛋白质结构的组织层次
一级结构(primary structure)：多肽链的氨基酸序列。
二级结构(secondary structure)：多肽链中主链原子的局 部空间排布即构象，不涉及侧链部分的构象。
N-端 CH2
Val H
O NCC
H CH
OH
CH3CH3
肽键
T yr H
O NCC H CH2
OH
Asp H
O NCC
H CH2 CO2H
Gln H
N C COOH CH2 C-端
CH2
CONH2
肽链写法：游离α-氨基在左，游离α-羧基在右，氨基酸之间用 “-”表示肽键。
H2N-丝氨酸-缬氨酸-酪氨酸-天冬氨酸-谷氨酰氨-COOH
三级结构(tertiary structure)：蛋白质的多肽链在各种二 级结构的基础上再进一步盘曲或折迭形成具有一定规律的三 维空间结构。
四级结构(quarternary structure)：具有二条或二条以上 独立三级结构的多肽链组成的蛋白质，其多肽链间通过次级 键相互组合而形成的空间结构。
四、蛋白质功能的多样性
蛋白质的序列异构现象是蛋白质生物功能多样性和物种特 异性的结构基础。
二、肽
肽是氨基酸的线性聚合物，常称多肽链（peptide chain）。 蛋白质是由一条或多条具有确定的氨基酸序列的多肽链构成 的大分子。
（一）肽和肽键的结构
蛋白质分子中氨基酸连接的基本方式是肽键。
Ser H
O H3N+ C C
第四章 蛋白质的共价结构
一、蛋白质通论 二、肽 三、蛋白质一级结构的测定 四、蛋白质的氨基酸序列与生物功能 五、肽与蛋白质的人工合成
一、蛋白质通论
蛋白质(Protein)是生物体的基本组成成份。在人体内蛋白 质的含量很多，约占人体固体成分的45%，它的分布很广， 几乎所有的器官组织都含蛋白质，并且它又与所有的生命活 动密切联系。
机体新陈代谢过程中的一系列化学反应几乎都依赖于生物催化剂－酶 的作用，而酶的本质就是蛋白质；调节物质代谢的激素有许多也是蛋 白质或它的衍生物；其它诸如肌肉的收缩，血液的凝固，免疫功能， 组织修复以及生长、繁殖等主要功能无一不与蛋白质相关。近代分子 生物学的研究表明，蛋白质在遗传信息的控制、细胞膜的通透性、神 经冲动的发生和传导以及高等动物的记忆等方面都起着重要的作用。